bjomo skrev:Kabel-TV-kabel, är den 75 Ohm precis som "ång-TV-kabel"? Jag gissar att kabeln som användes i lite större nät är av en lågförlusttyp, kan tänka mig att det kan ge betydligt mindre dämpning på lite längre sträckor även för audiotillämpningar.
Men vad är karakteristisk impedans för audiokabel egentligen? Om man har otur och kapar kabeln på precis rätt ställe, får man då interferenser av reflektion etc. även i audiofrekvenser på < 100 kHz?
Är det inte oftast helt omöjligt att undvika jordslingefenomen med utrustning i "standardutförande" på ilte längre avstånd? Allra bäst torde vara att köra alla former av signalering på differentiella par, gärna koaxiellt. Men det stöds inte i "normal" utrustning, eller hur?
Så länge kabeln inte är mer än några procent av en full våglängd av signalen i (elektrisk)längd så behöver man inte tänka på reflexer och dyligt.
På låga frekvenser under 50 KHz så är kabeln övervägande kapacitiv för att längsmedinduktansen är låg och ger ingen induktiv reaktans som kompenserar bort kapacitansen som det sker vid höga frekvenser - detta ger en komplex kapacitiv impedans vid låga frekvenser och har mer dämpeffekt på diskantfrekvenser än basfrekvenser ala infinitesmal stegad RCRCRC-filterkedja - man får sk. dovt kabelton när det är över lite längre kabeldistanser.
I det fallet är det inte säkert att koax är bättre än ett tvistat par just för att koax i regel har högre kapacitans per meter vid låga frekvenser - man kan i viss mån kompensera diskantavrullningen med att sätta en kondensator parallellt över drivstegets utgångsresistans men kräver exakta kända impedanser på generator och mottagare och att kapacitansen ändras med länden av kabeln - dvs. svårhanterat för gemene man
ett gammalt inlägg om detta i news för länge sedan:
Kod: Markera allt
Dock gör man felet, som nästa alla andra, att man nämner
att impedanserna är anorlunda vid LF-tonfrekvenser och snabbt
hoppar upp till > 200 KHz i vidare disskusionen utan att markera
att nu pratar vi HF och inget annat... - dom 100 Ohm:en gäller
alltså inte för Audio, men å andra sidan så är sträckorna inte så långa
heller i HiFi-sammanhang och man kan betrakta kabeln som en kapacitans
mot jord. Det intressanta är då längden samt hur många pF/m kabeln
har och därmed dess sammanlagda kapacitans.
Om man verkligen är angelägen så kan anpassa utgångsstegets impedans
så att den hanterar och kompenserar för kapasitiv last, kanske med en
kondensator av lämpligt värde (beroende av kabellängden) parallellt över
utgångsmotståndet för att behålla pulsutseendet på signalen
- om utgångssteget (OP-ampen) klarar av det utan att självsvänga och
ringa...
Den tekniken används bl.a. på oscilloskopprobar med sin vrid-
kondensator för att ratta in bästa möjliga fyrkantvåg och handlar
egentligen om kapacitiv spänningsdelning parallellt med den
resistiva dito. dvs.
generator last
R1 1 kOhm R2 10 kOhm
____ _____
----|____|----------oo------------------oo-----------|_____|----
| | | |
| || | | C2 | Cp
|---||---| ----- -----
|| ----- ----- (okänd parasit
C1 10 nF | kabel- | kondensator =0pF)
| kapacitans |
| (1nF = ca 18m |
| kat5 kabel) |
--------------------oo------------------00----------------
utgångsdel kabel ingångsdel
(här modulerat på utgången av OP-amp NE5532, 1k serieresistans på
utgången och i ovan exempel dessutom parallellkondensator C1 a 10 nF
för kompensation av kabelkapacitans av totalt 1nF (52pF/m)
samt en resistiv ingångsteg a 10 kOhm.)
Här får man den (o)roliga effekten att resultatet blir sämre
när man ökar C1 från 0 -> 2 nF för att sedan bli bättre och
vid 10 nF är det fullt kompenserat inom hela aktuella
frekvensområde. Vidare så ser man att ju lägre utgångsimpedans R1,
ju större parallellkapacitans måsta man använda då kvoterna mellan
utgångsimpedans och ingångsimpedans måste behållas i systemet.
Utan kompensationskondensator så får man ca 0.07 dB lägre nivå
vid 22kHz än vid 100 Hz på 10 m kabel.
Mao. ingenting att ligga sömnlös för om man inte hör till dom där
Audiofilerna som måste ha allt perfekt... - dock när man ser hur en
pulståg eller fyrkantvåg (10 KHz) distas vid okompenserad koppling redan
efter 10 meter kabel så är man inte riktigt lika säker längre...
se längre ned:
vidare:
I spice-simulatorn så kunde jag inte låta bli och se vad som händer
när man skarvade en bunt 1m-bitar av kat-5 kabel, simulerat som:
0.188 Ohm
____
o-------|____|--------o
|
|
===== 58 pF efter varandra
|
|
o---------------------o
Med 1kOhm sändningsimpedans och 10 kOhm lyssningsimpedans
resultatet:
-----------------------------------------------------------------------
| längd |100 Hz | 22000 Hz | delta dB 100 Hz - |parallell kond C1|
| | | | 22000 Hz |för kompencering |
-----------------------------------------------------------------------
10 -0.831 dB -0.848 dB -0.018 dB 5.1 nF
20 -0.831 dB -0.905 dB -0.074 dB 10.4 nF
100 -0.843 dB -2.4 dB -1.56 dB 51.97 nF
500 -0.930 dB -11.78 dB -10.88 dB 285.6 nF
Med paralellkapacitans C1 enligt ovan så blir det helt frekvensrakt
inom 0.01 dB - dB-förbättringarna är inte så imponerande (förrän vid
långa kablar), men det som verkligen syns är
transientegenskaperna/flankerna på en fyrkantvåg. Från att ha varit
avrundade så blir dom så skarpa som OP-ampens slewrate förmår
- att de har blivit skarpa innebär också att man har rättat
till fasgången - sådana detaljer som inte lämnar audofilen
någon ro...
