Tipi di filo

La forma più semplice di filo è un singolo conduttore di rame non isolato. Il rame si appanna rapidamente, quindi il filo di rame stagnato (TCW) è comunemente disponibile in vari calibri (diametri) ed è spesso usato per sbarre di terra.

Il passo successivo è quello di isolare il filo, magari con smalto poliuretanico. Il filo di rame smaltato (ECW) è comunemente usato per avvolgere trasformatori ed elettromagneti, da cui il suo altro nome, filo magnetico. Lo smalto deve essere spogliato prima della saldatura, sia per abrasione o bruciandolo via con un ferro molto più caldo (450°C, 850°F) – questo è dove un saldatore a controllo elettronico diventa utile. Anche se adatto per il cablaggio che non può muoversi, che smalto sottile non è abbastanza robusto per uso generale, e un isolante più adatto per il cablaggio generale è una guaina di plastica, di solito PVC.

Il filo di rame solido non è molto flessibile, il che è un vantaggio quando si torce il cablaggio del riscaldatore perché mantiene la torsione applicata, ma non è così buono per il piombo di uno strumento manuale come un saldatore. Rompere il conduttore in un numero di fili sottili aumenta la flessibilità – più fili meglio è, quindi i produttori spesso descrivono il filo intrecciato per il numero di fili e il loro calibro individuale, forse 10/0, 1 mm per indicare dieci fili ogni 0,1 mm di diametro, o 7/32 AWG per indicare sette fili ciascuno di 32 American Wire Gauge (AWG). Di solito, il parametro più importante è la capacità di carico di corrente del filo e questo è determinato principalmente dalla sua area totale della sezione trasversale, quindi il precedente filo da 10/0, 1 mm potrebbe anche essere specificato come 0.079 mm2 e adatto per correnti fino a 500 mA. Un parametro secondario è la tensione nominale dell’isolamento che racchiude, e questo dovrebbe essere controllato per fili molto sottili o alte tensioni.

Anche se un singolo conduttore è utile come filo hook-up per il cablaggio interno, abbiamo spesso bisogno di più conduttori, e una collezione di conduttori isolati all’interno di una guaina comune è noto come un cavo multicore (ben distinto da un filo multistrand).

Un filo che era comunemente visto nelle bobine a radiofrequenza è Litzendraht (solitamente abbreviato in Litz). Il filo è costituito da un numero di fili isolati, tutti collegati tra loro a ciascuna estremità, formando un singolo conduttore (motivo per cui è considerato un filo, piuttosto che un cavo). Il significato di isolare (o servire) i singoli fili è che l’effetto pelle forza le correnti di segnale sulla superficie esterna alle alte frequenze, quindi l’aumento della superficie del filo Litz riduce la resistenza ad alta frequenza (>100 kHz) e quindi le perdite. L’idea è periodicamente risorto per l’audio, ma il solo segnale audio in remoto sensibili alla resistenza del cavo è quella tra il diffusore e l’amplificatore, eppure la maggior parte dei tweeter sono induttivi, a meno che corretti e hanno un’impedenza di >10 kω a 20 kHz, in modo che la pelle effetto sarebbe necessario a causa alta frequenza di resistenza del cavo in salita >1 Ω a causa di un 1 dB di variazione di livello, e che semplicemente non avviene a frequenze audio. Il modo migliore per migliorare un cavo dell’altoparlante è accorciarlo.

I fili che trasportano segnali di basso livello devono essere protetti da segnali interferenti esterni. Torcendo strettamente le gambe di invio e ritorno di un segnale fornisce protezione contro i campi magnetici, mentre l’aggiunta di uno schermo conduttivo coassiale collegato a terra protegge il conduttore interno dai campi elettrostatici. Non c’è nulla che ci impedisca di combinare le due tecniche, quindi twisted pair nello schermo generale è comune per i cavi del microfono.

Lo schermo conduttivo di un cavo coassiale può essere formato semplicemente avvolgendo fili di filo non isolati attorno a un interno isolato, ma piegando tale cavo si allontanano i fili esterni, consentendo l’ingresso di interferenze, quindi una soluzione migliore è intrecciare i fili esterni. A buon mercato domestico terrestre TV via cavo ha una treccia molto aperto, rendendo il cavo quasi efficace (ma mal sintonizzato) come l’array dipolo intenzionale alla sua estremità. Il cavo video coassiale di qualità broadcast ha due strati di treccia stretta per ridurre al minimo l’ingresso di interferenze, ma questo è costoso, quindi una soluzione più economica utilizza un singolo schermo intrecciato su uno schermo lappato di lamina metallica o poliestere alluminato.

