Koaxialkabel - kapazitive Last

Ich habe immer noch ein Verständnisproblem mit impedanzangepassten Koaxialkabeln und ihrem Verhalten.

Wir führen eine Impedanzanpassung durch, um Reflexionen zu vermeiden.

Wie sieht meine Signalquelle das ganze Kabel? Bei einer bestimmten Frequenz sieht es nur 50 Ohm. Wie berechne ich diese Häufigkeit? Was sieht meine Signalquelle bei niedrigeren Frequenzen? Eine kapazitive Last, abhängig von der Kabellänge?

Ich habe schon viele Artikel und Beiträge gelesen, aber es ist etwas, was mir immer noch nicht klar ist.

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@Jares, worum geht es bei der Ergänzung der Schaltung zu Ihrer Frage? Geben Sie etwas preis, das bei jeder Antwort wichtig sein könnte?
Hallo Andy! Ich habe die Schaltung hinzugefügt, als Neil_Uk danach gefragt hat. In Bezug auf Ihre Bearbeitung habe ich auf Ihren ursprünglichen Beitrag geantwortet
Wenn Sie Ihre Antwort ergänzen, könnte es hilfreich sein, wenn Sie den Kontext erklären.

Antworten (5)

Wie sieht meine Signalquelle das ganze Kabel?

Der Wellenwiderstand ( Z 0 ) jeder Übertragungsleitung, sei es Koaxialkabel oder Twisted Pair (abgeschirmt oder nicht abgeschirmt), wird bestimmt durch: -

Z 0 = R + J ω L G + J ω C

Wobei R, L, G und C der Widerstand, die Induktivität, der Leitwert und die Kapazität der tatsächlichen Leitung pro Längeneinheit sind. Da es sich um eine Längeneinheit handelt, können wir eine beliebige Länge auswählen, um diese Zahlen zu messen, und erhalten dieselbe Antwort.

Bei einer bestimmten Frequenz sieht es nur 50 Ohm ?

Wenn wir davon ausgehen, dass die Frequenz ziemlich hoch ist (etwa 1 MHz oder mehr), kann die obige Gleichung vereinfacht werden, weil ω L Und ω C dominieren über R und G, daher erhalten wir: -

Z 0 = J ω L J ω C = L C

Ein typischer Wert für L könnte also 250 nH pro Meter sein und C könnte 100 pF pro Meter sein und das ergibt: -

Z 0 = 2500 = 50  Ohm

Oberhalb von etwa 1 MHz ist der Wellenwiderstand bei einem festen Wert (ziemlich oft 50 Ohm) bis in den GHz-Bereich ohmsch, wenn andere Dinge passieren.

Wie berechne ich diese Häufigkeit?

Es liegt normalerweise bei etwa 1 MHz, aber Sie haben die vollständige Formel, und wenn Sie wissen möchten, wie sich die Dinge unter 1 MHz entwickeln, wird die Formel für jedes praktische Kabel mit vernachlässigbarer Leitfähigkeit (G) tendenziell so: -

Z 0 = R J ω C

Diese Formel dominiert für den Großteil des Audiospektrums, wie z. B. ein Kabel wie dieses: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Bild von dieser Wiki-Seite und bitte beachten Sie, dass es einen Fehler in der x-Achse gibt - es sollte "300 k" und nicht "3 M" heißen.

Was sieht meine Signalquelle bei niedrigeren Frequenzen? Eine kapazitive Last, abhängig von der Kabellänge?

Nicht ganz, das Verhältnis von R zu J ω C ist leicht zu verstehen, aber die Quadratwurzel davon (und insbesondere der "j"-Term) impliziert einen Phasenwinkel von 45 Grad.

Also führen wir eine Impedanzanpassung durch, um Reflexionen zu vermeiden.

Ja, aber bei niedrigen Frequenzen ist das meist sinnlos, weil die Kabellänge im Vergleich zu den Wellenlängen des (Audio-)Signals normalerweise so kurz ist, dass Reflexionen trivial sind.

