Terminierung - Theorie und die PRAKTISCHE Begründung

Ellen95 schrieb:
> WORAN reflektiert WAS?

Am Ende der Leitung wird zurückreflektiert. Genauer: An jeder Stelle, wo 
sich die Impedanz der Leitung ändert. Am Ende der Leitung wird die 
Impedanz plötzlich unendlich, das ist eine recht starke Änderung.

Das kannst du dir mal angucken, kam in meiner PCB Vorlesung mal:
https://www.youtube.com/watch?v=DovunOxlY1k

Die Welle bewegt sich durch den leiter zu seinem Ende hin. Wenn dort 
nichts ist, was die Energie verschluckt, wird sich die Welle weiter 
bewegen müssen. Also kommt sie wieder zurück.

Ein Kurzschluss am Ende würde die Welle auch nicht verschlucken, denn 
ein Kurzschluss wandelt keine Energie in Wärme um.

Ein falsch angepasster Widerstand würde nur einen Teil der Energie 
aufnehmen, warum das so ist, weiß ich allerdings auch nicht.

Leitungen sollen an beiden Enden korrekt terminiert werden, damit Wellen 
in beide Richtungen ordentlich "verschluckt" werden. Ich habe auch 
schion einseitig terminierte Leitungen in der Praxis gesehen. Sie 
funktionieren besser, als ganz ohne Terminierung aber schlechter als 
beidseitig terminierte.

> Warum gerade das -REDUZIERUNG DER LEISTUNG- hilfreich sein
> soll, leuchtet bisher keiner meiner x Gehirnzellen ein.

Darum geht es auch gar nicht. Es geht darum, der Welle, die auf das 
Leitungsende zurast, die Energie wegzunehmen, damit sie von dem 
jeweiligen Ende nicht reflektiert wird.

> Soll man sich Strom als eine Art Welle vorstellen, die an einer
> Kaimauer zurückgeworfen (reflektiert) wird?

Ja. Mit Widerständen wird sie nicht reflektiert. Das entspäche dann 
einer Kaimauer mit einem dicken Sofakissen davor.

> Und warum hilft ausgerechnet ein Widerstand an der QUELLE der
> Welle, damit diese am ENDE nicht zurückgeworfen wird?

Das ist nicht der Fall. Der Widerstand an der Quelle reduziert 
Reflexionen von Wellen, die von woanders auf dieses Ende (der Quelle) 
zulaufen.

Bei digitalen Signalen hat der Serienwiderstand zur Leitung noch einen 
anderen Sinn: Er soll die Signalflanken "abrunden". Denn ein 
rechteckiges Signal hat unendlich viele Oberwellen und kein Kabel kann 
unendlich hohe Frequenzen sauber übertragen.

Bei Centronics Druckerschnittstellen waren zum Beispiel Widerstände um 
100 Ohm, oft auch in Kombination mit Kondensatoren um 100pF üblich.

Ellen95 schrieb:
> Ein Widerstand reduziert bekanntlich
> den Strom, der durch eine Leitung fließt, und reduziert folglich auch
> die Spannung.

richtig: deswegen läuft die Welle auch erst mal mit reduzierter Spannung 
über die Leitung. Wenn Terminierungswiderstand am Leitungsanfang und 
Wellenwiderstand der Leitung den gleichen Wert haben, dann läuft die 
Welle nur mit halbem Spannungswert über die Leitung.

Ellen95 schrieb:
> WORAN reflektiert WAS?

Die Welle reflektiert am hochohmigen Ende der Leitung. Allgemein 
gesprochen ergibt sich an jeder Stelle, an der sich der Wellenwiderstand 
ändert, eine gewisse Reflexion. Wie stark die Reflexion ist hängt vom 
Unterschied der Wellenwiderstände ab.
https://de.wikipedia.org/wiki/Reflexionsfaktor
An dem hochohmigen Ende wird die Welle zu 100% reflektiert. Da sie nur 
mit halbem Spannung ankam und nun zu 100% reflektiert wird, ergibt sich 
damit am Leitungsende die volle Spannung.

Die Reflektion läuft über das Kabel zurück. Wenn sie wieder am vorderen 
Ende der Leitung ankommt, trifft sie auf den Terminierungswiderstand. Da 
der (idealerweise) den selben Wert hat wie die Leitungsimpedanz ergibt 
sich keine Reflexion (da keine Impedanzänderung) und die Spannung bleibt 
stabil (bis zur nächsten Flanke des Signals).

Ellen95 schrieb:
> Und WO wird vom Strom überhaupt das "Ende der Leitung" ausgemacht?

da wo sich der Wellenwiderstand schlagartig auf hochohmig ändert.

Du kannst dir das Verhalten sehr gut mit LTSpice veranschaulichen 
(Spannungssprünge auf tlines geben)

Stell Dir die Leitung als eine Reihenschaltung von vielen Induktivitäten 
vor. Und aus vielen Kondensatoren an den Induktivitäten nach GND.  Nun 
startest Du einen kurzen Spannungssprung (oder was auch immer Du dir gut 
vorstellen kannst) am Anfang der Leitung. Dieser Spannungssprung wird 
entlang der Induktivitäten und Kondensatoren durchgereicht. Wieviel 
Strom fließt, bestimmen die Kondensatoren, wieviel Spannung, die 
Induktivitäten. Das Verhältnis der Induktivitäten zu den Kapazitäten 
bestimmt den Wellenwiderstand, oder wenn Du es besser verstehst wieviel 
Strom pro 1V Spannungshub entsteht. Sobald der Impuls (die Welle) in der 
Leitung unterwegs ist, kannst Du weder vom Anfang noch vom Ende der 
Leitung was beeinflussen. Die Energie wird lokal von Induktivitäts- und 
Kapazitätsbelag gespeichert und weitergegeben.
Kommt der Impuls (die Welle) nun am Ende der Leitung an, so kommt es 
darauf an, ob entweder ein passender Widerstand mit Wellenwiderstand die 
ganze Energie aufnimmt. Oder das Leitungsende ist offen, keine weitere 
Kapazität mehr da aber die Induktivität des letzten Leitungsstück 
liefert Strom. Also verdoppelt sich die Spannung am Leitungsende und der 
Impuls (Welle) läuft wieder zurück.
Oder das Leitungsende ist Kurzgeschlossen. Der Strom des letzten 
Induktivitätsstücks wird kurzgeschlossen, der Strom dreht sich um und 
läuft auf der Leitung zurück.

Ist ein bischen schwer, sich kontinuierliche Induktivitäten und 
Kapazitäten vorzustellen. Manchmal hilft es sich diese als viel kleine 
Bauelemente vorzustellen. Kannst das auch z.B. Mit LTSpice simulieren.

da schon mehrfach davon gesprochen wurde, dass LTSpice hier dem 
Verständnis nachhelfen kann, im Anhang mal eine einfache Simu der 
Verhältnisse bei einer 50Ohm-Leitung mit einer "Länge" (d.h. Laufzeit 
der Welle) von 20ns.

Du terminierst so, das die Leitung an beiden Enden einen Widerstand, der 
ihrem Wellenwiderstand entspricht "sieht".

Zwischen Ausgang einer Quelle und dem Eingang des Kabel schaltet man den 
Widerstand in Reihe, sofern die Quelle annähernd 0 Ohm 
Ausgangswiderstand hat.

Es gibt aber auch Verstärker mit einem genau angepassten 
Ausgangswiderstand, da hat man dann keinen zusätzlichen Widerstand.

Am anderen Ende des Kabels befindet sich die Senke, dort gibt es keinen 
Unterschied zwischen Parallel- und Reihenschaltung, da das Ende GND ist.

1

           50 Ohm          Leitung        50 Ohm in Reihe zur Leitung

2

Quelle o---[===]-------------------------[===]---| GND

3

[code]

4

5

6

[code]

7

           50 Ohm          Leitung

8

Quelle o---[===]-------------------------+

9

                                         |

10

                                        |~| 50 Ohm

11

                                        |_| parallel

12

                                         | zur Leitung

13

                                         |

14

                                        GND

> wenn der Ausgangsverstärker hochohmig ist an seinem Ausgang.

Das wäre sinnlos. Im Extremfall würde ja gar nichts mehr vom Signal 
übrig bleiben. Entweder entspricht die Ausgangsimpedanz eines 
Verstärkers der Leitung, oder sie ist geringer und man hat einen 
zusätzlichen Widerstand. Aber höher kann ich mir nicht vorstellen. Warum 
sollte man sowas bauen?

Danke für die Antworten. Manches erkläret aber nicht, sondern wiederholt 
nur die Theorie. Ich weiß, das ist viel verlangt, aber
z.B.

THOR schrieb:
> Am Ende der Leitung wird zurückreflektiert. Genauer: An jeder Stelle, wo
> sich die Impedanz der Leitung ändert. Am Ende der Leitung wird die
> Impedanz plötzlich unendlich, das ist eine recht starke Änderung.