simulerat enl:
< http://www.algonet.se/~toek/schemarc.GIF >
för 10 meter kabel:
< http://www.algonet.se/~toek/pulser_fore_kompensering_10m.GIF >
< http://www.algonet.se/~toek/pulser_efter_kompensering_10m.GIF >
20 meter:
< http://www.algonet.se/~toek/pulser_fore_kompensering_20m.GIF >
< http://www.algonet.se/~toek/pulser_efter_kompensering_20m.GIF >
100 meter:
< http://www.algonet.se/~toek/pulser_fore_kompensering_100m.GIF >
< http://www.algonet.se/~toek/pulser_efter_kompensering_100m.GIF >
och slutligen rejält med 500 meter:
< http://www.algonet.se/~toek/pulser_fore_kompensering_500m.GIF >
< http://www.algonet.se/~toek/pulser_efter_kompensering_500m.GIF >
Man ser att det är OP-ampens strömförmåga som begränsar vid stora
längder... dock här tillräckligt bra för att köra 22kHz över 500 meter
Cat-5 utan diskantdämpning - om den kompenseras med parallellkondensator
över utgångsmotståndet C1.
Sträckorna över 100 meter skall man ta med en nypa salt, dels för
numeriska fel i spice pga. 100-tal RC-länkar efter varandra, dels för
att modellen med diskreta komponeneter utan avstånd mellan inte
håller riktigt längre när det börja få utsräckning i rummet.
det gjordes också en test med spice:s transmissionslinje-komponent och diagrammen var nästan idenstiska med ovanstående förutom en klart märkbar fördröjning mellan in och ut för och efter kabeln - dock segade plottningarna ned med antalet punkter i någon obehaglig kvadratisk faktor och skulle ha tagit många timmar att slutföra per plot - jag skippade det.
Till detta så brukar OP-ampar få problem om större delen av inkopplad last är reaktiv (kapacitiv eller induktiv) och kan börja självsvänga eller busa på annat sätt
[har inte kollat exakt alla länkar i ovanstående text - men dom skall finnas kvar och fungera - skrik till annars]
Området mellan 50 kHz till runt 500 kHz så är det väldig knepigt att hantera impedansmässigt då den rör sig från komplex impedans vid låga frekvenser till reel impedans över 500 kHz - 1 MHz och när den väl är över 1 MHz så är impedansen nästa alltid runt 100-120 Ohm för parledningar som bandkabel, cat5, och tom. telefonledningar. det finns orsaker till att 115200 Baud på RS232 inte går att köra över speciellt långa ledningar då pulsvågen distas svårt för att de olika frekvenskomponenterna kommer med olika hastighet och amplitud och pulsformen blir kraftigt distat....
Det betyder att kabeln också har varierande impedans beroende av frekvensen där 300 Hz kan ligga på 1500 Ohm medans 3400 Ohm kanske ligger på 450 Ohm samt att våghastigheten varierar kraftigt med frekvensen - långsammare ju lägre frekvens och vid 800 Hz på telekabel så ligger den på 63000 km/s - nästan 1/5-del av ljushastigheten.
dämpgraden är ungefär som ränta på ett lån/sparkonto - dom första åren/metrarna påverkar nästan inget synbart när det gäller frekvensgången och upp till kanske 500 meter kan det enkelt korrigeras med en equlizer på mottagaren och även på sändarsidan med kapacitans parallelt över serieresistanen på utgången - sedan blir det mycket snabbt sämre med ökad avstånd och det går inte längre att kompensera 'felen' med 'matchning' och starkare drivsteg i ändpunkterna...
---
Faktum är att den här verkan är så destruktiv med ökad avstånd för att överföra LF-signaler på längre distanser att man måste stoppa in konstgjorda induktanser i serie med kabel med jämna mellanrum för att delvis Kompensera ut kapacitansen i kabeln - och Pupin som upptäckte det och såg sammanhanget blev idiotförklarad till en början (som många andra stora uppfinningar inom telecom) - men i själva verket var förutsättning för långdistanstelefonin på kabel och över Atlanten. extrainduktansen som man stoppar in med jämna avstånd kallas pupin-spolar.
se
diagrammet och då förstår man snart att induktanserna i serie med ledarsegmenten var en förutsättning för longdistanstelefonin på kabel - dock på bekostnad av max frekvens och är en förklaring till varför telefoni inte har större frekvensomfång än 300 - 3400 Hz. Utan denna kompensering så skulle knappt en kärnkraftverk till mikrofon höras fram efter 10 mil sträcka men med pupin-spolar med jämna mellanrum efter sträckan så hanteras det ganska enkelt av en kolkornsmicrofon...
med andra värden och andra distanser mellan spolarna så kan man flytta upp brytfrekvense till tex 20 kHz - men dämpgraden per km ökar då också rent generellt.
Observera att skala på vänster sida är i dB dämpning och på en 10 mil lina är 2500 Hz signal dämpat med 120 dB medans med pupinspolar så är det bara dämpat med 20 dB.
Vill man lära sig lite mer om hur detta fungerar så läs lite om transmissionsteori - och skaffa en miniräknare som enkelt kan hantera komplexa kvadratrötter (tex hp42s eller free42) - det är bara sådan räkning i dessa formler och skall man lösa det för hand så blir man aldrig klar/ger upp...
