1 / 71

Cables are to be considered as components ...... Kabels moeten beschouwd worden als onderdelen...... www.breem.nl

Cables are to be considered as components ...... Kabels moeten beschouwd worden als onderdelen...... www.breem.nl. Components can only be well considered in their environment...... Onderdelen kunnen alleen goed beschouwd worden in hun omgeving...... www.breem.nl. Jan Breemer.

Sophia
Download Presentation

Cables are to be considered as components ...... Kabels moeten beschouwd worden als onderdelen...... www.breem.nl

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Cables are to be considered as components...... Kabels moeten beschouwd worden als onderdelen...... www.breem.nl

  2. Components can only be well considered in their environment...... Onderdelen kunnen alleen goed beschouwd worden in hun omgeving...... www.breem.nl

  3. Jan Breemer. • Elektronica techneut, beroep & hobby. • Hifi, maar niet fanatiek. • Veel onzin in High-End Audio • Stel nuchtere techniek tegenover • Maak eenvoudige vervangings schema’s en EENVOUDIGE BEREKENINGEN. www.breem.nl

  4. INHOUD • Spanningsdeler, Weerstand, Capaciteit, Zelfinductie, Skin-effect • Karakteristieke Impedantie, Afsluiten • Beschadiging van het analoge audiosignaal • Signaalkabels, EMC: Aardlus, HF detectie • Luidspreker kabels, Demping • Lichtnet kabels, EMC • Bijzondere materialen / constructies.

  5. Spannings deler • Bron, serie-weerstand en belasting. Vout Rl Overdracht = gewenst = 1 Vin Rl + Rs

  6. Weerstand van een geleider Neemt toe met de lengte l van de draad. Neemt af met de doorsnede s (mm2) = π / 4* d = Neemt af met kwadraat van diameter d (mm) Materiaal eigenschap: Zilver heeft de laagste soortelijke weerstand, Koper is ca. 6% slechter.

  7. Zelfinductie • Soort weerstand die toeneemt met de frequentie. • Hangt samen met de “lus” die de geleiders vormen. • Veroorzaakt verlies van hoge frequenties, in combinatie met de belasting.

  8. Capaciteit • Soort weerstand die afneemt met de frequentie. • Bepaald door oppervlakte en afstand van geleiders die “elkaar zien” en de epsilon van het isolatie materiaal. • Veroorzaakt verlies van hoge frequenties in combinatie met de bron / serie weerstand

  9. Skin-effect (1/4) -- wat is het. • Magnetisch wisselveld IN de geleider veroorzaakt stroomverdringing: de stroom loopt voornamelijk in de buitenste laag van de geleider. • Ohmse weerstand die toeneemt met de frequentie.

  10. Skin-effect (2/4) -- formule. • Indring diepte δ (delta) = • δ = 2 / ωσμ (m) • ω = 2 * π * frequentie (Hz) • σ = 5.8 107 S/m (koper) • μ = 4 π 10-7 H/m • 95% van de stroom loopt in 3 x de indring diepte

  11. Skin-effect (3/4) -- tabel. • Indring diepte en weerstand van 10 meter kabel heen-en-weer, in Ohm.

  12. Skin-effect (4/4) -- conclusies. • Neemt toe met de wortel uit de frequentie. • Neemt toe met de diameter van de draad. • Maar: de weerstand neemt af met het kwadraat van de diameter. • Dikkere draad wint het altijd. • Bij draaddoorsnede tot 2.5 mm2 verwaarloosbaar voor luidsprekers

  13. Karakteristieke impedantie van een kabel (1/8) • Zelfinductie en capaciteit zijn gelijkmatig verdeeld over de lengte. • Bij een lange kabel komen stroom en spanning uiteindelijk in een vaste verhouding te staan: Z0

  14. Karakteristieke impedantie van een kabel (2/8) • Een lange kabel = niet klein t.o.v. de golflengte. • Golflengtes: • 1 kHz  300 km • 10 kHz  30 km • 100 kHz 3 km • Als kabellengte << golflengte is de K. I. volstrekt oninteressant. Dan geldt het “lumped element” model.

  15. Karakteristieke impedantie van een kabel (3/8) • Stel: een oneindig lange kabel zonder verliezen. • Stroom en spanning hebben een vaste verhouding Z0 • Z0 wordt bepaald door Zelfinductie / m en Capaciteit / m. • Z0 is Ohms, en onafhankelijk van de frequentie.

  16. Karakteristieke impedantie van een kabel (4/8) • Knip een eindig stuk af, vervang de rest door een R = Z0 • De situatie aan de ingang is niet veranderd.