Ich frage mal ganz blöd. WARUM wird Strom reflektiert? (physikalische 
Erklärung im internet bisher nicht gefunden). Eine Erklärung ist z.B. 
sowas https://de.wikipedia.org/wiki/Echo Was bei Schall jedes Kind 
versteht, muss für Strom auch einfach erklärbar sein. Die Frage eines 
Kindes "Warum wird Schall an einem Berg zurückgeworfen" mit "Schall wird 
an dem Berg reflektiert" zu erklären, reicht eben einfach nicht aus. 
Wenn man es aber erst verstanden hat, kann man mit dem Echo nicht nur 
besser umgehen, sondern den Effekt NUTZEN. Beim Schall z.B. Sonar. Und 
wenn man das Strom-Echo verstanden hat, dann ... ich weiß, das Thema ist 
jetzt naiv aufgebaut. Aber die Ursache physikalischer Regeln ist oftmals 
ganz einfach. Wenn man aber nicht fragt, sondern nur die Formeln kennt 
(und anwendet), kann man auf Veränderungen nicht reagieren, sondern wird 
ggf. Opfer dieser Veränderungen.

Ich habe noch nicht alle Antworten gelesen. Ich schreibe gleich nach dem 
Lesen.

Stefan U. schrieb:
> Die Welle bewegt sich durch den leiter zu seinem Ende hin. Wenn dort
> nichts ist, was die Energie verschluckt, wird sich die Welle weiter
> bewegen müssen. Also kommt sie wieder zurück.

Schön erklärt. Ein Rechteckspannung (z.B. Taktung) als "Welle" zu sehen, 
erzeugt mir etwas Kopfschmerzen. Inwieweit folgen Impulse (Takte) dem 
Muster einer Welle? Ups: Sind wir jetzt etwa bei Quantenphysik?

Stefan U. schrieb:
> Ein Kurzschluss am Ende würde die Welle auch nicht verschlucken, denn
> ein Kurzschluss wandelt keine Energie in Wärme um.

Sehr interessant auch diese Theorie. "Ein Kurzschluss am Ende würde die 
Welle" kann ja entweder nur kapazitiv (C) oder Induktiv (L) sein. Ein 
Ohmscher Kurzschluss am Ende der Leitungt würde am Anfang der Leitung 
auch vorliegen und die EINSPEISESPANNUNG nach dem ohmschen Gesetzt auf 
Null reduzieren.

Stefan U. schrieb:
> Ein falsch angepasster Widerstand würde nur einen Teil der Energie
> aufnehmen, warum das so ist, weiß ich allerdings auch nicht.

Genau. Und ich will darauf raus, solche Zusammenhänge zu verstehen, ohne 
die einsteinsche Formelsammlung rauf und runter zu lernen. Mit dem 
"Ersatzschaltbild Schall" sollte doch einiges erklärbar sein, bzw. im 
groben 1:1 der Nachvollziehbarkeit näher gebracht werden. z.B. wird 
Schall auch in einem Tunnel reflektiert, obwohl der Ausgang des Tunnels 
OFFEN (=> niederohmig) ist. Denkt mal vorübergehend etwas naiv. Das 
bringt einem vieles näher. Im Kollektiv auf jeden Fall.

Kordel wird auch reflektiert.

Spass beiseite: Es ist die Welle, die da reflektiert wird. Der 
Stromfluss ist nur die Wirkung der Welle.

Stefan U. schrieb:
> Leitungen sollen an beiden Enden korrekt terminiert werden, damit Wellen
> in beide Richtungen ordentlich "verschluckt" werden.

Wobei wieder das Erlernte dominiert, was das Verstehen erschwert. Strom 
als Welle zu betrachten hieße, Strom als bewegtes Medium mit 
Wellenbergen und Tälern zu sehen. "Wellen verschlucken" heißt dann, die 
Wellen am oberen Ende zu glätten. Also die Berge abrasieren, und in die 
Täler einfügen. Widerstände verschlucken aber nicht nur die Wellen, 
sondern auch den unteren (stehenden) Teil des Flusses. Denn Widerstände 
wirken auf Strom, und nicht nur auf Wellen. Das hieße für mich, mit 
meinem Halbwissen, dass man induktive Widerstände am Ende der Leitung 
bevorzugen müsste. Da ich aber nur ein Halbwissen habe, kann ich nicht 
begründen, ob das zutrifft oder nicht. Und das ärgert mich.

Stefan U. schrieb:
>> Warum gerade das -REDUZIERUNG DER LEISTUNG- hilfreich sein
>> soll, leuchtet bisher keiner meiner x Gehirnzellen ein.
>
> Darum geht es auch gar nicht. Es geht darum, der Welle, die auf das
> Leitungsende zurast, die Energie wegzunehmen, damit sie von dem
> jeweiligen Ende nicht reflektiert wird.

Ja doch schon. Durch den Widerstand reduziert man im Nebeneffekt die in 
die Leitung eingespeiste Leistung. Das kann ja nicht das nonplusultra 
sein. Finde ich.

Stefan U. schrieb:
> Ja. Mit Widerständen wird sie nicht reflektiert. Das entspäche dann
> einer Kaimauer mit einem dicken Sofakissen davor.

Soweit schon verstanden, ok. Aber bei der seriellen Terminierung würde 
die Welle gleich zu Beginn schon durch das Sofakissen geschickt. Und DAS 
will mir nicht einleuchten ... !

> Ein Rechteckspannung (z.B. Taktung) als "Welle" zu sehen,
> erzeugt mir etwas Kopfschmerzen.

Ein rechteckiges Signal ist eine Ansammlung von unendlich vielen Wellen 
unterschiedlicher Frequenz. Lass uns mal bei einem einfachen Sinus 
bleiben, sonst verzetteln wir uns.

> Ein Kurzschluss am Ende ... kann ja entweder nur kapazitiv (C)
> oder Induktiv (L) sein

Nein, ein Kurzschlus ist nichts von beidem. Ein Kurzschluss ist aus 
Sicht der Welle eine Mauer, an der sie wie ein Flummi abprallt.

> Ein Ohmscher Kurzschluss am Ende der Leitungt würde am Anfang der
> Leitung auch vorliegen und die EINSPEISESPANNUNG nach dem ohmschen
> Gesetzt auf Null reduzieren.

Nein, denn die Leitung hat einen Wellenwiderstand, der zwischen dem 
Einspeisepuntk und dem Ende der Leitung liegt.

> Und ich will darauf raus, solche Zusammenhänge zu verstehen, ohne
> die einsteinsche Formelsammlung rauf und runter zu lernen.

Man muss nicht alles verstehen. Ich kann Dir auch nicht erklären, wie 
ein Gehirn funktioniert, obwohl ich eins besitze und täglich intensiv 
benutze :-)
Oder warum Kartoffeln wachsen, wenn man sie in Erde steckt. Oder warum 
Babies automatisch Atmen und die Brust suchen. Da wir alle einen 
begrenzten Horizont haben, müssen wir uns damit abfinden, viele Dinge 
nicht zu verstehen.

Trotzdem interessiert mich das mit dem Widerstandswert, weswegen ich 
hier überhaupt an dem Thread teilnehme. Ich hoffe wie du auf eine 
Erklärung, die mir einleuchtet.

Stefan U. schrieb:
> Bei digitalen Signalen hat der Serienwiderstand zur Leitung noch einen
> anderen Sinn: Er soll die Signalflanken "abrunden". Denn ein
> rechteckiges Signal hat unendlich viele Oberwellen und kein Kabel kann
> unendlich hohe Frequenzen sauber übertragen.

mhh. Dann wäre im Endeffekt die ganze Digitaltechnik unoptimal 
konzipiert. Wenn man die Idee "Signalflanken abrunden" konsequent 
weiterverfolgt, wäre am Ende der Takt einer Datenleitung eine Sinuswelle 
geworden. Vielleicht wäre das wirklich besser. Dann müssten aber alle 
IC-Eingänge entweder Schmitt-Trigger, oder analogfähig sein. Man sieht, 
wasw aus solchen Überlegungen theoretisch resultieren kann. Auch wenn 
niemand von uns das je praktisch einsetzen kann, ist es trotzdem 
interessant.

Achim S. schrieb:
> An dem hochohmigen Ende wird die Welle zu 100% reflektiert. Da sie nur
> mit halbem Spannung ankam und nun zu 100% reflektiert wird, ergibt sich
> damit am Leitungsende die volle Spannung.

Dann müsste aber das "Timing der Welle" ganz genau stimmen. So dass die 
"Berge" (Amplitude, Scheitelwert) der zurücklaufenden Welle ganau auf 
die Berge der ankommenden passen. Die Theorie sagt zwar, dass das passt, 
aber ich bezweifle das etwas bzw. kann nicht nachvollziehen, WARUM das 
Timing immer "zufällig" genau stimmen sollte. Im worst case träfe ein 
zurücklaufender "Berg" genau auf ein "Tal" der ankommenden Welle, so 
dass die Welle (also deren Energie, Nutzwert) "weg" wäre.

