Drahtarten

Die einfachste Form von Draht ist ein unisolierter einzelner Kupferleiter. Kupfer läuft schnell an, daher ist verzinnter Kupferdraht (TCW) üblicherweise in verschiedenen Stärken (Durchmessern) erhältlich und wird häufig für Erdsammelschienen verwendet.

Der nächste Schritt besteht darin, den Draht zu isolieren, möglicherweise mit Polyurethanemail. Kupferlackdraht (ECW) wird üblicherweise zum Wickeln von Transformatoren und Elektromagneten verwendet, daher der andere Name Magnetdraht. Das Email muss vor dem Löten entfernt werden, entweder durch Abrieb oder durch Verbrennen mit einem viel heißeren Bügeleisen (450 ° C, 850 ° F) – hier wird ein elektronisch gesteuerter Lötkolben nützlich. Obgleich passend für die Verdrahtung, die sich nicht bewegen kann, ist dieses dünne Email nicht genug für allgemeinen Gebrauch robust, und ein passenderer Isolator für allgemeine Verdrahtung ist eine Plastikhülle, normalerweise PVC.

Massiver Kupferdraht ist nicht sehr flexibel, was beim Verdrehen der Heizungsverkabelung von Vorteil ist, da er die angewendete Verdrehung beibehält, aber nicht so gut für die Leitung zu einem Handwerkzeug wie einem Lötkolben. Brechen des Leiters in eine Reihe von feinen Strängen erhöht die Flexibilität – je mehr Stränge, desto besser, so Hersteller beschreiben oft Litze durch die Anzahl der Stränge und ihre individuelle Spurweite, vielleicht 10/0,1 mm, um zehn Stränge jeweils 0,1 mm im Durchmesser zu bezeichnen, oder 7/32 AWG, um sieben Stränge jeweils 32 American Wire Gauge (AWG) zu bezeichnen. Normalerweise ist der wichtigste Parameter die Stromtragfähigkeit des Drahtes und diese wird hauptsächlich durch seine Gesamtquerschnittsfläche bestimmt, so dass der vorherige 10/0,1 mm Draht auch als 0 angegeben werden könnte.079 mm2 und für Ströme bis 500 mA geeignet. Ein sekundärer Parameter ist die Nennspannung der umschließenden Isolierung, die bei sehr feinen Drähten oder hohen Spannungen überprüft werden sollte.Obwohl ein einzelner Leiter als Anschlussdraht für die interne Verdrahtung nützlich ist, benötigen wir oft mehr Leiter, und eine Sammlung von isolierten Leitern in einem gemeinsamen Mantel wird als mehradriges Kabel bezeichnet (ganz im Gegensatz zu einem mehrdrahtigen Draht).

Ein Draht, der früher häufig in Hochfrequenzspulen verwendet wurde, ist Litzendraht (normalerweise abgekürzt als Litz). Der Draht besteht aus einer Reihe von isolierten Litzen, die alle an jedem Ende miteinander verbunden sind und einen einzigen Leiter bilden (weshalb er eher als Draht als als Kabel angesehen wird). Die Bedeutung der Isolierung (oder Dienen) einzelne Stränge ist, dass Skin-Effekt Kräfte Signalströme an die äußere Oberfläche bei hohen Frequenzen, so dass die erhöhte Oberfläche der Litze reduziert Hochfrequenz (>100 kHz) Widerstand und damit Verluste. Die Idee wird regelmäßig für Audio wiederbelebt, aber das einzige Audiosignal, das entfernt empfindlich auf den Kabelwiderstand reagiert, ist das zwischen dem Lautsprecher und seinem Verstärker, aber die meisten Hochtöner sind induktiv, es sei denn, sie sind korrigiert und haben eine Impedanz von >10 Ω bei 20 kHz, so dass dieser Effekt dazu führen müsste, dass der hochfrequente Kabelwiderstand um >1 Ω ansteigt, um eine Pegeländerung von 1 dB zu verursachen, und das passiert einfach nicht bei frequenzen. Der beste Weg, ein Lautsprecherkabel zu verbessern, besteht darin, es zu verkürzen.

Leitungen, die Low-Level-Signale führen, müssen vor externen Störsignalen geschützt werden. Das enge Verdrehen der Sende- und Rückgabebeine eines Signals bietet Schutz vor Magnetfeldern, während das Hinzufügen eines geerdeten koaxialen leitfähigen Bildschirms den Innenleiter vor elektrostatischen Feldern schützt. Es gibt nichts, was uns davon abhält, die beiden Techniken zu kombinieren, daher ist Twisted Pair im Bildschirm für Mikrofonkabel üblich.Der leitende Schirm eines Koaxialkabels kann einfach dadurch gebildet werden, dass nicht isolierte Drahtstränge um ein isoliertes Inneres gewickelt werden, aber das Biegen eines solchen Kabels bewirkt, dass sich äußere Stränge auseinander bewegen, wodurch Interferenzen eintreten können, so dass eine bessere Lösung darin besteht, die äußeren Stränge zu flechten. Billiges inländisches terrestrisches Fernsehkabel hat ein sehr offenes Geflecht, wodurch das Kabel fast so effektiv (aber schlecht abgestimmt) ist wie das absichtliche Dipolarray an seinem Ende. Koaxial-Videokabel in Broadcast-Qualität haben zwei Schichten aus festem Geflecht, um das Eindringen von Störungen zu minimieren, aber das ist teuer, so dass eine billigere Lösung einen einzelnen geflochtenen Bildschirm über einem geläppten Bildschirm aus Metallfolie oder aluminisiertem Polyester verwendet.