Il cavo coassiale è quasi invariabilmente destinato all’uso in radiofrequenza e il parametro chiave tende ad essere l’impedenza caratteristica piuttosto che la capacità di carico di corrente. Impedenza caratteristica è l’impedenza visto tra i due conduttori guardando in entrambe le estremità di una lunghezza infinita di cavo. Immaginate di avere una lunghezza infinita di 50 Ω impedenza caratteristica cavo coassiale e si taglia un metro da un’estremità. Ora avete una lunghezza infinita di cavo e una lunghezza di un metro di cavo. Per definizione, la lunghezza infinita deve ancora assomigliare a 50 Ω, ma anche la lunghezza di un metro sembrava 50 Ω quando terminata dalla lunghezza infinita, e non sarebbe diversa se la terminassimo con una resistenza di 50 Ω tra i due conduttori. Per simmetria, la lunghezza infinita del cavo sembra una resistenza di 50 Ω da entrambe le estremità, quindi la lunghezza di un metro del cavo deve essere terminata con una resistenza di 50 Ω a ciascuna estremità per mantenere la sua impedenza caratteristica.

Una volta che un cavo è abbastanza lungo per più lunghezze d’onda del segnale a verificarsi lungo il cavo, si comporta come una linea di trasmissione, e purché sia terminato ad ogni estremità da una resistenza pari alla sua impedenza caratteristica, un segnale propagato da un’estremità è totalmente assorbito all’estremità lontana senza riflessi. Mis-terminazione alla fine fa sì che un singolo riflesso per tornare indietro il cavo alla sorgente, dove è totalmente assorbito dalla corrispondente impedenza della sorgente. Tuttavia, se anche la resistenza della sorgente non corrisponde all’impedenza caratteristica del cavo, la riflessione si riflette indietro dalla sorgente e rimbalza avanti e indietro lungo il cavo fino a quando non viene assorbita dalle perdite del cavo. L’effetto sulla televisione analogica è stato quello di causare un’immagine fantasma leggermente a destra dell’immagine originale.

Le riflessioni aggiungono o sottraggono al segnale previsto ma sono impercettibili a condizione che il cavo sia corto rispetto alle transizioni del segnale, e questo è il motivo per cui le definizioni della linea di trasmissione sono solitamente espresse in termini di lunghezza d’onda e lunghezza del cavo. Tuttavia, i segnali viaggiano più lentamente lungo un cavo rispetto allo spazio libero, quindi i produttori di solito specificano il fattore di velocità, che è la proporzione della velocità della luce (c). I cavi coassiali tipici hanno un fattore di velocità di ≈⅔c.

Ricordando che tutti i condensatori subiscono una perdita dielettrica crescente con la frequenza, i cavi coassiali a radiofrequenza richiedono un isolante solido di buona qualità come il PTFE o un uso attento di un isolante inferiore. Il PTFE deve essere estruso ad una temperatura sufficientemente elevata da ossidare il rame e fondere la saldatura, quindi il conduttore interno è argentato anziché stagnato (niente a che fare con l’effetto pelle). Dopo un vuoto, l’aria è il dielettrico migliore, quindi alcuni cavi a radiofrequenza riducono al minimo l’effetto di un dielettrico di qualità inferiore tra il nucleo e il conduttore esterno schiumandolo o sistemandolo in sottili raggi radiali di supporto che riducono il valore medio di er. Tipico isolante solido 50 Ω cavo coassiale ha una capacità di ≈100 pF / m, o ≈30 pF per piede, e questo diventa significativo a frequenze audio se la resistenza sorgente è significativa (≥1 kΩ) o il cavo è lungo (≥2 m).

Poiché una sonda oscilloscopio passa corrente trascurabile in impedenza di ingresso di un oscilloscopio 1 MΩ/ / ≈12 pF, la resistenza in serie non è un problema e il cavo coassiale della sonda può avere un diametro del conduttore centrale molto più piccolo, portando a una capacità significativamente ridotta per unità di lunghezza.

