Types de fil

La forme la plus simple de fil est un conducteur en cuivre unique non isolé. Le cuivre se ternit rapidement, de sorte que le fil de cuivre étamé (TCW) est couramment disponible en différentes jauges (diamètres) et est souvent utilisé pour les barres omnibus de terre.

L’étape suivante consiste à isoler le fil, peut-être avec de l’émail polyuréthane. Le fil de cuivre émaillé (ECW) est couramment utilisé pour enrouler des transformateurs et des électroaimants, d’où son autre nom, fil magnétique. L’émail doit être dénudé avant le brasage, soit par abrasion, soit en le brûlant avec un fer beaucoup plus chaud (450 ° C, 850 ° F) – c’est là qu’un fer à souder à commande électronique devient utile. Bien que adapté au câblage qui ne peut pas bouger, cet émail mince n’est pas assez robuste pour un usage général, et un isolant plus approprié pour le câblage général est une gaine en plastique, généralement en PVC.

Le fil de cuivre solide n’est pas très flexible, ce qui est un avantage lors de la torsion du câblage de chauffage car il conserve la torsion appliquée, mais pas si bon pour le fil d’un outil à main tel qu’un fer à souder. Briser le conducteur en un certain nombre de brins fins augmente la flexibilité – plus il y a de brins, mieux c’est, de sorte que les fabricants décrivent souvent le fil toronné par le nombre de brins et leur jauge individuelle, peut-être 10/0,1 mm pour désigner dix brins de 0,1 mm de diamètre chacun, ou 7/32 AWG pour désigner sept brins chacun de 32 American Wire Gauge (AWG). Habituellement, le paramètre le plus important est la capacité de transport de courant du fil, qui est déterminée principalement par sa section transversale totale, de sorte que le fil précédent de 10/0,1 mm pourrait également être spécifié comme 0.079 mm2 et convient aux courants jusqu’à 500 mA. Un paramètre secondaire est la tension nominale de l’isolation de l’enceinte, et cela doit être vérifié pour les fils très fins ou les tensions élevées.

Bien qu’un seul conducteur soit utile comme fil de raccordement pour le câblage interne, nous avons souvent besoin de plus de conducteurs, et une collection de conducteurs isolés dans une gaine commune est connue sous le nom de câble multicœur (tout à fait distinct d’un fil multibrins).

Un fil qui était couramment vu dans les bobines de radiofréquence est Litzendraht (généralement abrégé en Litz). Le fil est composé d’un certain nombre de brins isolés, qui sont tous reliés entre eux à chaque extrémité, formant un seul conducteur (c’est pourquoi il est considéré comme un fil plutôt qu’un câble). L’importance d’isoler (ou de servir) des brins individuels est que l’effet de peau force les courants de signal sur la surface extérieure à des fréquences élevées, de sorte que l’augmentation de la surface du fil Litz réduit la résistance à haute fréquence (> 100 kHz), et donc les pertes. L’idée est périodiquement ressuscitée pour l’audio, mais le seul signal audio sensible à distance à la résistance du câble est celui entre le haut-parleur et son amplificateur, mais la plupart des tweeters sont inductifs à moins d’être corrigés et ont une impédance de > 10 Ω à 20 kHz, donc l’effet de peau devrait faire augmenter la résistance du câble haute fréquence de > 1 Ω pour provoquer un changement de niveau de 1 dB, et cela ne fonctionne tout simplement pas ça n’arrive pas aux fréquences audio. La meilleure façon d’améliorer un câble de haut-parleur est de le raccourcir.

Les fils transportant des signaux de bas niveau doivent être protégés des signaux parasites externes. La torsion serrée des jambes d’envoi et de retour d’un signal offre une protection contre les champs magnétiques, tandis que l’ajout d’un écran conducteur coaxial à la terre protège le conducteur interne des champs électrostatiques. Rien ne nous empêche de combiner les deux techniques, donc la paire torsadée dans l’écran global est courante pour les câbles de microphone.