Was Wiki über Koaxialkabel R, L, G und C sagt: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Neue Schaltung vom OP offenbart

Es ist ein Bild aufgetaucht, das einen Differential-zu-Single-Ended-Treiber mit einem 50-Ohm-Abschluss an einer Länge von Koaxialkabeln zeigt. Das Koaxialkabel ist mit 50 Ohm abgeschlossen. Da es keine Erklärung gibt, muss ich Folgendes hinzufügen: -

  • Es muss kein Abschlusswiderstand an beiden Enden vorhanden sein, damit dies funktioniert. Es ist durchaus sinnvoll, einen seriellen Treiberabschluss zu verwenden und den offenen Stromkreis am fernen Ende des Koaxialkabels abzuschließen.
  • Der Vorteil eines Einzeltreiber-Reihenabschlusses besteht darin, dass alle Reflexionen von der Leerlauflast am Treiberende abgeleitet werden UND, was noch wichtiger ist, die am Empfänger gesehene Spannung genau die ist, die übertragen wird, dh es gibt keinen Verlust.
  • Eine Terminierung an beiden Enden fehlt ein Kniff und die Ausgangsspannung beträgt 50% der Treibersignalspannung.
  • Koaxialkabelschirme müssen geerdet werden, und für beste Qualität sollte dies an beiden Enden erfolgen, ABER ....
  • Wenn dies nicht an beiden Enden möglich ist, erden Sie am sendenden Ende und verwenden Sie einen Differentialempfänger, um eine Rauschaufnahme angemessen zu vermeiden UND ...
  • Die Erdung sollte mit einer Impedanz erfolgen, die der Impedanz entspricht, die bei der Speisung des Innenleiters verwendet wird. Dies verbessert die EMI-Empfindlichkeitsprobleme erheblich.

Dies wäre meine Empfehlung basierend auf den begrenzten Informationen des OP: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Aber es könnte mit 50 Ohm auf der Innenseite und einer harten Masse an der Abschirmung am Treiberende angemessen funktionieren. Es ist noch unklar, was es mit dem Fragenzusatz auf sich hat.