Achim S. schrieb:
> Die Reflektion läuft über das Kabel zurück. Wenn sie wieder am vorderen
> Ende der Leitung ankommt, trifft sie auf den Terminierungswiderstand. Da
> der (idealerweise) den selben Wert hat wie die Leitungsimpedanz ergibt
> sich keine Reflexion (da keine Impedanzänderung) und die Spannung bleibt
> stabil (bis zur nächsten Flanke des Signals).

Erstmal würde ich hier einen Spannungsteiler sehen, und sonst gar 
nichts. Einen Spannungsteiler, der aus dem seriellen Widerstand R und 
der Impedanz Z der Leitung besteht. Ein Spannungsteiler teilt die 
Spannung, punkt. Wo da der Effekt sein soll, dass nichts mehr 
reflektiert wird, verschließt sich meiner Nachvollziehbarkeit leider. 
Vor allem dann, wenn man davon ausgeht, dass das Verhältnis der 
Widerstände R + Z genau stimmen muss, um den Effekt des "Verschluckens" 
des Echos zu erreichen. Irgendwas fehlt mir da noch, um das zu 
verstehen, z.B. eine Phasenverschiebung Welle-zu-Echo von 180°

*******

Ich würde gerne, kann aber nicht alles beantworten. Weil ich jetzt 
leider wieder weg muss. Ich lese mir aber alles durch. Vielen Dank für 
die vielen Erklärungen, Anregungen und vor allen Dingen der Beteiligung 
am Thema.

Ellen95 schrieb:
> Sind wir jetzt etwa bei Quantenphysik?

nein, wir sind im Bereich der Wellenleitung.

Ellen95 schrieb:
> Ein
> Ohmscher Kurzschluss am Ende der Leitungt würde am Anfang der Leitung
> auch vorliegen und die EINSPEISESPANNUNG nach dem ohmschen Gesetzt auf
> Null reduzieren.

Das gilt für Gleichstrom/Gleichspannung - und für die kannst du die 
Reflexionseffekte gerne vernachlässigen.

Im Bereich der Wellenleitung gilt deine Beschreibung nicht. Der liegt 
dann vor, wenn die Laufzeit auf der Leitung nicht mehr kurz ist 
gegenüber der Anstiegszeit des Signals an der Quelle. Für diesen Bereich 
gilt nicht mehr, dass ein Kurzschluss am Ende der Leitung die Spannung 
am Anfang der Leitung automatisch auf 0 legt. Denn in dem Bereich ist 
die Spannung an unterschiedlichen Stellen der Leitung nicht identisch 
(einfach weil die Welle erst von einer Stelle zur andern laufen muss, 
ehe sich was angleichen kann).

Wieder ein kleines Simlationsbeispiel:
- die Leitung ist hinten kurzgeschlossen
- der Spannungssprung der Quelle bei 5ns führt trotzdem zu einer Welle, 
die über die Leitung läuft. Aufgrund der Teilung zwischen 
Terminierungswiderstand und Wellenwiderstand der Leitung läuft die Welle 
nur mit halbiert Spannung. (Quelle springt auf 3,3V, Welle hat nur 
1,65V)
- die Spannung am Anfang der Leitung wird nicht sofort kurzgeschlossen, 
weil die Welle erst mal bis zum Ende der Leitung laufen muss, um etwas 
vom Kurzschluss mitzukriegen. Die Quelle samt Terminierungswiderstand 
sieht erst mal nur den Wellenwiderstand der Leitung als Last.
- bei 25ns kommt die Welle bei "Mitte an".
- bei 45ns kommt die Welle am kurzgeschlossenen Ende an. Der Kurzschluss 
bewirkt einen Reflexionskoeffizient von -100% - die reflektierte Welle 
löscht also angekommene Welle aus und läuft auf der Leitung zurück.
- bei 65ns kommt die reflektierte Welle in der Mitte an - das Signal 
geht dort auf 0
- bei 85ns kommt die reflektierte Welle wieder an der Quelle an. Erst 
jetzt "macht sich der Kurzschluss auch am Leitungsanfang bemerkbar" 
(schneller ging es aufgrund der Signallaufzeiten nicht).
- weil die Terminierung am Leitungsanfang genau zum Wellenwiderstand 
gepasst hat, gibt es hier keine neue Reflexion.

Ellen95 schrieb:
> Wenn man die Idee "Signalflanken abrunden" konsequent
> weiterverfolgt, wäre am Ende der Takt einer Datenleitung eine Sinuswelle
> geworden. Vielleicht wäre das wirklich besser.

Wenn man die Terminierung richtig man, braucht man nichts "abzurunden". 
Dann kommt genau das Rechteck an, das man sich wünscht. Das "Abrunden" 
nutzt man manchmal, wenn man die Anstiegszeit des Signals so langsam 
machen will, dass Welleneffekte (und Reflexionen) keine Rolle mehr 
spielen.

Ellen95 schrieb:
> Dann müsste aber das "Timing der Welle" ganz genau stimmen.

Da braucht es kein ausgefeiltes Timing: die Welle wird genau in dem 
Moment am Impedanzsprung reflektiert, in dem sie am Impedanzsprung 
ankommt.

Ellen95 schrieb:
> Erstmal würde ich hier einen Spannungsteiler sehen, und sonst gar
> nichts.

Der Widerstand beschreibt das Verhältnis von Spannung zu Strom der 
Welle. Wenn sich der Wellenwiderstand ändert, dann passen Strom und 
Spannung für den neuen Wellenwiderstand nicht mehr zusammen. Deswegen 
teilt sich die Welle am Impedanzsprung auf in einen transmittierten Teil 
(bei dem Strom und Spannung grade dem Wellenwiderstand des hinteren 
Leitungsteils entsprechen) und einen reflektierten Teil (bei dem das 
Verhältnis von Strom und spannung dem Wellenwiderstand des vorderen 
Leitungsteils entsprechen).

Wenn die 50Ohm-Leitung auf den 50 Ohm Widerstand trifft, gibt es keinen 
Impedanzsprung: im selben Verhältnis, wie Strom und Spannung sich auf 
der Leitung geändert haben, tun sie das auch im ohmschen Widerstand. Die 
Welle wird vollständig vom Widerstand aufgenommen, nichts wird 
reflektiert.

Ellen95 schrieb:
>Und warum hilft ausgerechnet ein Widerstand an der QUELLE der Welle,
>damit diese am ENDE nicht zurückgeworfen wird?

Der hilft nicht, damit am Ende der Leitung nichts reflektiert wird,
sondern der soll eine Mehrfachreflexion verhindern.
Wenn die Impedanz der Quelle mit dem Wellenwiderstand der Leitung
übereinstimmt ist kein Widerstand notwendig. Dies gilt genauso auch
am anderen Ende der Leitung, wenn der Empfänger von sich aus schon die
gleiche Eingangsimpedanz hat wie der Wellenwiderstand des Kabels,
ist dort auch kein Widerstand nötig. Wenn du mal ein anschauliches
Experiment zur Reflexion machen möchtest, spann mal eine Schnur
oder Angelsehne, vielleicht so 40-50 Meter zwischen zwei Bäume,
und schnipp sie dann an einem Ende an, dann läuft eine mechanische
Welle zum anderen Ende und kommt wieder zurück, sogar mit
Mehrfachreflexion. Das gleiche passiert auch elektrisch auf einer
Leitung, die an den Enden nicht richtig abgeschlossen ist, aber dann
mit Lichtgeschwindigkeit.

Marc H. schrieb:
> Wenn sie kurz geschlossen ist!
> Wenn sie hingegen offen ist, wird die Impedanz gegen 0 Ohm

Nö: Thor hatte es richtig beschrieben, du verdrehst mit deiner Korrektur 
die Sache gerade.

Ein Kurzschluss hat die Impedanz 0, ein offenes Ende die Impedanz 
unendlich.

Marc H. schrieb:
> Wenn sie kurz geschlossen ist!
> Wenn sie hingegen offen ist, wird die Impedanz gegen 0 Ohm

Impedanz ist das Verhältnis von Spannung zu Strom. Bei einer offenen 
Leitung kann offensichtlich kein Strom fließen. Folglich geht die 
Impedanz gegen unendlich. Bei einem Kurzschluss ist die Spannung null 
und folglich die Impedanz auch 0Ω.

Ellen95 schrieb:
> Ich frage mal ganz blöd. WARUM wird Strom reflektiert?

Also, hier mal eine simple Erklärung:

Stell dir ein Kabel vor, vorzugsweise ein Koaxialkabel, aber es geht 
auch mit jedem anderen Kabel.

So. Da hast du erstmal einen Draht. Und der ist lang. Jetzt weißt du ja, 
daß nicht nur ein zusammengerollter Draht eine Induktivität hat, sondern 
JEDER Draht, egal ob gerade oder krumm. Also hat auch dein Draht (von 
deinem Kabel) eine Induktivität.