  17. Karakteristieke impedantie van een kabel (5/8) • Maximale vermogens overdracht als RL = Ri • Bij RL <> Ri wordt altijd een geringer vermogen overgedragen.

  18. Karakteristieke impedantie van een kabel (6/8) • Maximale vermogens overdracht alleen als ZL = Z0 • Bij Zl <> Z0 treedt reflectie op. • Gebruik dit om de Z0 van een kabel te meten. • De bron impedantie doet er in 1e instantie niet toe.

  19. Karakteristieke impedantie van een kabel (7/8) • Hoe meet je de Karakteristieke Impedantie? • Regel RL af op minimale reflecties, meet RL daarna.

  20. Karakteristieke impedantie van een kabel (8/8) • Hoe meet je de Karakteristieke Impedantie? RL te laag, correct, te hoog. Blokgolf ca. 5 MHz, kabellengte 10 meter

  21. Impedantie van een audio kabel: Lumped Element model. (Lump = klonter) • Weerstand, zelfinductie en capaciteit geconcentreerd in de ongelukkigste volgorde.

  22. Enkele voorbeelden

  23. Beschadiging van het audiosignaal (1/7) • Elektrisch signaal van 1 apparaat naar een ander • Verzwakking (alle frequenties) • Frequentie / fase karakteristiek • Intermodulatie / Harmonischen productie (THD) • Principiele Ruis • Ongewenste signalen (storing) (EMC) • Demping van de luidspreker • HF stabiliteit van de (eind)versterker

  24. Beschadiging van het audiosignaal (2/7) Verzwakking • Voor alle frequenties hetzelfde • Meestal uiterst gering: zie spanningsdeler • Compenseren met volume regelaar • Hoorbaar: - niet • Geen probleem

  25. Beschadiging van het audiosignaal (3/7)Frequentie / fase karakteristiek • Audio kabels vormen meestal een laagdoorlaat filter. • Afwijkingen < 1 dB onhoorbaar (1 dB = 12 % signaal) • Afwijkingen met hoge Q zijn mogelijk beter hoorbaar, maar komen bij kabels niet voor. • Hoorbaar: - minder sprankelend, dof geluid • Mogelijk een probleem bij zeer lange kabels.

  26. Beschadiging van het audiosignaal (4/7)Intermodulatie / Harmonischen (THD) • Veronderstelt dat de weerstand / impedantie van de kabel afhankelijk is van stroom of spanning. • Redenering berust op misvatting / misleiding. • Kabels introduceren geen IM vervorming. • Slechte verbindingen (connectoren) introduceren mogelijk wel IM vervorming, maar dat gaat meestal ook gepaard met uitval. • Geen probleem

  27. Beschadiging van het audiosignaal (5/7)Principiele Ruis • Overal aanwezig. • Ruisvermogen evenredig met temperatuur. • Ruisspanning evenredig met wortel uit weerstand en bandbreedte. • 1 Ohm ruist ca. 0.02 uVolt (- 154 dbV) • I.v.m. audio kabels altijd verwaarloosbaar. • Geen probleem

  28. Beschadiging van het audiosignaal (6/7) Ongewenste signalen (storing) (EMC) • Hoorbaar: Brom, zoem-, fluittonen, gelispel etc, soms herkenbare spraak / muziek van zender. • Zet CD op pauze en draai volume op. Probleem? • Draai een CD met heel zachte passages. Storing hoorbaar? • Bij een echt EMC probleem helpen andere kabels meestal niet; er moet iets IN DE KASTEN gedaan worden. • Soms een probleem. • Er zijn meestal eenvoudige oplossingen.

  29. Beschadiging van het audiosignaal (7/7) • Demping van de luidspreker • HF stabiliteit van de (eind)versterker • Komen verderop aan de orde

  30. Typisch voorkomen van audio kabels • Luidsprekerkabels:- Lage impedantie, flinke stromen, matig lang- Typisch: Bron: < 0.1 Ω, belasting 8 Ω - Vermogens overdracht • Signaalkabels (Interlinks): - Matig hoge impedantie, kleine spanningen, nog veel keinere stromen, kort- Typisch: Bron: < 100 Ω, belasting > 50 kΩ- Spannings overdracht • Microfoon kabel- Lang, niet zelden storende omgeving.- Zeer kleine signaal spanning

  31. LS kabels: Verzwakking • Overdracht is hier 8 / 8.5 = 0.94 of -0.53 dB • Bij 0.14 Ω wordt dat 8 / 8.14 = 0.98 of -0.15 dB

  32. LS kabels: Hoog verlies door zelfinductie • Overdracht 8 / (82 + 0.92) = 0.99 of – 0.05 dB • Houd rekening met faseverschuiving

  33. LS kabels: Capaciteit en stabiliteit v/d versterker • Stabiliteit bij vele MHz: Kabel capaciteit kan roet in het eten gooien. • Snubber netwerkje isoleert versterker van kabel. • Laten zitten !