Koaxialkabel sind fast immer für den Hochfrequenzgebrauch vorgesehen, und der Schlüsselparameter ist eher die charakteristische Impedanz als die Stromtragfähigkeit. Die charakteristische Impedanz ist die Impedanz zwischen den beiden Leitern, die in beide Enden einer unendlichen Kabellänge blicken. Stellen Sie sich vor, Sie haben ein Koaxialkabel mit unendlicher Länge von 50 Ω charakteristischer Impedanz und schneiden ein Ende um einen Meter ab. Sie haben jetzt eine unendliche Kabellänge und eine Kabellänge von einem Meter. Per Definition muss die unendliche Länge immer noch wie 50 Ω aussehen, aber die Länge von einem Meter sah auch wie 50 Ω aus, wenn sie mit der unendlichen Länge abgeschlossen wurde, und würde nicht anders aussehen, wenn wir sie mit einem Widerstand von 50 Ω zwischen den beiden Leitern abschließen würden. Durch Symmetrie sieht die unendliche Länge des Kabels wie ein 50 Ω-Widerstand von jedem Ende aus, so dass die ein Meter lange Kabellänge mit einem 50 Ω-Widerstand an jedem Ende abgeschlossen werden muss, um ihre charakteristische Impedanz aufrechtzuerhalten.

Sobald ein Kabel lang genug ist, dass mehrere Signalwellenlängen entlang des Kabels auftreten, verhält es sich wie eine Übertragungsleitung, und vorausgesetzt, dass es an jedem Ende mit einem Widerstand abgeschlossen ist, der seiner charakteristischen Impedanz entspricht, wird ein Signal propagiert Von einem Ende wird am fernen Ende ohne Reflexionen vollständig absorbiert. Ein fehlerhafter Abschluss am anderen Ende bewirkt, dass eine einzelne Reflexion über das Kabel zur Quelle zurückkehrt, wo sie vollständig von der angepassten Impedanz der Quelle absorbiert wird. Wenn jedoch auch der Quellenwiderstand nicht an die charakteristische Impedanz des Kabels angepasst ist, reflektiert die Reflexion von der Quelle zurück und springt das Kabel hin und her, bis sie von Kabelverlusten absorbiert wird. Der Effekt beim analogen Fernsehen bestand darin, ein Geisterbild etwas rechts vom Originalbild zu erzeugen.

Reflexionen addieren oder subtrahieren zum beabsichtigten Signal, sind jedoch nicht wahrnehmbar, vorausgesetzt, das Kabel ist im Vergleich zu den Signalübergängen kurz, weshalb Übertragungsleitungsdefinitionen normalerweise in Bezug auf Wellenlänge und Kabellänge formuliert werden. Signale bewegen sich jedoch langsamer entlang eines Kabels als freier Raum, daher geben Hersteller normalerweise den Geschwindigkeitsfaktor an, der der Anteil der Lichtgeschwindigkeit (c) ist. Typische Koaxialkabel haben einen Geschwindigkeitsfaktor von ≈⅔c.

Da alle Kondensatoren mit zunehmender Frequenz einen zunehmenden dielektrischen Verlust erleiden, erfordern Hochfrequenz-Koaxialkabel entweder einen soliden Isolator von guter Qualität wie PTFE oder die sorgfältige Verwendung eines geringeren Isolators. PTFE muss bei einer ausreichend hohen Temperatur extrudiert werden, dass es Kupfer oxidiert und Lot schmilzt, so dass der Innenleiter versilbert und nicht verzinnt ist (nichts mit Skin-Effekt zu tun). Nach einem Vakuum ist Luft das beste Dielektrikum, so dass einige Hochfrequenzkabel den Effekt eines Dielektrikums schlechterer Qualität zwischen Kern und Außenleiter minimieren, indem sie es aufschäumen oder in dünne radiale Stützspeichen anordnen, die den Durchschnittswert von er reduzieren. Ein typisches 50 Ω-Koaxialkabel mit festem Isolator hat eine Kapazität von ≈100 pF / m oder ≈30 pF pro Fuß, und dies wird bei Audiofrequenzen signifikant, wenn der Quellwiderstand signifikant ist (≥1 kΩ) oder das Kabel ist lang (≥2 m).