Jetzt guckst du dir den Zwischenraum an, also den Raum zwischen deinem 
Mittelleiter und dem Außenleiter (oder eben zwischen den 2 Drähten, aus 
denen dein Kabel besteht). Da siehst du, daß es da zwischen den beiden 
Drähten eine Kapazität gibt. Ja, Kondensatoren bestehen nicht immer nur 
aus Platten, sondern Kapazität gibt es IMMER zwischen 2 Leitern. Diese 
ist natürlich abhängig von der Größe der Leiter und dem Abstand, also je 
nach Fall unterschiedlich klein. Also hat dein Kabel auch eine Kapazität 
zwischen den zwei Drähten.

So. und nun denkst du dir das mal als eine Schaltung aufgemalt: Am 
Drahtanfang ist eine kleine Induktivität, von dort aus geht eine kleine 
Kapazität gegen den anderen Draht, dann wieder eine kleine Induktivität 
und so weiter (wie die Arie vom Papageno).

Jetzt stellst du dir vor, du schaltest an das eine Kabelende eine 
Spannungsquelle, Innenwiderstand null.

Was passiert?

Zuerst sorgt die allererste kleine Induktivität dafür, daß der Strom 
nicht ruckartig ansteigt, sondern langsam (je nach Induktivität). Die 
Formel dazu kennst du ja.

Damit wird der erste kleine Kondensator aufgeladen.

Aber weil ja nun damit auch die Spannung am 1. Kondensator steigt, fängt 
auch ein Strom durch die zweite Induktivität an zu fließen, der den 
zweiten Kondensator auflädt. Das passiert nicht gleichzeitig mit dem 1. 
Kondensator, sondern verzögert.

Nach einer weiteren Verzögerung spielt sich das ganze beim 3. 
Kondensator ab und so fort, eben das ganze lange Kabel entlang. Während 
dieser Zeit fließt ein konstanter Strom in das Kabel hinein. (Ist ne 
schöne Seminaraufgabe, du/dt=I/C gegen di/dt=U/L mal darstellen zu 
lassen)

Und was kommt am anderen Ende dabei heraus? Am Anfang noch garnix. Aber 
sobald dieser Schwall am Ende angekommen ist, kommt es drauf an, was 
dort angeschlossen ist.

1. Fall: garnix. Der Strom, der aus dem Kabel heraus in die allerletzte 
Induktivität getrieben wird, sorgt dafür, daß die Spannung an deren 
freiem Ende in die Höhe schnellt, denn es gibt ja nix, was sich dort mit 
dem Strom aufladen könnte. Wir haben also ein Überschwingen. Da die 
Spannung am Ende ja nun höher liegt als die am letzen Kondensator davor, 
wird dieser damit auch aufgeladen ÜBER die Spannung am Eingang (durch 
das Kabel kommt ja ein stetiger Nachschub an Strom und irgendwo muß der 
hin). Das setzt sich fort, ins Kabel hinein, bis es am Anfang 
herauskommt. (Erster Teil der Erklärung zur hinlaufenden und 
zurücklaufenden Welle)

2.Fall: wir haben einen Widerstand dort dran. Also steigt die Spannung 
so weit an, bis der Strom in den Widerstand dessen Spannung soweit 
angehoben hat, daß sie der Spannung der Spannungsquelle am anderen Ende 
entspricht. Dann fließt ein konstanter Strom von der Spannungsquelle 
durch das Kabel in den Widerstand, wo die damit verbundene Leistung 
verbraten wird. merke: da die Spannungsquelle NULL Innenwiderstand hat, 
ergibt sich die Leistung NUR aus dem Lastwiderstand am anderen Ende.

3.Fall: die Drähte sind kurzgeschlossen. Also steigt der Strom durch die 
letzte Induktivität immer weiter an bis unendlich, weil ja die 
Spannungsquelle Null Innenwiderstand hat. Hat sie einen endlichen 
Widerstand, dann ist irgendwann der Maximalstrom erreicht.

Phänomen: Den Kurzschluß am Ende merkt man nicht sofort am Anfang, weil 
ja das Zusammenbrechen der Spannung an der letzten Kapazität sich 
erstmal rückwärts in das kabel hinein in Richtung Anfang fortpflanzen 
muß. Das ist dann der zweite Teil zur hin- und rücklaufenden Welle. Nur 
mit umgekehrtem Vorzeichen.

Aber was passiert, wenn man das Kabel UNENDLICH LANG macht? Dann fließt 
eben der Strom (jaja, der GLEICHSTROM) aus unserer Spannungsquelle 
ebenso unendlich lange in das Kabel hinein. Wie groß dieser ist, hängt 
vom Verhältnis der Induktivitäten zu den Kapazitäten ab.

Wir haben hier also einen Gleichstrom der in ein Gebilde fließt, das nur 
Reaktanzen, also Induktivitäten und Kapazitäten besitzt! Und keinen 
ohmschen also reellen Widerstand. Die angelegte Spannung kann man 
einstellen und den Strom messen. Das ergibt nach Urvater Ohm dann den 
Wellenwiderstand des Kabels.

So. Hast du es nun?

W.S.

Zur Begründung, warum es zur Reflektion kommt, habe ich mal ein paar 
Links gefunden:

Ohne Erklärung, aber mit dem netten Beispiel von schwingenden Seilen:
http://physics.usask.ca/%7Ehirose/ep225/animation/reflection/anim-reflection.htm

Mathematische Erklärungen:
http://www.hf.ruhr-uni-bochum.de/lehre/Animationen/Einfall.html
(Deutsch)
http://users.physics.harvard.edu/~morii/phys15c/lectures/Lecture14.pdf
(Englisch, ab S. 20)

Man muss die Mathematik gar nicht komplett verstehen/nachvollziehen. Die 
Texte dazwischen erklären die groben Gründe schon:

-Die Welle, die sich auf der Leitung (oder im Raum) fortbewegt, 
transportiert Energie (Poynting-Vektor). Diese muss bei einer 
Impedanzänderung konstant bleiben.
-An der Stoßstelle verschiedener Impedanzen gelten verschiedene 
Randbedingungen (je nach Material). (z.B. stetiger Verlauf der Felder)

Diese Randbedingungen lassen sich wohl nur durch die bekannten 
Gleichungen einhalten. Das kann man dann entweder mathematisch 
nachvollziehen, oder glauben.


Ich versuch mich auch noch an einem kleinen anschaulichen Beispiel. Da 
ich allerdings auch nicht komplett in der Materie stecke, könnten da 
auch Fehler drin sein... Bitte Korrigieren :)

Situation: Verlustfreie Leitung (50 Ohm); Sprung auf 75 Ohm und 
terminierung mit 75 Ohm; Quelle mit 50 Ohm gibt einen Sprung (2V) auf 
die Leitung.
-Die Quelle sieht zunächst die 50 Ohm Quellwiderstand und 50 Ohm 
Wellenwiderstand der Leitung.
-Am Leitungsanfang beginnt der Sprung daher (Spannungsteiler) nur mit 
1V.
-1V an 50 Ohm ergibt 20mA und eine Leistung von 20mW, die in die Leitung 
fließt.
-Am Impedanzsprung trifft der Spannungssprung (bzw. die Welle) auf 75 
Ohm. Wenn sich der Sprung weiterhin mit 1V auf der Leitung ausbreiten 
WÜRDE, entsptäche das aber nur 13mA bzw. 13mW.
-Die Leistung (eigentlich Energie der Welle, aber so ist es mit 
bekannten Formeln erklärbar) bleibt aber konstant. Außerdem muss hier 
auch der Strom an der Stoßstelle konstant bleiben.
-Würde die gesamte Leistung in die 75 Ohm Leitung fließen, wären das 
etwa 16,3mA (I^2 = P/R) und 1,22V (U^2 = P*R). (Die Werte passen schon 
fast zur angehängten Simulation, sind aber im Allgemeinen falsch.)
-Da sowohl Strom, als auch die Leistung konstant bleiben müssen, muss 
sich die Welle aufteilen. Ein Teil fließt weiter in das Leitungsstück 
mit 75 Ohm (im Weiteren mit Index _hin) und ein Teil fließt zurück zur 
Quelle (_rück).
-Mit den Randbedingungen P_ges = P_hin + P_rück und I_ges = I_hin + 
I_rück (Beim Strom auf eine konsequente Zählrichtung achten) kommt man 
vermutlich auch auf die bekannten Gleichungen, ich probier das jetzt 
aber nicht aus. (Ergebnis sind 16mA und 1.2V hinlaufend, sowie 4mA und 
0.2V rücklaufend; vgl. Simulation)

Die Erklärung ist vmtl. nicht von der Terminologie her nicht ganz 
korrekt, aber hilft vlt. jemandem, das ganze zu verstehen...

Was ich in diesem Thread noch nicht gelesen(oder evt. überlesen habe) 
ist eine physikalische Tatsache, die man zu diesem Thema immer im 
Hinterkopf
haben sollte:
Bei hohen Frequenzen, und das Beispiel der Simulation ist so ein Fall,
sind die im Gleichstrombereich gültigen Ein- und Auswirkungen auf einen
Stromfluss mehr oder minder ausser Kraft gesetzt bzw. die 
(Wechsel-/Aus-)Wirkungen bei HF sind andere als bei DC.