  34. Demping van de luidspreker (1 / ) • Een luidspreker in beweging wekt een spanning op. • Eigen beweging geeft spanning <> versterker

  35. Demping van de luidspreker (2 / • Kortsluiten: er gaat een grote stroom lopen en die dempt de beweging. • Spanning = beweging (snelheid) • Stroom = kracht

  36. Demping van de luidspreker (3 / ) • Eigen weerstand van de luidspreker beperkt het effect van de demping. • Eigen weerstand is ~6Ω voor 8Ω luidsprekers.

  37. Demping van de luidspreker (4 / ) • Kabel weerstand, Z-out van de versterker en Z van filter spelen ook mee. • Meestal is Re bepalend, soms Z-filter. • Kabel en versterker doen meestal weinig.

  38. Demping van de luidspreker (5 / ) • Een eenvoudig wisselfilter.

  39. Demping van de luidspreker (5 / ) • Luidspreker kijkt in een resonantiekring ! • Afgestemd op ca. de cross-over frequentie • Remedie: Gebruik multi-amping + actief filter

  40. Luidpreker kabels: Bi / multi wiring • Mono - wire voorbeeld.

  41. Luidpreker kabels: Bi / multi wiring • Bi - wire voorbeeld. • Welk probleem lost dit op / voorkomt het ?

  42. Luidpreker kabels: Bi / multi wiring • Bi - wire kabels doorverbinden geeft lagere weerstand.

  43. Luidpreker kabels: Conclusies • Weerstand / zelfinductie : Hou ze kort. Kleine lus. • Weerstand, Skin-effect: Hou ze dik. Grotere doorsnede wint het altijd van het skineffect. • Capaciteit: Niet interessant. • Karakteristiek afsluiten: Je hebt er niets aan. • Bi- / multi- wiring: Verspilling van kabel. >> Gebruik actief filter en multipele versterkers.

  44. Signaal kabels • Ri typisch: < 500 Ω • Zl typisch: > 50 kΩ • Rk typisch: < 1 Ω • Lk typisch: 0.5 uH → 0.062 Ω/m

  45. Signaal kabels • Voorbeeld: Ri = 500 Ω, kabel 20m à 240 pF/m.Tijdconstante = 0.5 * 4.8 = 2.4 usec → 66 kHz • Versterkers geven op de “rec-out” output veelal direct het ingangssignaal door. Ri is dan de Ri van de signaalbron. • Gebruik dan een lijnversterker voor lange verbindingen

  46. Signaal kabels voor MD (MM) vinyl elementen • Zelfinductie element geeft met (kabel) capaciteit een 2e orde laagdoorlaat filter op ~ 8 kHz • Deze compenseert de mechanische resonantie van de naalddrager. • Kabel capaciteit zit nadrukkelijk in de overdracht. • Zie lezing voor DDIY dag 2005 op www.breem.nl.

  47. Signaal kabels voor MC vinyl elementen • Vaak zeer lage ingangs impedantie van voorversterker / step-up trafo ~ 2 Ohm • Weerstand van binnen-ader en mantel doet er toe. • Mantel verbinding in speler geeft verlies kanaalscheiding

  48. Signaal kabels: Conclusies • Bij signaal kabels tussen bijv. CD en Versterker spelen weerstand, zelfinductie en capaciteit geen enkele rol. • Bij erg lange kabels wordt de capaciteit een issue: gebruik een laagohmige line-driver. • Bij Vinyl-MD elementen is de kabel capaciteit een onderdeel van de overdracht. • Bij Vinyl-MC elementen zijn weerstand en zelfinductie belangrijk als de impedantie van de voorversterker / step-up trafo erg laag is.

  49. EMC (1 / 5) • Elektro- Magnetische Compatibiliteit: de mate waarin apparaten elkaar niet storen • Gewenst signaal vs. ongewenst signaal (storing) • Emissie, Susceptibiliteit = gebrek aan immuniteit. • Stoorbron, gestoord apparaat, koppelweg, alle 3 nodig. • Stoorsignaal in / buiten de band: • In de band: direct hoorbaar • Buiten de band: vertalings mechanisme nodig

  50. EMC (2 / 5) Aardlus probleem • In de band: meestal aardlus probleem • Voorbeeld: Versterker geaard via stopcontact, FM tuner geaard via kabelmaatschappij. • De weerstand van de return leiding kan het stoorsignaal niet "kortsluiten"

More Related