L’écran conducteur d’un câble coaxial peut être formé simplement en enroulant des brins de fil non isolés autour d’un intérieur isolé, mais la flexion d’un tel câble provoque l’écartement des brins extérieurs, ce qui permet aux interférences d’entrer. une meilleure solution consiste donc à tresser les brins extérieurs. Le câble de télévision terrestre domestique bon marché a une tresse très ouverte, ce qui rend le câble presque aussi efficace (mais mal réglé) que le réseau dipolaire intentionnel à son extrémité. Le câble vidéo coaxial de qualité Broadcast a deux couches de tresse serrée pour minimiser la pénétration d’interférences, mais cela coûte cher, donc une solution moins chère utilise un seul écran tressé sur un écran enroulé de feuille métallique ou de polyester aluminisé.

Le câble coaxial est presque invariablement destiné à une utilisation par radiofréquence et le paramètre clé a tendance à être l’impédance caractéristique plutôt que la capacité de transport de courant. L’impédance caractéristique est l’impédance vue entre les deux conducteurs regardant à chaque extrémité d’une longueur infinie de câble. Imaginez que vous ayez une longueur infinie de câble coaxial à impédance caractéristique de 50 Ω et que vous coupiez un mètre d’une extrémité. Vous avez maintenant une longueur de câble infinie et une longueur de câble d’un mètre. Par définition, la longueur infinie doit toujours ressembler à 50 Ω, mais la longueur d’un mètre ressemblait également à 50 Ω lorsqu’elle est terminée par la longueur infinie, et ne serait pas différente si nous la terminions avec une résistance de 50 Ω entre les deux conducteurs. Par symétrie, la longueur infinie du câble ressemble à une résistance de 50 Ω de chaque extrémité, de sorte que la longueur d’un mètre de câble doit être terminée avec une résistance de 50 Ω à chaque extrémité pour maintenir son impédance caractéristique.

Une fois qu’un câble est suffisamment long pour que plusieurs longueurs d’onde de signal se produisent le long du câble, il se comporte comme une ligne de transmission, et à condition qu’il soit terminé à chaque extrémité par une résistance égale à son impédance caractéristique, un signal propagé à partir d’une extrémité est totalement absorbé à l’extrémité éloignée sans réflexion. Une mauvaise terminaison à l’extrémité opposée provoque un retour d’une seule réflexion sur le câble vers la source, où elle est totalement absorbée par l’impédance adaptée de la source. Cependant, si la résistance de la source n’est pas non plus adaptée à l’impédance caractéristique du câble, la réflexion se reflète de la source et rebondit en arrière et en avant sur le câble jusqu’à absorption par les pertes de câble. L’effet sur la télévision analogique était de provoquer une image fantôme légèrement à droite de l’image originale.

Les réflexions s’ajoutent ou se soustraient au signal prévu, mais sont imperceptibles à condition que le câble soit court par rapport aux transitions du signal, et c’est pourquoi les définitions de ligne de transmission sont généralement définies en termes de longueur d’onde et de longueur de câble. Cependant, les signaux voyagent plus lentement sur un câble que l’espace libre, de sorte que les fabricants spécifient généralement le facteur de vitesse, qui est la proportion de la vitesse de la lumière (c). Les câbles coaxiaux typiques ont un facteur de vitesse de ≈⅔c.

Rappelant que tous les condensateurs subissent une perte diélectrique croissante avec la fréquence, les câbles coaxiaux radiofréquence nécessitent soit un isolant solide de bonne qualité tel que le PTFE, soit une utilisation prudente d’un isolant moindre. Le PTFE doit être extrudé à une température suffisamment élevée pour oxyder le cuivre et faire fondre la soudure, de sorte que le conducteur intérieur est plaqué argent plutôt que étamé (rien à voir avec l’effet de peau). Après un vide, l’air est le meilleur diélectrique, de sorte que certains câbles radiofréquences minimisent l’effet d’un diélectrique de moins bonne qualité entre le noyau et le conducteur extérieur en le faisant mousser ou en le disposant en rayons de support radiaux minces qui réduisent la valeur moyenne de er. Un câble coaxial isolant solide 50 Ω typique a une capacité de ≈100 pF / m, ou ≈30 pF par pied, et cela devient significatif aux fréquences audio si la résistance de la source est significative (≥1 kΩ) ou si le câble est long (≥2 m).

Comme une sonde d’oscilloscope transmet un courant négligeable à l’impédance d’entrée de 1 MΩ //≈12 pF d’un oscilloscope, la résistance en série n’est pas un problème et le câble coaxial de la sonde peut avoir un diamètre de conducteur central beaucoup plus petit, ce qui réduit considérablement la capacité par unité de longueur.