Ich hoffe, dass ich dies einiger Maßen verständlich geschrieben habe.

es ist eine niederohmige Quelle (Q1 in Kollektorschaltung) und ein 
Längswiderstand von 75Ohm (R8), der eine Serienterminierung am Anfang 
der angeschlossenen Leitung "red" bildet.

lalala schrieb:
> Die Erklärung ist vmtl. nicht von der Terminologie her nicht ganz
> korrekt, aber hilft vlt. jemandem, das ganze zu verstehen...

Nachtrag zu meinem Text von gestern:
Ich hatte meine Bezeichnungen tatsächlich recht unglücklich und 
untypisch gewählt.
Gestern habe ich mir das so gedacht:

1

Gesamt  

2

--------->|

3

          |

4

   <------|---->

5

   rück   |  hin

6

50 Ohm         75 Ohm

Typischer ist aber folgendes:

1

hinlaufend  

2

----------->|

3

            |

4

   <--------|---->

5

 rück/      |  transmittiert

6

reflektiert   

7

50 Ohm         75 Ohm

Außerdem müsste als weitere Randbedingung gelten, dass die Spannung 
stetig ist.

Und ergänzend noch ein weiterer Hinweis:
Die Wellenausbreitung geschieht ja mit Lichtgeschwindigkeit (abhängig 
vom Medium). Daher "weiß" die Quelle zu Beginn nicht, welcher Widerstand 
am Ende der Leitung ist. Die Reflektion kann man sich vereinfacht als 
die Information vorstellen, die zur Quelle zurückkommt, damit diese das 
passende Verhältnis aus Spannungn und Strom liefert.

Nachdem jetzt klar ist, daß das Signal reflektiert wird, wenn die 
Leitung am Ende nicht richtig terminiert ist, stellt sich die Frage: was 
stört das? Solange die Impedanz am Ende groß genug ist, daß der 
Empfänger Low und High erkennen kann, ist doch alles gut.

MfG Klaus

Klaus schrieb:
> Nachdem jetzt klar ist, daß das Signal reflektiert wird, wenn die
> Leitung am Ende nicht richtig terminiert ist, stellt sich die Frage: was
> stört das? Solange die Impedanz am Ende groß genug ist, daß der
> Empfänger Low und High erkennen kann, ist doch alles gut.

Schau dir die Simu in 
Beitrag "Re: Terminierung - Theorie und die PRAKTISCHE Begründung" noch mal für den 
schlecht terminierten Fall an (grüne Kurve für V(hinten)).

Obwohl nur eine Flanke auf den Weg geschickt wurde, sieht das IC am 
Leitungsende evtl. mehrere Flanken. Dder Pegel geht auf ungesunde 5,4V 
hoch und bricht auf kritische 1,8V ein. Ohne passende Terminierung sieht 
der Verbraucher am Ende der Leitung eben nicht sicher ein gültiges 
Signal.

H-G S. schrieb:
> Auf diesem Bild ist der Emitter-Widerstand sogar 150 Ohm, also 2 mal 75
> Ohm.

der bildet aber nicht direkt den Ausgangswiderstand der Quelle (sondern 
legt  Arbeitspunkt und Aussteuerbereich fest).

Wenn die Emitterspannung aufgrund einer externen Belastung etwas 
absinkt(bei ansonsten festen Werten), dann sieht der Transistor ein 
geändertes U_BE und liefert - entsprechend seiner Steilheit - Strom 
nach. Diese Steilheit des Transistors wirkt als "Parallelwiderstand" zu 
den 150Ohm am Emitter.

Klaus schrieb:
> [...] was
> stört das? Solange die Impedanz am Ende groß genug ist, daß der
> Empfänger Low und High erkennen kann, ist doch alles gut.

Solange das zuverlaessig (unter den schlechtesten
Bedingungen: Temperatur, Versorgungsspannung ...) funktioniert,
ist es in der Tat ausreichend, falls es sich um Digitalsignale handelt.
Fuer Analogsignale jedoch (zeitverzoegerte Kopie) und insbesondere bei
Energietransport ist das natuerlich nicht so schoen (z.B. wenn die
fehlangepasste Antenne Deine teuer erzeugte HF nicht effizient 
abstrahlt,
sondern zurueck an die Endstufe reflektiert).

Achim S. schrieb:
> Obwohl nur eine Flanke auf den Weg geschickt wurde, sieht das IC am
> Leitungsende evtl. mehrere Flanken. Dder Pegel geht auf ungesunde 5,4V
> hoch und bricht auf kritische 1,8V ein. Ohne passende Terminierung sieht
> der Verbraucher am Ende der Leitung eben nicht sicher ein gültiges
> Signal.

Der Eingang der Schaltung "hinten" ist ja gar nicht berücksichtigt. 
Selbst wenn der Ohmsche Widerstand eines CMOS-Eingangs gegen unendlich 
geht, hat er sicher eine Kapazität und eine Bodydiode gegen Vcc. Daher 
werden die 5,4V sicher nicht erreicht. Und ob, wenn das berücksichtigt 
ist, das Signal noch bis 1,8V einbricht, möchte ich bezweifeln. Dazu muß 
ja erstmal die Eingangskapazität entladen werden.

MfG Klaus

Klaus schrieb:
> Der Eingang der Schaltung "hinten" ist ja gar nicht berücksichtigt.
> Selbst wenn der Ohmsche Widerstand eines CMOS-Eingangs gegen unendlich
> geht, hat er sicher eine Kapazität und eine Bodydiode gegen Vcc. Daher
> werden die 5,4V sicher nicht erreicht. Und ob, wenn das berücksichtigt
> ist, das Signal noch bis 1,8V einbricht, möchte ich bezweifeln. Dazu muß
> ja erstmal die Eingangskapazität entladen werden.

Wenn du das als Argument betrachtest, dass man Leitungen, die auf Grund 
Ihrer Länge als Wellenleiter zu betrachten sind, nicht terminieren muss 
weil sowieso alles gut geht: mach nur, und lass dich überraschen :-)

> was stört das? Solange die Impedanz am Ende groß genug ist, daß der
> Empfänger Low und High erkennen kann, ist doch alles gut.

Wenn du die Leitung verwendest, um eine Lampe einzuschalten, stimme ich 
Dir zu.

Ein Bild dazu: 
https://hohlerde.org/rauch/elektronik/kleines/kabelradar/Pulser-offenes_Kabelende.jpg

In diesem Fall sieht der Empfänger zwei Impulse, obwohl der Sender nur 
einen Impuls gesendet hat. Nun stelle Dir mal vor, diese Impulse würden 
den Rundenzähler bei einem Formel-1 Rennen steuern. Da wäre dann aber 
jemand sehr enttäuscht!

Bei einer fortlaufenden Datenübertragung würden die Reflektierten 
Impulse das Nutzsignal überlappen und bis zur Unkenntlichkeit verzerren. 
Nun kann so ein Abschlusswiderstand die Reflexion nicht 100% 
unterdrücken, aber er kann sie wiet genug abschwächen, daß das 
eigentliche Nutzsignal noch gut genug vom geschwächten Störsignal 
unterscheidbar ist.

Bei einer kurzen analogen Videoleitung bewirken diese Reflexionen 
Schatten rechts neben allen Kanten. Bei einer langen Leitung kann man 
die Reflexionen Buchstäblich wie "Geisterschrift" sehen.

Beispiele für Reflexionen an anlogen Video Signalen:
http://walkersystems.net/images/commodore/IMG_0801.jpg
http://i.rtings.com/images/reviews/ju7100/ju7100-motion-blur-large.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5b/TV_ghosting_interference.jpg
http://d1o2pwfline4gu.cloudfront.net/m/t/1010/9000107/a-0200.jpg
http://photobucket.com/gallery/user/bebpo/media/bWVkaWFJZDo2ODcwMDE2NQ==/?ref=
http://photobucket.com/gallery/http://s10.photobucket.com/user/Marmotta/media/SANY0088.jpg.html
http://jmp.no/blog/pics/vgaswitchnoise.jpg

Erst mal vorweg: analog ist alles klar. Wenn die Amplitude eines 
Analogsignals durch eine Reflexion verfälscht wird, ist das Signal im 
Eimer.

Stefan U. schrieb:
> In diesem Fall sieht der Empfänger zwei Impulse, obwohl der Sender nur
> einen Impuls gesendet hat. Nun stelle Dir mal vor, diese Impulse würden
> den Rundenzähler bei einem Formel-1 Rennen steuern. Da wäre dann aber
> jemand sehr enttäuscht!

Das Bild ist ja schön und gut, aber wie sieht die Schaltung dazu aus und 
wie das Eingangssignal und das Ausgangssignal? Welche Länge hat die 
Leitung? Der Name deutet an, daß das Ende offen ist. Da dort also kein 
Empfänger dran ist, ist das Bild rein akademisch.