Ist das 3M-Label auf der Grafik korrekt? Oder sollen es 300.000 sein?
Haha, gute Stelle @muyustan - ich werde dem Bild eine Notiz hinzufügen.
Danke Andy aka! ABER: G ist gleich 1/R. Warum sagen Sie also in Ihrer letzten Formel, dass G vernachlässigbar wird? R und G sind NICHT frequenzabhängig. 1) Verstehe ich das richtig, ein Koaxialkabel hat nur eine Impedanz von 50 Ohm über einer bestimmten Frequenz? Und wenn es sich um eine Impedanz von 50 Ohm handelt, sieht die Quelle nur noch ein 50-Ohm-Kabel und keine Kapazität mehr? 2) Unterhalb dieser Frequenz hat das Koaxialkabel keine Impedanz von 50 Ohm mehr, daher ist es nicht angepasst, daher sieht die Quelle keine Impedanz von 50 Ohm mehr, sondern eine kapazitive Last? Bitte sagt mir, dass ich auf dem richtigen Weg bin
@Jeres "G" ist die Leitfähigkeit zwischen Drähten (bei einem Koaxialkabel ist dies die Leckage zwischen Innen und Schirm). G kann weitgehend vernachlässigt werden, bis sich die Frequenzen 1 GHz nähern, wenn dielektrische Verluste auftreten. Ein typisches Koaxialkabel hat eine charakteristische Impedanz von 50 Ohm über etwa 1 MHz, aber das bedeutet nicht, dass dies die Impedanz ist, die die Quelle sieht, denn wenn die Last nicht 50 Ohm beträgt, beträgt die "gesehene" Impedanz nicht 50 Ohm und Reflexionen werden anwesend sein. Die Impedanz ändert sich von 50 Ohm auf sqrt (R/jwC), wenn die Frequenz sinkt. Denken Sie daran, dass dies eine Frage-und-Antwort-Seite und kein Diskussionsforum ist.
Entschuldigung, vielleicht drücke ich mich nicht klar aus. Ich mache einen ganzen Frequenz-Sweep (100 Hz - 100 MHz), deshalb möchte ich das Verhalten eines Kabels für den gesamten Frequenzbereich verstehen, also kein Fachsimpeln. Nehmen wir an, das gesamte System ist mit 50 Ohm impedanzangepasst. Bei niedrigen Frequenzen (z. B. 200 Hz) sieht meine Quelle eine kapazitive Last, abhängig von der Länge des Kabels (x nF/Länge). Es sieht eine kapazitive Last, weil die Impedanz meines Kabels bei dieser Frequenz keine 50 Ohm hat. Rechts ?
@Jeres Es sieht nicht ganz eine kapazitive Last - wie in meiner Antwort erklärt, sieht es eine Last mit einer Impedanz von -45 Grad, die mit sinkender Frequenz an Wert gewinnt - sehen Sie sich die Grafik in meiner Antwort an - das ist die charakteristische Impedanz sieht aus und wird numerisch komplexer, wenn eine feste Terminierung von 50 Ohm bei niedrigen Frequenzen nicht perfekt zum Kabel passt. Aus diesem Grund versuchen Telefoningenieure sicherzustellen, dass Kabel mit einer komplexen Impedanz abgeschlossen werden, um das Nebengeräusch zu minimieren (anstelle von 600 Ohm).
Und @MarcusMüller Nein, das stimmt nicht ganz - der Wellenwiderstand ist bei niedrigen Frequenzen komplex und wird R G bei DC (falls das von Interesse wäre).
@Andyaka ja, aber eine komplexe Impedanz mit negativem Imaginärteil - das ist eine kapazitive Last, nicht wahr?
@MarcusMüller nicht, wenn es sich um eine Quadratwurzel handelt !! Bei Audio ist es R J ω C - das ist eine Charakteristik mit einem Winkel von 45 Grad.
lemme ... warte ... ja, das ist im oberen rechten Quadranten für klein ω . Macht viel Sinn. Mein Antennenkoax sieht bei 50 Hz nicht sehr kapazitiv aus, oder?
@Andyaka: ok, was passiert, wenn Sie das Ende des Koaxialkabels nicht abschließen? Ändert das etwas für den Opamp, was er angesteuert sieht? Im Moment sagt mein Verständnis, dass der Opamp, wenn das System angepasst ist, nur resistive 2x50 Ohm sieht. Aber jetzt, wo es offen ist, sieht es eine große kapazitive Last?
Es ist unwahrscheinlich, dass ein Operationsverstärker geeignet ist. Das ist meine erste Reaktion @Jeres. Was passiert, wenn ein richtiger Leitungstreiber auf diese Weise angeschlossen wird, steht in der Übertragungsleitungstheorie, von der ich versucht habe, an der Oberfläche zu kratzen, als ich meine Antwort kürzlich ergänzt habe. Die Frage, die Sie stellen, erfordert viel Beschreibung, um Ihnen eine Antwort zu geben, denn es ist ein Fall von „Sie werden es nicht glauben“, bis Sie rechnen. Es ist wirklich eine nicht intuitive Antwort und ohne ein vernünftiges und tieferes Verständnis ist es in Kommentaren wirklich schwer zu erklären, weil Kommentare nicht ausreichen ....
..... Ich würde Ihnen raten, eine neue Frage zur Funktionsweise von Übertragungsleitungen zu stellen und eine lange Antwort und eine steile Lernkurve zu erwarten, um sie schnell zu verstehen. Ich versuche nicht, der Antwort zu entkommen, ich weise nur darauf hin, dass ein gutes Verständnis des Wellenwiderstands, des Geschwindigkeitsfaktors und der Dämpfung entlang einer T-Leitung Seiten benötigt, um Sie auf den neuesten Stand zu bringen.

Also führen wir eine Impedanzanpassung durch, um Reflexionen zu vermeiden.

Normalerweise ja. Tatsächlich führen wir eine Impedanzanpassung für eine maximale Leistungsübertragung durch ; Sie können messen, wie viel Leistung nicht übertragen wird und wie viel reflektiert wird.

Keine Reflexionen sind also ein Symptom dessen, was wir erreichen wollten: dass die maximale Leistung über die Übertragungsleitung übertragen wird

Wie sieht meine Signalquelle das ganze Kabel?

Gar nicht.

Wenn es angepasst ist, sieht es nur die Wellenimpedanz am Eintrittspunkt in die Übertragungsleitung.

Bei einer bestimmten Frequenz sieht es nur noch 50 Ohm?!

