Wieso haben HF Kabel so einen hohen Innenwiderstand?

Naja ich meine eigentlich den DC Widerstand. Die Seele ist (bei mir 
jedenfalls) sehr hochohmig.

Also ich hatte einen defekten Tektronix Tastkopf (1:10) und den hab ich 
mal spaßeshalber auseinander genommen. Im Kabel fand ich eine extrem 
dünne Seele (dünner als so manches Haar). Dann hab ich das ans 
Labornetzteil angeschlossen. Ein 10cm Stück führte bei 15V etwa 0,7A, 
wenn ich mich recht erinnere.

Oder oft steht auch auf manchen Kabeln: 50 Ohm

Bei einem hochohmigen Tastkopf muss ja auch quasi kaum Strom fließen, 
daher kann ein Kabel mir wenig Querschnitt und viel ohmschem Widerstand 
verwendet werden.
Wenn aber irgendwo 50 Ohm draufstehen, ist hingegen der Wellenwiderstand 
gemeint.

Thomas S. schrieb:
> Also ich hatte einen defekten Tektronix Tastkopf (1:10) und den hab ich
> mal spaßeshalber auseinander genommen. Im Kabel fand ich eine extrem
> dünne Seele (dünner als so manches Haar). Dann hab ich das ans
> Labornetzteil angeschlossen. Ein 10cm Stück führte bei 15V etwa 0,7A,
> wenn ich mich recht erinnere.
>
> Oder oft steht auch auf manchen Kabeln: 50 Ohm

????????
Ähh...
Ein Verbindungskabel zu normalen Skopetastköpfen ist aber im 
"normalfall" kein "normales" HF Kabel...
Es ist schon so das bei "universaltastköpfen" Das Kabel einen 
Spezifischen (hohen) Widerstand aufweist -gewollt-!

Gruß
Carsten

> Ein Verbindungskabel zu normalen Skopetastköpfen ist aber im
> "normalfall" kein "normales" HF Kabel...

Ja, genau.

Die Leitungen an passiven Tastköpfen haben einen relaitv hohen 
Widerstand, um Reflexionen zu dämpfen. Manchmal ist das sogar auf dem 
Mantel aufgedruckt, da steht dann z.B. 170 Ohm oder 200 Ohm.

Die haben also einen DC-Widerstand von z.B. 170 Ohm/m. Der genaue Wert 
hängt vom Tastkopf, von der Leitungslänge und manchmal sogar vom 
Frontend im Oszi-Eingang ab.

Ich hatte vor ewiger Zeit auch schon einmal einen Tastkopf zerlegt und 
dabei solch einen hauchdünnen Innenleiter vorgefunden. Es handelte sich 
dabei definitiv nicht um Kupfer oder Silber, sondern eher um Edelstahl.

Zudem hatte der Leiter auch eine leichte Zickzack-Struktur, vermutlich 
um Längenunterschiede besser ausgleichen zu können, die beim Biegen und 
Ziehen des Tastkopfkabels entstehen. Schließlich handelte es sich ja 
auch um einen massiven Draht und nicht um Litze.

Der Grund für mein Zerlegen bestand auch darin, dass der Tastkopf einen 
Wackelkontakt hatte, was in der Tat an einem Bruch des Innenleiters lag. 
Das war sehr schade, denn der Tastkopf (No-name, ~1982) lag eigentlich 
ganz gut in der Hand und war auch elektrisch einwandfrei.

Ich habe gerade mal nachgemessen:

Tek P2220: 343Ω, ca. 1,3m lang, das ergibt 264Ω/m. Das Kabel ist mit
"0264-11-05" beschriftet.

Noname: 316Ω, ca. 1,15m lang, ergibt 275Ω/m. Das Kabel hat keine
Beschriftung.

Die Längenangaben sind ungenau, da ich die Länge der Kabelabschnitte
innerhalb des Tastkopfs und des BNC-Steckers nur geschätzt habe.

Andreas Schweigstill schrieb:
> Ich hatte vor ewiger Zeit auch schon einmal einen Tastkopf zerlegt

Ich ebenfalls :)

> und dabei solch einen hauchdünnen Innenleiter vorgefunden. Es handelte
> sich dabei definitiv nicht um Kupfer oder Silber

Ja, das Material war eher grau und matt.

> Zudem hatte der Leiter auch eine leichte Zickzack-Struktur

So auch bei mir.

Der Draht war zwar sehr dünn, aber ein Kupferdraht mit gleichem
Durchmesser hätte bei Weitem keine 270Ω/m. Das ist ein spezieller
Widerstandsdraht, und muss es auch sein wegen der bereits angesprochenen
Reflexionen. Anders verhält es sich bei 50Ω-Tastköpfen. Da haben die
Kabel praktisch keinen Leitungswiderstand, nur eben den Wellenwiderstand
von 50Ω.

hallo

ihr habt mich jetzt neugirig gemacht.
ich habe ein altes TEK 465 mit tastkopf P6105
da lassen sich die tastkoepfe bzw der adapter zum BNC anschluss ( 
compensation box ) abziehen. somit ist eine zerstoerungsfreie messung 
moeglich.

das kabel hat einen ohmschen widerstand des innenleiters von 250 Ohm.
die laenge betraegt 200 cm
der wellenwiderstand betraegt 300 Ohm
die daempfung liegt zwischen 8 und 11 dB.

schoene gruesse
hans

--

Hans Mayer schrieb:
> der wellenwiderstand betraegt 300 Ohm

Wie kann man denn bei dieser Mesung den Wellenwiderstand ablesen? Kannst 
Du das näher beschreiben, würde mich nämlich interessieren.

Bei dem Messaufbau war vermutlich das Leitungs-Ende mit 50 Ohm 
abgeschlossen.
Könntest du (falls du Zeit dafür hast) vielleicht die S11 - Messung 
nochmal machen mit offenem Leitungsende? