Logo
Logo

Длинная линия 2.0

Оборудование
ОборудованиеКоличествоХранениеПримечание
1Осциллограф1Общее 
2Генератор1Общее 
3Макетная плата1Общее 
4Персональный набор перемычек1Общее 
5Адаптер BNC–плата1Общее 
6Резистор1ОбщееСопротивление 10 кОм, школьникам неизвестно
7Тройник BNC1Общее 
8Переходник BNC4Общее 
9Коаксиальный кабель BNC короткий2ОбщееВолновое сопротивление 50 Ом. Длина должна быть много меньше 5 м, чтобы не нарушать приближения, используемые в задаче
10Коаксиальный кабель BNC 5 м5BoxВолновое сопротивление 50 Ом
11Витая пара с наконечниками 10 м1BoxУдобнее, когда жил меньше
Расходники, которые нужно закупить ранее
  • Витая пара (10 м), коаксиальный кабель (25 м)
  • BNC: наконечники (12 шт.), переходники (4 шт.), тройник
  • Резистор 10 кОм
Использование оборудования в практикуме
Подготовка оборудования перед выполнением работы
См. секцию Изготовление оборудования
Возможные проблемы во время выполнения работы
Может закоротить или отвалиться наконечник кабеля или выйти из строя тройник BNC. После проверки непосредственным подключением к генератору и осциллографу заменить элемент оборудования при необходимости.
Самостоятельная уборка школьниками после работы
Разобрать схему, собранную на макетной плате
Подготовка оборудования во время пересменки
  • Заменить набор перемычек и положить новый резистор
  • Проверить работоспособность коаксиальных кабелей и витой пары
Уборка оборудования по окончании использования
Свернуть кабели в аккуратные бухты, если школьники их расплели
Работа со школьниками
Чему школьник должен научиться в этой работе
Школьник должен вспомнить волновые процессы, происходящие в двухпроводной линии, и проверить их экспериментально.
Перед началом работы
Как показывает практика, волны в двухпроводных линиях обычно обсуждают недостаточно в рамках подготовки к IPhO. В идеале перед выполнением работы нужно провести лекцию и семинар по этой теме, а также решить теоретическую задачу Рефлектометрия в одноэлектронных схемах с APhO-2019.
Во время работы
Самая часто встречающаяся ошибка – неправильно выбранные масштабы времени и напряжения. Чаще всего при выполнении школьник выводит на экран картину экспоненциального затухания напряжения к напряжению генератора, которая содержит $\sim R/Z\sim10^2$ ступенек напряжения, которые, очевидно, на таком масштабе не видны.

Если школьник не понимает, как получить лесенку, спросить его, правильный ли у него масштаб. Через некоторое время явно настроить осциллограф правильно.

Если школьник не может собрать схему в части B, спросите его, что нужно поменять в схеме части A, чтобы получить рабочий вариант (ничего менять не нужно). Через некоторое время скажите школьнику об этом явно. Если школьник пытается собрать схему, снимая напряжение с резистора, спросите, сколько выходов BNC–плата для этого нужно (минимум 3).

На разборе
  • Вывести выражение из пункта A2 вместе со школьниками, и линеаризовать его в нужных приближениях.
  • Спросить, на каких масштабах времени можно ожидать лесенку в таком кабеле. Сравнить с работами школьников.
Изготовление оборудования
Список комплектующих для закупки
НаименованиеВажные замечанияКоличество
на установку
При пересменкеСсылка
1Коаксиальный кабель 50 Ом 25 м https://www.vseinstrumenti.ru/product/koaksialnyj-kabel-rexant-rg-58-a-u-50-om-cu-al-cu-64-buhta-100-m-chernyj-01-2003-1277741/
2Витая параУдобнее, когда меньше жил10 мПроверить работоспособностьhttps://www.vseinstrumenti.ru/product/kabel-netlan-u-utp-2-pary-kategoriya-5-100m-ec-uu002-5-pvc-gy-1-1654137/
3Разъём BNC штекер 12 https://www.vseinstrumenti.ru/product/razem-bnc-shteker-giraffe-gf-bnc-msm-gf0277-10698872/
4Переходник BNC 4 https://www.vseinstrumenti.ru/product/perehodnik-bnc-giraffe-gf-bnc-ff-gf0282-10696946/
5Тройник BNC 1 https://www.vseinstrumenti.ru/product/perehodnik-tdm-shteker-bnc-h2-gnezda-bnc-trojnik-individualnaya-upakovka-sq1809-0033-2835758/
6Резистор 10 кОмЕсли школьники могут определить сопротивление резистора по маркировке, лучше термоусадить1Заменитьhttps://dinistor.ru/product/1280
7Стяжки для кабелейУдобное и эргономичное решение для стягивания проводов6-18 https://www.ozon.ru/product/130x-kabelnyy-organayzer-pereplet-upakovka-provolochnye-styazhki-belye-1624874262/
Для сборки кабелей необходимо нарезать витую пару по 10 метров, а коаксиальный кабель – по 5 метров. Для зачистки концов коаксиального кабеля удобно использовать специализированный инструмент (например, съёмник изоляции по ссылке). Процесс зачистки показан фотографиях ниже. После этого закрепите центральный проводник с помощью винта и обожмите внешний проводник пассатижами.
Зачистка концов коаксиального кабеля
Обжатый и закреплённый конец кабеля
Для монтажа наконечника витой пары срежьте 1 см изоляции и выберите две жилы, к которым будут подключаться $+$ и земля. Явно контролируйте правильность подключения на всех процессах монтажа! Коротко зачистите две выбранных жилы и обрежьте концы других. Залудите жилы кабеля и поверхности наконечника и припаяйте их, как показано на фотографиях ниже.
Зачистка и пайка наконечника витой пары
Проверьте работоспособность полученных кабелей, подключив их напрямую к генератору и осциллографу.

Стяните коаксиальные кабели и витую пару в бухты диаметром 15-20 см и плотно скрепите несколькими стяжками, оставив свободными около 30 см с наконечниками. Это позволит школьникам максимально удобно работать.