Nochmals, ja, wenn die Übertragungsleitung bei einer bestimmten Frequenz eine Wellenimpedanz von 50 Ω hat, sieht sie das.

Wie berechne ich diese Häufigkeit?

Diese Frage macht keinen Sinn – Sie sind derjenige mit einem System, das mit einer bestimmten Frequenz arbeitet, und Sie passen Ihr System und die Übertragungsleitung für diese bestimmte Frequenz an.

Was sieht meine Signalquelle bei niedrigeren Frequenzen?

Eine andere Impedanz.

Eine kapazitive Last, abhängig von der Kabellänge?

Kapazitiv, ohmsch, induktiv: Hängt von der tatsächlichen Wellenimpedanz und -länge der Übertragungsleitung ab; Es gibt keine allgemeine Aussage, außer zu sagen:

Eine Anpassung ist die einzige Möglichkeit, dass die von der Quelle gesehene effektive Wellenimpedanz nicht von der Kabellänge abhängt.

Beachten Sie, dass "angepasst" nicht "reellwertige" Impedanz bedeutet. Wenn Ihre Quelle eine komplexe Impedanz hat, dann ist die angepasste Impedanz das komplexe Konjugat davon – und immer noch komplex.

Wie sieht meine Signalquelle das ganze Kabel?

Beginnen wir mit einem einfachen, verlustfreien, einheitlichen Koax. Es gibt kompliziertere Systeme, von denen Ihnen andere Leute erzählen können.

Wenn das Kabel mit seiner charakteristischen Impedanz abgeschlossen ist, von der wir annehmen, dass sie 50 Ω beträgt, sieht der Kabeleingang wie 50 Ω aus. Das Wichtigste hier ist, dass dies für verlustfreie Kabel für jede Wellenform gilt, bei allen Frequenzen, einschließlich DC, und für jede Kabellänge.

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Hier sind zwei Möglichkeiten, wie wir eine Übertragungsleitung als „terminiert“ beschreiben könnten (es gibt noch andere). In Ihren Kommentaren sprechen Sie von der Verwendung von 3 m RG316-Koaxialkabel. Diese Länge hat einen Schleifenwiderstand von etwa 1 Ω, während das Kabel eine Impedanztoleranz von etwa 2 Ω hat.

Im oberen Diagramm sieht der Operationsverstärker eine Last von etwa 25 Ω. Dies wird im Wesentlichen von DC bis 100 MHz resistiv sein. Jede kapazitive oder induktive Komponente ist unbedeutend. Nur sehr wenige gängige Verstärker werden dies problemlos treiben können.

Im unteren Diagramm sieht der Operationsverstärker eine Last von etwa 100 Ω von DC bis 100 MHz, mit den gleichen Einschränkungen.

Wir verwenden leicht unterschiedliche Modelle, um das Verhalten im Zeitbereich und im Frequenzbereich zu erklären. Der Zeitbereich umfasst Zeitschritte und Impulse, die ein sehr breites Frequenzspektrum haben. Frequenzbereichsbeschreibungen neigen dazu, einzelne Frequenzen zu verwenden, die sich auf das Langzeitverhalten konzentrieren und die anfängliche Transiente ignorieren. Denken Sie daran, dass beide wahr sind, und jeder scheinbare Konflikt ist einer der Sprache und der Domäne des Modells.

Wenn wir einen Stufeneingang auf das Kabel werfen, also einen breiten Frequenzbereich einschließlich sehr hoher Frequenzen, sieht der Kabeleingang zunächst aus wie 50 Ω. Es sieht aus wie 50 Ω, solange die Stufenwelle benötigt, um das andere Ende des Kabels zu erreichen. Wenn es dort 50 Ω findet, wird es nicht reflektiert, und der Kabeleingang sieht auf unbestimmte Zeit weiterhin wie 50 Ω aus.

Wenn der Schritt einen offenen Stromkreis findet, erhält er eine reflektierte Spannung in Phase, einen Strom in Gegenphase, und wenn der Schritt den Eingang wieder erreicht, verdoppelt sich die Spannung und der Eingangsstrom fällt auf Null. Bei niedrigen Frequenzen im Frequenzbereich, wenn die Kabellaufzeit im Vergleich zur Periode des Signals sehr kurz ist, wirkt dieses Leerlaufverhalten am Eingang kapazitiv. Bei Kurzschluss am Ausgang sieht das niederfrequente Eingangsverhalten induktiv aus.