Mir geht es darum zu verstehen, was wirklich passiert. Eine 
Signalüberhöhung, die von den Bodydioden geschluckt wird, kann ich nicht 
als ein wirkliches Problem akzeptieren. Und das ein Leitungsabschluß mit 
0 Ohm, auch Kurzschluß genannt, das Signal unbrauchbar macht, ist auch 
klar. Aber zwischen einer offenen und einer kurzgeschlossenen Leitung 
liegen die realen Schaltungen.

MfG Klaus

>  Aber zwischen einer offenen und einer kurzgeschlossenen Leitung
>  liegen die realen Schaltungen.

Eben!

Reale Schaltungen terminieren die Leitungen an beiden Enden, damit die 
Reflexionen möglichst geringe Amplitude haben, so daß sie das Signal 
nicht stören.

> Das Bild ist ja schön und gut, aber wie sieht die Schaltung dazu aus
ist irrelevant, es geht um das Signal und wie die Leitung sich darauf 
auswirkt.

> und wie das Eingangssignal und das Ausgangssignal?
beides. Der erste Impuls ist der Eingangsimpuls und der Zweite ist das 
Echo von der Reflexion. Eingang und Ausgang spielen keine Rolle, weil 
die Wellen an jedem Punkt des Kabels messbar sind.

> Welche Länge hat die Leitung?
Spielt keine Rolle. Beim Fernsehen stören diese Reflexionen schon bei 
einem Meter Kabel.

> Der Name deutet an, daß das Ende offen ist.
Vermutlich, ja.

> Da dort also kein Empfänger dran ist, ist das Bild rein akademisch.
Die ganze Diskussion ist rein akademisch. Du hast nach der Theoretischen 
Erklärung gefragt. Darüber hinaus hast du empfehlungen für praktische 
Experimente erhalten und ich habe Dir Aufwirkungen gezeigt, die viele 
Menschen bereits erlebt haben.

Ob und welcher Empfänger am Kabel angeschlossen ist, spielt keine Rolle. 
Es geht ausschließlich um die Leitung und ihre Abschlusswiderstände.

> Mir geht es darum zu verstehen, was wirklich passiert.
Du kannst es auch gerne laut heraus schreien. Aber wir können dir das 
Verstehen nicht abnehmen. Wenn Dir all diese Erklärungen nicht weiter 
helfen, dann würde ich dazu raten, es einfach als Tatsache hinzunehmen. 
Wie gesagt muss man nicht alles verstehen. Man kann Physikalische 
Zusammenhänge auch einfach als gegeben hinnehmen und ausnutzen.

> Eine Signalüberhöhung, die von den Bodydioden geschluckt wird,
> kann ich nicht als ein wirkliches Problem akzeptieren.

Scheiß auf die Diode, um die geht es nicht. Die Welle wird sich mit 
anderen Signalen so überlappen, dass das Gemisch verzerrt wird (siehe 
die TV Bilder!). Und es wird in der Regel nicht zufällig sowohl vom 
Spannungspegel als auch vom zeitlichen Verlauf damit deckungsgleich 
sein. Wie soll das auch gehen, da die Welle ja rückwärts durch das Kabel 
läuft oder gar mehrmals hin und her.

Ungefähr deckungsgleich mit dem Nutzsignal ist die Reflexion nur, wenn 
ihre Laufzeit durch das Kabel im Verhätlich zur Signalfrequenz winzig 
ist. Zum Beispiel: Ich lege 9V an das Kabel an, damit am anderen Ende 
eine Lampe aufleuchtet. Mangels Abschlusswiederstände wandert dabei eine 
Reflexion mehrmals hin und her. Bis diese Welle abgeklungen ist, 
vergehen wenige Nanosekunden (vielleicht auch Mikrosekunden, kommt auf 
die Kabellänge an). Das kann man an der Glühlampe nicht erkennen, da sie 
träge reagiert.

Aber wenn du stattdessen eine LED nimmst und ein wirklich langes Kabel 
(z.B. 1km) wird die Reflexion schon dazu führen, daß die LED beim Ein- 
und Aus-Schalten flackert.

Bei analogen Audio-Signalen (Telefon) und 10km Kabel kann man die 
Reflexionen bereits hören. Deswegen enthalten analoge Telefone auch eine 
sauber dimensionierte Schaltung zum Leitungsabschluss. Außer vielleicht 
die ganz billigen China Teile.

Und beim TV reichen schon 1m falsches Kabel aus, um die Reflexionen zu 
sehen. Die Bilder hast du ja gesehen.

Eine Leitung besteht aus verteilten Elementen:
*********************************************
 R - Widerstand,
 G - Leitwert,
 C - Kapazität und
 L - Induktivität.

Zusammenhänge zwischen Strom, Spannung, dR, dG, dC, dL und die 
Abhängigkeit vom Ort auf der Leitung wird durch die Leitungsgleichungen 
beschrieben. Das sind Differentialgleichungen und für sinusförmige 
Signale sind die Lösungen übersehbar.

Link:

https://e3.physik.uni-dortmund.de/~suter/Vorlesung/Elektronik_SS10/Skript/04_Leitungen.pdf

Danke für die vielen Infos :)


Achim S. schrieb:
> Im Bereich der Wellenleitung gilt deine Beschreibung nicht. Der liegt
> dann vor, wenn die Laufzeit auf der Leitung nicht mehr kurz ist
> gegenüber der Anstiegszeit des Signals an der Quelle. Für diesen Bereich
> gilt nicht mehr, dass ein Kurzschluss am Ende der Leitung die Spannung
> am Anfang der Leitung automatisch auf 0 legt. Denn in dem Bereich ist
> die Spannung an unterschiedlichen Stellen der Leitung nicht identisch
> (einfach weil die Welle erst von einer Stelle zur andern laufen muss,
> ehe sich was angleichen kann).

Das heißt, dass es möglich ist, in eine am Ende kurzgeschlossene Leitung 
(null Ohm) via Treiber einen Impuls hineiunzuschicken? Diese Vorstellung 
finde ich sehr exotisch. Ich kann mir nicht vorstellen, dass die Länge 
der Leitung ab einer bestimmten Länge dazu führt, dass der Anfang der 
Leitung von einem Kurzschluss am Ende nichts mehr mitbekommt. Die 
Leistung, die der Treiber erzeugt, müsste dann ja an dessen 
Innenwiderstand "verbrutzelt" werden, oder eben an der Leitung selbst. 
Sehr außergewöhnlich.

Die Infos sind wirklich sehr interessant. Man gewinnt den Eindruck, 
Strom verhält sich wie Wasser im Rohr. Die Spannung ist der Druck und 
die Wassermenge entspricht dem Strom. Wenn das in etwa so wäre, könnte 
man auch umgekehrt vom (bekannten) Verhalten des Wassers auf 
(unbekanntes) Verhalten des Stroms schließen. Jedenfalls gedanklich.

Ich dachte, du würdest ernsthaft technisch disutieren wollen, aber

Stefan U. schrieb:
> Ob und welcher Empfänger am Kabel angeschlossen ist, spielt keine Rolle.
> Es geht ausschließlich um die Leitung und ihre Abschlusswiderstände.

Na selbstverständlich spielt der Empfänger eine Rolle, er hat ja sicher 
einen Impedanz, einen Widerstand und ist damit Teil des 
Abschlußwiderstandes. Und ebenfalls spielt eine leitenden Bodydiode eine 
Rolle, sie hat auch eine Impedanz die parallel zum Abschlußwiderstand 
liegt. Ich gerate in Versuchung dir zu sagen, auch Dinge, auf die kein 
Ohnwert aufgedruckt ist, können einen Widerstand haben. Aber ich 
verkneif mir das mal.

Stefan U. schrieb:
> Scheiß auf die Diode, um die geht es nicht. Die Welle wird sich mit
> anderen Signalen so überlappen, dass das Gemisch verzerrt wird (siehe
> die TV Bilder!).

Stefan U. schrieb:
> Aber wenn du stattdessen eine LED nimmst und ein wirklich langes Kabel
> (z.B. 1km) wird die Reflexion schon dazu führen, daß die LED beim Ein-
> und Aus-Schalten flackert.

Zur Ernsthaftigkeit würd ich auch rechnen, wenn du nicht ständig analoge 
und digitale Signale wie es dir grad passt durcheinader würfeln würdest. 
Ich hatte mich extra nur auf digitale Signale bezogen.

Bei deinem digitalen Beispiel beziehst du nun plötzlich aber doch den 
Empfänger, hier eine LED, mit ein, der vorher keine Rolle gespielt hat. 
Und gerade hier vermute ich, daß nichts passiert, weil eine LED einen 
Widerstand im zwei bis dreistelligen Ohmbereich hat und damit gängige 
Leitungen recht gut terminiert.

MfG Klaus

Ich habe keine Lust, mich mit Dir zu streiten. Das hilft niemandem 
weiter.

Es wurde gefragt, ob man in eine am Ende kurzgeschlossene Leitung ein 
Signal einspeisen kann.

Ja das geht, ab einer gewissen frequenzabhängigen Länge. Der Sender 
sieht nicht den Kurzschluss, sondern die Impedanz der Leitung.

Klaus bist du Ellen95?