Un sous-produit utile de la nécessité d’un diélectrique épais (par rapport à un condensateur explicite) est que les câbles coaxiaux radiofréquence ont tendance à avoir des tensions nominales de tension continue > de 2 kV entre le cœur et l’écran. Ainsi, lorsque vous avez volé l’écran de tresse afin de fabriquer un câble ombilical ou audio personnalisé, ne jetez pas l’intérieur (isolé) car il s’agit d’un fil haute tension utile.

Tous les câbles ont un rayon de courbure minimum, et la flexion d’un câble coaxial si serrée que l’isolant interne commence à s’effondrer modifie l’impédance caractéristique, entraînant une réflexion à partir de ce point – ce qui est un problème pour l’audio numérique. De manière plus significative pour les vannes, la déformation de l’isolant concentre la charge et réduit la tension nominale locale, alors traitez les câbles avec soin et ne les pliez pas étroitement. Le câble secteur est fourni par son fabricant enroulé doucement sur un tambour, mais tant d’équipements arrivent avec un câble secteur IEC serré dont les plis sont presque impossibles à enlever. Pourquoi?

Rien ne nous empêche de regrouper un certain nombre de câbles coaxiaux ou de paires torsadées dans une seule gaine. Une fois que les paires torsadées sont groupées ensemble, elles peuvent interférer les unes avec les autres, de sorte qu’elles peuvent être blindées individuellement, ou un seul écran global ajouté sous la gaine extérieure, et les catalogues de composants sont remplis de tels câbles et connecteurs associés. À titre d’exemple extrême, la première caméra de télévision couleur EMI 2001/1 nécessitait dix câbles coaxiaux pour les signaux vidéo analogiques entre la tête de caméra et l’unité de commande de la caméra, ainsi que plus de fils pour les signaux de commande et l’alimentation, menant au câble de caméra G101 (101 conducteurs).

Les câbles multicœurs personnalisés sont coûteux à fabriquer et à terminer, de sorte que la solution ultérieure de la caméra de télévision consistait à moduler tous les signaux sur des porteuses de radiofréquences et à déplacer l’alimentation vers la tête de la caméra. Le câble de signal devait être une ligne de transmission coaxiale pouvant transporter des signaux plus l’alimentation secteur entre son cœur et l’écran, de sorte que (pour des raisons de sécurité) un autre écran connecté à la terre était placé autour (mais isolé du conducteur neutre), ce qui donnait un câble triaxial. Bien que l’électronique supplémentaire nécessaire au multiplexage du signal soit coûteuse, elle a été compensée par des économies de coûts de câble lorsque des kilomètres de câble étaient nécessaires, comme lors de diffusions extérieures.

Des câbles et connecteurs triaxiaux sont également utilisés à l’entrée des électromètres (ampèremètres dont la portée la plus élevée n’est que de 20 mA) car l’amorçage de l’écran interne via un suiveur de tension à partir du signal réduit les courants de fuite du câble tout en laissant l’écran externe remplir sa fonction traditionnelle de filtrage. En théorie, l’amorçage de l’écran interne d’un câble triaxial pourrait réduire suffisamment la capacité du câble pour connecter une capsule de microphone à condensateur à son amplificateur d’entrée, mais il est invariablement préférable de résoudre le problème de capacité en déplaçant l’amplificateur d’entrée adjacent à la source. L’auteur n’a pas encore trouvé de véritable application audio pour câble triaxial.

Bien que les câbles ombilicaux fabriqués dans le commerce deviennent rapidement coûteux, les câbles courts personnalisés sont facilement fabriqués en regroupant des fils ou des câbles individuels à l’intérieur d’une gaine commune, et une tresse en nylon à cet effet est facilement disponible. Si nous le voulions, nous pourrions ajouter un écran tressé tiré d’un câble vidéo, permettant la construction d’un câble ombilical composé de fils torsadés de gros calibre pour les alimentations de chauffage dans leur propre écran, de fils de commande fins, de fils de signal filtrés, plus un écran extérieur, et enfin une tresse de nylon de retenue et d’isolation. La tresse isolante est nécessaire car si un écran conducteur est autorisé à gratter à travers le métal mis à la terre, il crée des crépitements audio lorsque des courants de terre importants sont créés et brisés.