Bei einer langen Linie ist das Verhalten interessanter. Wenn der Ausgang ein offener Stromkreis ist, dann sieht der Eingang bei einer Frequenz, für die die Leitung eine Viertelwellenlänge lang ist, tatsächlich wie ein Kurzschluss aus. Diese spezielle Leitungslänge wird häufig in Filtern und anderen Komponenten verwendet, da diese Impedanztransformation so nützlich ist. Unabhängig von der Frequenz im Frequenzbereich sieht eine offene 50-Ω-Leitung am Eingang jedoch niemals wie 50 Ω aus, sondern je nach Länge und Frequenz nur kurz, offen, induktiv oder kapazitiv.

Bei einer verlustbehafteten Leitung ist das Verhalten komplizierter. Sobald der Serienwiderstand einen signifikanten Bruchteil der Impedanz erreicht, kann er nicht länger ignoriert werden. Dies wird durch die Tatsache erschwert, dass bei RF der Skin-Tiefe-Effekt den effektiven Widerstand erhöht.

Das stimmt bei Audiofrequenzen nicht - der Wellenwiderstand ändert sich - fragen Sie einen Telefontechniker.
Danke Neil_UK. Nehmen wir ein Beispiel, um zu sehen, ob ich das richtig mache: Wenn für ein bestimmtes Kabel dieses spezifische Kabel impedanzangepasst ist, sieht die Quelle nur diese Impedanz? Das Problem ist nun, dass sich die Impedanz dieses spezifischen Kabels über der Frequenz ändert, richtig? Nehmen wir also das Beispiel eines 50-Ohm-Koax-Systems. Was passiert bei einer Frequenz von sagen wir 80 Hz? Die Impedanz des Kabels selbst beträgt nicht 50 Ohm, und daher ist das System nicht mehr impedanzangepasst, daher sieht die Quelle keine 50 Ohm, sondern eine kapazitive Last. Ist das korrekt?
@Jeres Nein. In erster Näherung ist die Impedanz eines gut konstruierten einfachen Kabels bei allen Frequenzen konstant. 50-Ohm-Kabel ist 50-Ohm-Kabel, egal ob bei DC, 80 Hz oder 100 MHz. Es ist möglich, kompliziertere Systeme herzustellen, die sich über einen begrenzten Frequenzbereich wie ein Kabel verhalten, beispielsweise ein Telefonkabel. Bei einer zweiten Annäherung bewirken Verluste interessantere Dinge.
Dies wird bei keinem praktischen Kabel @Neil_UK passieren
@Andyaka Ein Telefonkabel neigt dazu, geladen zu werden, um seine effektive Impedanz bei niedrigen Frequenzen zu erhöhen. Es ist wohl ein System, das komplexer ist als ein einfaches Kabel.
Nun, ich habe viele Jahre damit verbracht, altmodische POT-Geräte zu entwerfen, also denke ich, dass ich mich vielleicht richtig daran erinnern kann.
@Andyaka Der Gentleman hat in seinem OP auf Koaxialkabel verwiesen, also lassen wir ihn mit einem einfachen verlustfreien, einheitlichen Koaxialkabel laufen, bevor wir ihn bitten, mit Verlusten zu laufen oder mit Telefonkabeln Stabhochsprung zu machen. Denken wir zum Beispiel an UT-85.
Koaxialkabel schließen sich nicht magisch aus der Mathematik aus. Wie sich herausstellt, fragt die Operation nach Messungen von 100 Hz bis 10 MHz. Nehmen wir also nicht an, dass es verlustfrei ist.
@Jeres Damit Andy und ich unsere Diskussion relativieren können, wie lang ist das Kabel und wie ist die Güte des Kabels (RG58 oder was auch immer). Bitte bestätigen Sie, welche Art von Messungen Sie vornehmen möchten. Die Bearbeitung dieser Informationen in Ihrem ursprünglichen Beitrag wäre die beste Möglichkeit, sie bereitzustellen.
Hm, nehmen wir zum Beispiel den RG316. ABER sollte keinen großen Unterschied machen, da das Verhalten immer noch dasselbe sein sollte. Nehmen wir ein 3 m langes Koaxialkabel, das an den Ausgang eines Operationsverstärkers angeschlossen ist. Es ist impedanzangepasst. Ich mache einen Frequenz-Sweep von DC bis zur maximalen Frequenz, die der jeweilige Operationsverstärker verarbeiten kann. Jetzt möchte ich wissen, in welchem ​​​​Frequenzbereich der Operationsverstärker (= Quelle) 50 Ohm und wann eine kapazitive Last sieht. (RG316: 94 pF/m = 291 pF, den der Operationsverstärker ansteuern muss)
@Jeres Bitte klären Sie "Impedanz abgestimmt". Meinen Sie damit, dass sich am anderen Ende des Koaxialkabels eine 50-Ohm-Last oder ein 50-Ohm-Widerstand zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und dem Eingang des Koaxialkabels oder beidem oder etwas anderem befindet? Das Kabel ist 1/4 Wellenlänge bei etwa 16MHz.
"Impedanzangepasst" bedeutet, dass an beiden Enden 50 Ohm anliegen.
