Een kabel van 50 Ohm?

In het begin van mijn verkenningen van elektriciteit kwam ik een stuk coaxkabel tegen met een label van "50 ohm" gedrukt langs de buitenmantel (figuur hieronder). Coaxkabel is een tweeaderige kabel gemaakt van een enkele geleider omgeven door een gevlochten draadmantel, met een plastic isolatiemateriaal dat de twee scheidt.

Als zodanig omringt de buitenste (gevlochten) geleider de binnenste (enkeldraads) geleider volledig, waarbij de twee geleiders over de gehele lengte van de kabel van elkaar zijn geïsoleerd. Dit type bekabeling wordt vaak gebruikt om zwakke (lage amplitude) spanningssignalen te geleiden, vanwege het uitstekende vermogen om dergelijke signalen af ​​te schermen van externe interferentie.

Coaxkabelconstructie.

Ik was verbijsterd door het label "50 ohm" op deze coaxkabel. Hoe kunnen twee geleiders, van elkaar geïsoleerd door een relatief dikke laag plastic, een weerstand van 50 ohm tussen hen hebben?

Door de weerstand tussen de buitenste en binnenste geleiders te meten met mijn ohmmeter, ontdekte ik dat deze oneindig is (open circuit), precies zoals ik had verwacht van de twee geïsoleerde geleiders.

Het meten van de weerstanden van elk van de twee geleiders van het ene uiteinde van de kabel naar het andere gaf een weerstand van bijna nul ohm aan:nogmaals, precies wat ik had verwacht van continue, ononderbroken stukken draad.

Nergens kon ik 50 Ω weerstand op deze kabel meten, ongeacht op welke punten ik mijn ohmmeter ertussen had aangesloten.

Wat ik op dat moment niet begreep, was de reactie van de kabel op hoogfrequente AC-signalen en pulsen die een snelle stijg-/daaltijd vertonen. Continue gelijkstroom (DC) - zoals die wordt gebruikt door mijn ohmmeter om de weerstand van de kabel te controleren - laat zien dat de twee geleiders volledig van elkaar zijn geïsoleerd, met een bijna oneindige weerstand tussen de twee.

Vanwege de effecten van capaciteit en inductantie verdeeld over de lengte van de kabel, reageert de kabel echter op snel veranderende spanningen zodanig dat deze als een eindig fungeert impedantie, stroomafname evenredig aan de aangelegde spanning.

Wat we normaal zouden afdoen als slechts een paar draden, wordt een belangrijk circuitelement in de aanwezigheid van snel veranderende transiënten en hoogfrequente AC-signalen, met geheel eigen karakteristieke eigenschappen. Bij het uitdrukken van dergelijke eigenschappen verwijzen we naar het draadpaar als een transmissielijn .

Dit hoofdstuk onderzoekt het gedrag van de transmissielijn. Veel transmissielijneffecten komen niet in significante mate voor in AC-circuits met een powerline-frequentie (50 of 60 Hz), of in continue DC-circuits, en dus hebben we ons er tot nu toe niet mee bezig gehouden in onze studie van elektrische circuits.

In circuits met hoge frequenties en/of extreem lange kabellengtes zijn de effecten echter zeer significant.

Praktische toepassingen van transmissielijneffecten zijn er in overvloed in radiofrequentie ("RF") communicatiecircuits, inclusief computernetwerken, en in laagfrequente circuits die onderhevig zijn aan snel veranderende spanningspieken ("pieken") zoals blikseminslagen op hoogspanningslijnen.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad karakteristieke impedantie