Ellen95 schrieb:
> Ich kann mir nicht vorstellen, dass die Länge
> der Leitung ab einer bestimmten Länge dazu führt, dass der Anfang der
> Leitung von einem Kurzschluss am Ende nichts mehr mitbekommt.

Ist aber auch so, wenn du es dir nicht vorstellen kannst. Klar kriegt 
die Quelle am Anfang der Leitung etwas vom Kurzschluss am Ende der 
Leitung mit. Aber eben nicht sofort, sondern erst nach der Zeit, die der 
Strom (die Welle) bis zum Ende der Leitung braucht und wieder zurück. 
Schneller als Lichtgeschwindigkeit geht halt nicht.

Klaus schrieb:
> Mir geht es darum zu verstehen, was wirklich passiert. Eine
> Signalüberhöhung, die von den Bodydioden geschluckt wird, kann ich nicht
> als ein wirkliches Problem akzeptieren.

Na dann untersuche halt, was wirklich passiert. Die Simulation in
Beitrag "Re: Terminierung - Theorie und die PRAKTISCHE Begründung"
hat offensichtlich keinen realen Chip am Leitungsende simuliert sondern 
eine möglichst einfache (ideale) Situation, damit man die grundlegenden 
Effekte bei der Reflexion möglichst einfach erkennen kann (darum ging es 
an der Stelle). Und sie sollte dazu anregen, eigene Untersuchungen mit 
LTSPice zu waren. Niemand verbeitet es, dort mal einen IC-Eingang an die 
Simulation anzuhängen.

Klar sieht es mit einem Chip am Leitungsende anders aus als bei einem 
idealen offenen Ende. Und dann sieht es leider sogar noch jedesmal 
anders aus, je nachdem welcher konkrete Chip da sitzt. Je nach 
Eingangskapazität, Art der ESD-Diode (oder des 5V-toleranten Eingangs), 
parasitärer Induktivität des I-Gehäuses, ....

Das alles lässt sich mich LTSpice prima unersuchen. Ich empfehle ein 
Augendiagramm, bei dem du mehrere Flanken auf die Reise schickst und 
betrachtest, wie sich die Reflektionen der vorherigen Flanken auf das 
Datenauge am Emfpänger auswirken.

Ellen95 schrieb:
> Die Infos sind wirklich sehr interessant.

Hallo Ellen,

vielleicht hilft ein wenig dies Zusammenfassung:

1) Dein bisheriger Erfahrungshorizont mit Strom scheint Gleichstrom oder 
sehr niederfrequenter Wechselstrom zu sein. Alles was Du dort gelernt 
hast, sind die Regeln, die dort gelten und die scheinst du akzeptiert zu 
haben und anschaulich zu finden...aber beachte, auch sie sind Modelle 
für Dinge die Du nicht sehen kannst sondern nur indirekt messen kannst
Aber sie sind für Dich plausibel.

2) die Frage die Du hier stellst ist aus einer anderen Ebene, die bei DC 
nicht vorkommt. Das sind Wellen. Schall ist Dir noch intuitiv (auch wenn 
Du es nicht begründen kannst) aber dies ist etwas total Neues.
Wellen haben ein paar Eigenschaften die völlig anders sind als DC.

a) Wellen wandern mit einer Geschwindigkeit (hier) längs eines 
Wellenleiters
   Wellen tragen Energie, einige Regeln von DC gelten auch hier, z.B. 
das  Ohmsche Gesetz , aber es gilt nicht mehr global, sondern 
ortsabhängig im Wellenleiter an jedem Ort wo die Welle gerade ist !
Dieser Gedanke ist ungewohnt, macht aber die Ungereimtheiten für Dich 
auf, von denen Du berichtest!
Alles was am Anfang eines Wellenleiters gilt , gilt in einiger 
Entfernung nur noch anders, die Welle (Energie) wandert ja!

b) Wellen haben eine Geschwindigkeit, die vom Wellenleiter abhängt (der 
hat nämlich eine charakteristische Impedanz , das ist ein U/I pro Ort 
und ist immer gleich) und zu allem Übel auch davon wenn diese 
"hamonisch/passend zum Transport " Impedanz plötzlich geändert wird

c) passiert eine solche Änderung muss die Energie der laufenden Welle 
"umgebaut werden", um sich an die neuen Randbdigungen (z.B. open oder 
short) anzupassen, dieser Vorgang heißt Reflektion, kennst Du im Extrem 
auch aus der Optik beim Spiegel, weniger stark bei Brechung an einer 
Linse, wo nur Teile reflektiert werden, die anderen gehen durch die 
Linse durch.

Es gibt einen Sonderfall: ist der Abschluss an einem Wellenleiter gleich 
der charakteristischen Impedanz, dann weiß die Welle nicht, ob sie eine 
unendlich lange weitere Leitung vor sich hat oder eben diesen 
"Wellensumpf", sie läuft sich tot (wird in Wärme umgesetzt und verliert 
ihre Energie), kein Umbau der Welle nötig.

Insofern ist es für dich jetzt wichtig, das Konzept einer Welle und 
ihrer Ausbreitung auf Wellenleitern, von dem Dir bekannten Konzept DC 
/(leichtes AC) auf Drähten unterscheiden zu lernen.
Ja, das ist ähnlich wie beim Lernen bei Übergang von  DC zu den anderen 
Regeln bei AC welche plötzlich komplexe Größen (Real- und Imaginärteil) 
benötigen, um immer noch die bekannten Denkformen anzuwenden.

Zum Verständnis von Wellen brauchst Du ein von Dir akzeptiertes anderes 
Modell, als das was Du von DC her kennst.

Ich hoffe das hilft ein wenig, neben den guten vielen Erklärungen hier 
im Forum was Wellen so alles machen können.

EMU

Ich würde gerne ergänzen, das Wellen sowohl analoge als auch digitale 
Signale prinzipiell gleich beeinflussen.

Nur reagieren analoge Empfänger auf verzerrte Signale anders als 
digitale. Im digitalen Umfeld gilt meistens, dass es entweder geht oder 
nicht. Im analogen Bereich gibt es dazwischen beliebig viele 
Zwischenstufen, wie die TV Bilder zeigen. Wenn ein digitales Signal 
hingegen zu stark verzerrt wird (z.B. HDMI) wird das ganze Bild auf 
einen Schlag unleserlich.

Stefan U. schrieb:
> Klaus bist du Ellen95?

Nein

MfG Klaus

Stefan U. schrieb:
> Klaus bist du Ellen95?

Was soll das denn, Verschwörungstheorien? Ich bin Ellen95.

Die Terminierung gehört weitgehend zu den Maßnahmen der Entstörung. 
Gestern habe ich noch ein wenig nachgelesen und bin auf die Begriffe der 
'Signalmasse' auf der einen Seite und der 'Schirmmasse' (Schirmung) auf 
der anderen Seite gestoßen. Wußte ich auch noch nicht, dass man da 
Unterschiede machen kann. Es macht aber Sinn, zur Optimierung der 
Entstörung zwei verschiedene Massen zu verwenden.

Stefan U. schrieb:
> Ob und welcher Empfänger am Kabel angeschlossen ist, spielt keine Rolle.
> Es geht ausschließlich um die Leitung und ihre Abschlusswiderstände.

Ich dachte schon, dass der Sender mit dem Empfänger abgestimmt sein 
muss. Schon die Art der Terminierung macht das doch erforderlich, oder 
nicht ? Seriell am SENDER terminiert macht den R am Empfänger 
überflüssig. Ich habe das jedenfalls so verstanden. Und bei serieller 
Terminierung darf es nur einen Empfänger geben. Wenn parallel terminiert 
wird, sind auch mehrere Empfänger bzw. ICs möglich. Was ich da noch 
nicht so richtig verstanden habe, ist die Größe der Widerstände und ob 
der Gesamtwiderstand (parallel aus Rs mehrerer Empfänger) auch eine 
Rolle spielt. Ich glaube, da ist noch viel zu lesen. Konkrete Beispiele 
mit Widerstandswerten sind im Internet leider absolute Mangelware. Auch 
wenn das vom Einzelfall abhängig ist, könnte man mal ein paar Beispiele 
(Einzelfälle) aufführen, mit Schaltplan. So wie das jetzt ist - 
Schaltpläne mit Rs ohne Wert - tappt jeder Anfänger völlig blind im 
Dunkeln und muss solange ausprobieren, bis es irgendwann klappt. Finde 
ich sehr unbefriedigend.

> Was soll das denn, Verschwörungstheorien? Ich bin Ellen95.

War doch nur eine Frage! Kalus hat ganz allgemein nach Signalen gefragt 
und du hast das auf digitale Signale eingeschränkt. Da wir nun wissen, 
daß du nicht Klaus bist, wäre es Klaus gegenüber unfair, wenn wir jetzt 
nur noch über digitale Signale weiter diskutieren würden.

> Ich dachte schon, dass der Sender mit dem Empfänger abgestimmt sein
> muss. Schon die Art der Terminierung macht das doch erforderlich, oder
> nicht ?