@Jeres Sie müssen einen Schaltplan in Ihre Frage einfügen (klicken Sie auf Bearbeiten, dann auf das Widerstands- / Kondensatorsymbol), um mir die Frage zu ersparen: "Meinen Sie den Widerstand gegen Masse am Eingangsende oder den Widerstand in Reihe mit dem Operationsverstärkerausgang?" Um jedoch die meisten Details herauszuschneiden, ist RG316 im DC- bis 100-MHz-Bereich praktisch perfekt (Annäherung erster Ordnung). Sie müssen sich keine Gedanken über Telefonkabel bei Audiofrequenzen und die Telegrafengleichungen machen. Die Verlustterme sind ausreichend klein, dass 3 m für alle Absichten und Messzwecke verlustfrei sind und der Operationsverstärker einen flachen Widerstand von DC bis 100 MHz sieht.
Ich spreche nicht von Kabelverlust. Ich spreche davon, wie sich die Kabel verhalten. Siehe en.wikipedia.org/wiki/… Abhängig von der Frequenz ändert sich die Kabelimpedanz ... Impedanzangepasste Schaltung ist in meiner ersten Frage
@Jeres Andy spricht über Kabelverlust, wenn er und der Wikipedia-Artikel Ihnen die R- und G-Begriffe in der Telegrapher-Gleichung vorstellen. Für 3 m und Kabel von guter Qualität wie RG316 gelten jedoch die Annahmen in meiner Antwort, dass Sie sich keine Gedanken über Verluste machen müssen, da die R- und G-Terme sehr, sehr klein sind. Das Kabel sieht von DC bis 100 MHz weiterhin wie 50 Ohm aus, wobei die kleinen Abweichungen aufgrund von Toleranzen, DC-Widerstand (der R-Term) und HF-Verlust im Dielektrikum vernachlässigt werden. Es gibt im Wesentlichen keinen G-Term, der eine Leitfähigkeit über das Dielektrikum wäre.
@Jeres Obwohl Sie das Kabel öffnen und eine niederfrequente Kapazität messen können, und obwohl Sie das Kabel kurzschließen und eine niederfrequente Induktivität messen können, wenn Sie den Ausgang des Kabels mit 50 Ohm abschließen, ist der Eingang des Kabel sieht aus wie 50 Ohm, ohne überschüssige Kapazität oder Induktivität. Sie müssen nicht mein Wort dafür nehmen, realistische Werte für R und G in die Gleichung einsetzen und sehen, ob sie signifikant sind.
@Jeres liest den Wikipedia-Artikel erneut und sagt, dass die Impedanz bei Gleichstrom und niedrigen Frequenzen sehr hoch ist, da der R-Term die verschwindenden reaktiven Terme dominiert. Richtig, für ein nicht abgeschlossenes Kabel. Der 50-Ohm-Shunt am Ende bewirkt jedoch, dass der Eingang des Kabels einen Widerstand von etwa 50 Ohm aufweist. Als Ingenieure ignorieren wir normalerweise diese theoretisch hohe DC-Impedanz, da sie weder den terminierten Betrieb noch den „kapazitiv aussehenden“ Betrieb im offenen Stromkreis stört. Ihr Verstärker muss bei allen Frequenzen, einschließlich DC, 100 Ohm treiben, eine kleine Toleranz geben oder nehmen.
Also in Kurzform ... für den Operationsverstärker spielt es keine Rolle, ob es ein 3-Meter-Koaxialkabel oder ein 40-Meter-Koaxialkabel gibt, da es nur die 100 Ohm ansteuern muss, wenn es abgeschlossen ist? Das klingt für mich so falsch :( (abgesehen vom Verlust, aber das spielt für die Opamp-Laufwerksfähigkeiten keine Rolle)
@Jeres Es mag (für dich) falsch klingen, aber es ist richtig und wirklich so einfach. Das ist für den verlustfreien Fall. Im verlustbehafteten Fall gibt es kleine Störungen davon. Aber es bleibt immer fast vollständig resistiv, es gibt keine großen Ausschläge auf kapazitiv. Haben Sie einen Lieblings-Schaltungssimulator? Wenn nicht, laden Sie LTSpice herunter. Es ist kostenlos und ein mehr oder weniger de facto Standard für Amateure und Profis gleichermaßen. Setzen Sie eine Übertragungsleitung ein, oder noch besser, bauen Sie eine aus einem Dutzend Stufen von L, C, R und G, mit Werten aus dem RG316-Datenblatt. Und sehen Sie, wie viel Strom es braucht, wenn Sie mit einer Spannung fahren.
@Jeres Wenn man den realistischeren - das ist den verlustbehafteten Fall - für Ihr 3 m oder 40 m langes Koaxialkabel nimmt, beträgt der Gleichstromwiderstand jeweils 1 Ohm und 13 Ohm. Ein Ohm ist unbedeutend im Vergleich zu 50 (oder 100 am Operationsverstärker), aber 13? Dadurch wird Ihre Operationsverstärkerlast auf 113 Ohm erhöht, nicht auf 100. Für 1 km Koaxialkabel beträgt der Kabelwiderstand 300 Ohm. Aber es bleibt ungefähr resistiv, es wird nie kapazitiv. Eine weitere Komplikation, das ist bei DC. Bei HF erhöht der Skin-Effekt den Serienwiderstand, was die Dinge komplizierter macht. Fahren Sie im Simulator mit einer Stromquelle, dann ist die Spannung nur eine Impedanz.