Un sottoprodotto utile della necessità di un dielettrico spesso (rispetto ad un condensatore esplicito) è che i cavi coassiali a radiofrequenza tendono ad avere>2 kV DC tensione nominale tra core e schermo. Pertanto, quando hai rubato lo schermo della treccia per creare un cavo ombelicale o audio personalizzato, non scartare l’interno (isolato) in quanto è un utile cavo ad alta tensione.

Tutto il cavo ha un raggio di curvatura minimo, e piegando un cavo coassiale così strettamente che l’isolatore interno comincia a collassare cambia l’impedenza caratteristica, con conseguente riflessione da quel punto – che è un problema per l’audio digitale. Più significativamente per le valvole, la deformazione dell’isolante concentra la carica e riduce la tensione nominale locale, quindi trattare i cavi con cura e non piegarli strettamente. Il cavo di rete è fornito dal produttore delicatamente arrotolato su un tamburo, eppure tanta attrezzatura arriva con un cavo di rete IEC strettamente figurato i cui nodi sono quasi impossibili da rimuovere. Perché?

Non c’è nulla che ci impedisca di raggruppare un numero di cavi coassiali o coppie intrecciate in un’unica guaina. Una volta che le coppie intrecciate sono raggruppate insieme, potrebbero interferire l’una con l’altra, in modo che possano essere schermate individualmente, o un singolo schermo complessivo aggiunto sotto la guaina esterna, e i cataloghi dei componenti sono pieni di tali cavi e connettori associati. Come esempio estremo, la prima telecamera a colori EMI 2001/1 necessitava di dieci cavi coassiali per i segnali video analogici tra la testa della telecamera e l’unità di controllo della telecamera, oltre a più fili per i segnali di controllo e l’alimentazione, portando al cavo della telecamera G101 (101 conduttori).

I cavi multicore personalizzati sono costosi sia da realizzare che da terminare, quindi la soluzione successiva della telecamera televisiva è stata quella di modulare tutti i segnali su portatori di radiofrequenza e spostare l’alimentazione alla testa della telecamera. Il cavo di segnale doveva essere una linea di trasmissione coassiale che potesse trasportare segnali più alimentazione di rete tra il suo nucleo e lo schermo, quindi (per sicurezza) un altro schermo collegato a terra era posizionato attorno (ma isolato da) il conduttore neutro, risultando in un cavo triassiale. Anche se l’elettronica aggiuntiva necessaria per il multiplexing del segnale era costosa, era superata dai risparmi sui costi del cavo quando erano necessarie miglia di cavo, come nelle trasmissioni esterne.

I cavi e i connettori triassiali sono utilizzati anche all’ingresso degli elettrometri (amperometri la cui portata massima è di soli 20 mA) perché il bootstrap dello schermo interno tramite un follower di tensione dal segnale riduce le correnti di dispersione del cavo lasciando lo schermo esterno per svolgere la sua tradizionale funzione di screening. In teoria, il bootstrap dello schermo interno di un cavo triassiale potrebbe ridurre la capacità del cavo sufficientemente da collegare una capsula microfonica a condensatore al suo amplificatore di ingresso, ma è invariabilmente meglio risolvere il problema della capacità spostando l’amplificatore di ingresso adiacente alla sorgente. L’autore deve ancora trovare una vera e propria applicazione audio per cavo triassiale.

Sebbene il cavo ombelicale prodotto commercialmente diventi rapidamente costoso, i cavi su ordinazione corti sono fatti facilmente impacchettando i singoli cavi o cavi insieme dentro una guaina comune e la treccia di nylon per precisamente questo scopo è prontamente disponibile. Se volessimo, potremmo aggiungere uno schermo intrecciato preso da un cavo video, consentendo la costruzione di un cavo ombelicale composto da fili ritorti di grosso calibro per le forniture di riscaldamento nel proprio schermo, fili di controllo sottili, fili di segnale schermati, oltre a uno schermo esterno e infine una treccia di nylon isolante e isolante. La treccia isolante è necessaria perché se uno schermo conduttore è permesso di raschiare attraverso la lavorazione del metallo messa a terra, crea crepitii audio come sostanziali correnti di terra sono fatti e rotti.