Ja sicher. Nachträglich umbauen (durch Einfügen von Widerständen) kann 
man nur in begrenztem Umfang. Es ging mir darum, daß dem Signal/der 
Welle egal ist, woher es kommt. Ob das ein digitales Logikgatter ist, 
oder ein Operationsverstärker, oder eine Antenne, oder was auch immer. 
Für die Ausbreitung des Signals im Kabel spielt das keine Rolle, sondern 
nur die Abschlusswiderstände und natürlich das Kabel selbst. In der 
Praxis sind die Abschlußwiderstände häufig jedoch nicht zwangsläufig 
Teil der Signalquelle bzw. Senke.

> Seriell am SENDER terminiert macht den R am Empfänger überflüssig.

Bei unidirektionalen Punkt-zu-Punkt Verbindungen ja, bei bidirektionalen 
Verbindungen oder bei Bussen nein. Siehe RS485.

> Und bei serieller Terminierung darf es nur einen Empfänger geben.

Nein. Konkretes Gegenbeispiel ist die Verteilung des Kabelfernsehens im 
Haus. Der Verstärker im Keller hat eine Ausgangsimpedanz von 75 Ohm 
(wirkt in Reihe zum Kabel), an der Stichleitungen hängen jedoch 
üblicherweise mehrere Teilnehmer.

> Konkrete Beispiele mit Widerstandswerten sind im Internet leider
> absolute Mangelware. Auch wenn das vom Einzelfall abhängig ist,
> könnte man mal ein paar Beispiele (Einzelfälle) aufführen, mit
> Schaltplan.

Du diskutierst zu viel. Kauf Dir lieber ein Lehrbuch zum Thema und 
experimentiere. Du brauchst dazu nur wenig Equipment: Eine möglichst 
lange Rolle Kabel, ein Set Widerstände, einen Nadelimpulsgenerator (kann 
man mit einem Logi-IC selber bauen) und ein Oszilloskop. Das reicht 
schon.

Nicht alle Informationen findet man kostenlos im Internet. Die 
Entdeckung, wie sich Signale in Kabeln ausbreiten und wie man damit 
richtig umgeht ist vor allem in der IT Branche welche das Internet 
aufgebaut hat noch relativ jung. Das zeigen die gottseidank inzwischen 
veralteten RS232 Schnittstellen, bei denen so ziemlich alles falsch 
gemacht wurde, was man falsch machen kann.

Heute haben alle Computer Ethernet Anschlüsse, und das ist gut so, denn 
die sind technisch wesentlich besser gestaltet. Da hast auch direkt ein 
beispiel, das du googeln kannst. Zu Ethernet wirst du haufenweise 
Schaltpläne finden. Auch eine Suche nach RS485 und CAN mit der 
Bildersuche dürften schnell zu Beispielschaltungen führen.

> Schaltpläne mit Rs ohne Wert ... Finde ich sehr unbefriedigend.

Hängt halt vom jeweiligen Kabel ab. Wenn man da einen konkreten Wert 
angibt, muss man auch das zugehörige Kabel festlegen. Bei Ethernet ist 
das ja auch der Fall. Bei TV Antennen ebenfalls, und auch bei analogen 
Video Anschlüssen sind die Widerstände und die Impedanz der Kabel 
festgelegt.

Was willst du denn, soll man Dir alles ganz persönlich aufbereiten und 
auf dem Silbertablett präsentieren? So läuft das nicht. Wenn diese 
Technik beherrscht, will damit Geld verdienen. Das ist tatsächlich kein 
Thema für Laien. Überlege Dir, wo du dich selbst da einordnest.

http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.19

http://www.ti.com/lit/an/sdya014/sdya014.pdf

Ellen95 schrieb:
>Was ich da noch
>nicht so richtig verstanden habe, ist die Größe der Widerstände und ob
>der Gesamtwiderstand (parallel aus Rs mehrerer Empfänger) auch eine
>Rolle spielt.

Der Widerstand am Leitungsende muß einfach nur so groß sein wie der
Wellenwiderstand der Leitung, ist doch ganz einfach zu verstehen.

Beispiel:
Das Kabel hat einen Wellenwiderstand  von 50 Ohm.
Der Empfänger hat eine Eingangsimpedanz von 100 Ohm.
Dann muß der Terminierungswiderstand 100 Ohm sein.
Die Parallelschaltung von zwei 100 Ohm-Widerständen
ergibt 50 Ohm und damit ist das Kabel richtig abgeschlossen.
Du schließt zwei Empfänger mit einer Eingangsimpedanz
von 100 Ohm an, dann ist ein Terminierungswiderstand
überflüssig.

Wie kann man den Wellenwiderstand berechnen? Dafür bräuchte man doch die 
Leitungsparameter, sprich, R, L, C, G.

Die größte Rolle spielt L' und C'. Die alleine sind allerdings nicht 
einfach zu berechnen. Es gibt Faustformeln, die kann man allerdings nur 
als Ansatz nehmen. Wenn man es genau braucht kommt man um Simulationen 
und Designiterationen nicht herum. Je nach dem um was es geht 
(Mikrostrip, Koaxial, etc.)

Stefan U. schrieb:

> Es wurde gefragt, ob man in eine am Ende kurzgeschlossene
> Leitung ein Signal einspeisen kann.

Das wurde gefragt, ja.


> Ja das geht, [...]

Das stimmt.


> Der Sender sieht nicht den Kurzschluss, sondern die Impedanz
> der Leitung.

Das stimmt aber leider nicht ganz.

Richtig wäre: "Der Sender sieht nicht den Kurzschluss, sondern
den mit der (doppelten elektrischen) Länge der Leitung
TRANSFORMIERTEN Kurzschluss."

Ellen95 schrieb:

> Das heißt, dass es möglich ist, in eine am Ende kurzgeschlossene
> Leitung (null Ohm) via Treiber einen Impuls hineiunzuschicken?

Na sicher.

> Diese Vorstellung finde ich sehr exotisch.

Dann findest Du auch die Vorstellung exotisch, dass sich ein
Lichtblitz, der bei t=0 vom Mond abgeschickt wird, bei t=0.5s
irgendwo im Weltraum zwischen Mond und Deinem Auge ist?

> Ich kann mir nicht vorstellen, dass die Länge der Leitung ab
> einer bestimmten Länge dazu führt, dass der Anfang der Leitung
> von einem Kurzschluss am Ende nichts mehr mitbekommt.

Das ist ja in dieser Form auch falsch.

Die entscheidende Frage ist, WANN der Sender etwas vom Kurzschluss
mitbekommt. Das kann natürlich frühestens der Fall sein, wenn die
reflektierte Welle wieder beim Sender ankommt. Die Lichtgeschwindig-
keit ist halt endlich; ein Meter Kabel macht über den Daumen 5ns.

Die nächste Frage ist, WAS der Sender vom Kurzschluss sieht. Wenn
Frequenz, Leitungslänge und Verkürzungsfaktor gerade passen, dass
der Kurzschluss in einen Leerlauf transformiert wird, sieht der
Sender (ab dem Moment, wo die rücklaufende Welle wieder beim
Sender ankommt) natürlich einen Leerlauf.

> Die Leistung, die der Treiber erzeugt, müsste dann ja an dessen
> Innenwiderstand "verbrutzelt" werden, oder eben an der Leitung
> selbst.

Richtig. Das sind die beiden Möglichkeiten.

Wenn eine verlustbehaftete Leitung SEHR lang ist, dann wird
praktisch alle Leistung an der Leitung verbraten, und dem
Sender ist tatsächlich egal, ob am anderen Ende Kurzschluss,
Anpassung oder Leerlauf vorliegt.

Possetitjel schrieb:

>> Die Leistung, die der Treiber erzeugt, müsste dann ja an dessen
>> Innenwiderstand "verbrutzelt" werden, oder eben an der Leitung
>> selbst.
>
> Richtig. Das sind die beiden Möglichkeiten.

Das ist missverständlich; daher eine Ergänzung: Wenn das Kabel
zufälligerweise gerade so transformiert, dass der Sender einen
Kurzschluss sieht, wird die Leistung im Innenwiderstand des
Senders verbraten. (Hoffentlich hält er das aus, der Sender.)

Wenn das Kabel jedoch zufälligerweise so transformiert, dass
der Sender (trotz Kurzschluss am anderen Ende) einen LEERLAUF
sieht, gibt es gar keine Leistung zu verbraten, weil am
Senderausgang zwar Spannung anliegt, aber (fast) kein Strom
fließt.

Die dritte Möglichkeit -- verlustbehaftete Leitung -- hatte
ich schon genannt.

Trotz manch kluger (und manch weniger kluger) Antwort
bleibt das Geschehen am Leitungsende
tatsächlich etwas unanschaulich.

Eine in diesem Zusammenhang unübliche Betrachtungsweise
ist das Huygenssche Prinzip,
wonach von jedem Punkt einer Welle
wieder eine Elementarwelle ausgeht.

Eine detaillierte Beschreibung würde hier
zu weit führen, aber im Netz findet sich genug.