Die Impedanz eines Kabels ergibt sich aus dem Konzept eines idealen Kabels (kein Widerstand, kein dielektrischer Verlust) mit unendlicher Länge und konstanten Eigenschaften über seine Länge.

Wenn Sie ein solches Kabel mit Gleichstrom versorgen, sehen Sie einen konstanten und endlichen Strom, wenn sich die Spannungsänderung entlang des Kabels ausbreitet und die Kapazität des Kabels entlang auflädt. Das Kabel ist effektiv ein Widerstand.

Sie können dasselbe Kabel mit Wechselstrom versorgen - das Kabel zeigt denselben Widerstand, der durch denselben Mechanismus entsteht.

Wenn Sie das Kabel irgendwann abschneiden und den Rest des unendlichen Teils durch einen Widerstand mit demselben Widerstandswert wie das unendliche Kabel ersetzen, ändert sich aus Sicht der Stromquelle nichts. Die Eingangsseite des Kabels verhält sich immer noch wie derselbe Widerstand.

Das Kabel ist eine frequenzabhängige Impedanz. Seine Impedanz hängt von seinem Abschluss und seiner elektrischen Länge ab. Bei sehr niedrigen Frequenzen, bei denen das Kabel elektrisch kurz ist, wird es als Kapazität angesehen, da die Serieninduktivität bei sehr niedrigen Frequenzen einfach zu klein ist, um das Kabel zu einem verteilten System zu machen. Die Frequenz, bei der es seine nominelle charakteristische Impedanz zeigt, ist, wo die Impedanz der Serieninduktivität beginnt, über die ohmsche Serienimpedanz zu dominieren.

Koaxialkabel - kapazitive Last
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