Da eine Oszilloskopsonde einen vernachlässigbaren Strom in die 1 MΩ // ≈12 pF Eingangsimpedanz eines Oszilloskops leitet, ist der Serienwiderstand kein Problem und das Koaxialkabel der Sonde kann einen viel kleineren zentralen Leiterdurchmesser haben, was zu einer signifikant reduzierten Kapazität pro Längeneinheit führt.

Ein nützliches Nebenprodukt der Notwendigkeit eines dicken Dielektrikums (im Vergleich zu einem expliziten Kondensator) ist, dass Hochfrequenz-Koaxialkabel dazu neigen, >2 kV Gleichspannungen zwischen Kern und Schirm zu haben. Wenn Sie also den Geflechtschirm gestohlen haben, um ein benutzerdefiniertes Nabelschnur- oder Audiokabel herzustellen, werfen Sie das (isolierte) Innere nicht weg, da es sich um ein nützliches Hochspannungskabel handelt.Alle Kabel haben einen minimalen Biegeradius, und das Biegen eines Koaxialkabels so fest, dass der interne Isolator zu kollabieren beginnt, ändert die charakteristische Impedanz, was zu einer Reflexion von diesem Punkt führt – was ein Problem für digitales Audio ist. Bei Ventilen konzentriert die Verformung des Isolators die Ladung und verringert die lokale Nennspannung. Das Netzkabel wird vom Hersteller sanft auf einer Trommel aufgerollt geliefert, Dennoch kommt so viel Ausrüstung mit einem eng anliegenden IEC-Netzkabel an, dessen Knicke fast unmöglich zu entfernen sind. Warum?

Nichts hindert uns daran, eine Reihe von Koaxialkabeln oder verdrillten Paaren in einem einzigen Mantel zu bündeln. Sobald verdrillte Paare gebündelt sind, können sie sich gegenseitig stören, so dass sie einzeln abgeschirmt werden können oder ein einzelner Gesamtschirm unter dem äußeren Mantel hinzugefügt wird, und die Komponentenkataloge sind voll von solchen Kabeln und zugehörigen Steckverbindern. Als Extrembeispiel benötigte die frühe Farbfernsehkamera EMI 2001/1 zehn Koaxialkabel für analoge Videosignale zwischen Kamerakopf und Kamerasteuereinheit sowie weitere Drähte für Steuersignale und Stromversorgung, die zum Kamerakabel G101 (101 Leiter) führten.Kundenspezifische mehradrige Kabel sind sowohl in der Herstellung als auch im Anschluss teuer, so dass die spätere Lösung für Fernsehkameras darin bestand, alle Signale auf Hochfrequenzträger zu modulieren und die Stromversorgung zum Kamerakopf zu verlegen. Das Signalkabel musste eine koaxiale Übertragungsleitung sein, die Signale plus Netzstrom zwischen seinem Kern und dem Bildschirm übertragen konnte, so dass (aus Sicherheitsgründen) ein weiterer Bildschirm, der mit der Erde verbunden war, um den Neutralleiter gelegt (aber isoliert) wurde, was zu einem dreiachsigen Kabel führte. Obwohl die zusätzliche Elektronik, die für das Signalmultiplexing benötigt wurde, teuer war, wurde sie durch Kabelkosteneinsparungen aufgewogen, wenn kilometerlange Kabel benötigt wurden, wie bei externen Sendungen.

Dreiachsige Kabel und Steckverbinder werden auch am Eingang von Elektrometern (Amperemetern, deren höchster Bereich nur 20 mA beträgt) verwendet, da das Booten des inneren Bildschirms über einen Spannungsfolger aus dem Signal die Kabelableitströme reduziert, während der äußere Bildschirm seine traditionelle Abschirmfunktion ausführen kann. Theoretisch könnte das Booten des inneren Bildschirms eines Triaxialkabels die Kabelkapazität ausreichend reduzieren, um eine Kondensatormikrofonkapsel mit ihrem Eingangsverstärker zu verbinden, aber es ist immer besser, das Kapazitätsproblem zu lösen, indem der Eingangsverstärker neben die Quelle bewegt wird. Der Autor muss noch eine echte Audioanwendung für Triaxialkabel finden.Obwohl kommerziell hergestelltes Nabelkabel schnell teuer wird, können kurze kundenspezifische Kabel leicht hergestellt werden, indem einzelne Drähte oder Kabel in einem gemeinsamen Mantel gebündelt werden, und Nylongeflecht für genau diesen Zweck ist leicht verfügbar. Wenn wir wollten, könnten wir einen geflochtenen Bildschirm aus einem Videokabel hinzufügen, der die Konstruktion eines Nabelkabels ermöglicht, das aus verdrillten Dickdrähten für die Heizungsversorgung in ihrem eigenen Bildschirm, feinen Steuerdrähten, abgeschirmten Signalleitungen sowie einem äußeren Bildschirm besteht und schließlich ein Halte- und isolierendes Nylongeflecht. Das isolierende Geflecht wird benötigt, denn wenn ein leitender Schirm über geerdete Metallarbeiten kratzen darf, Es erzeugt Audio-Knistern, wenn erhebliche Erdströme erzeugt und unterbrochen werden.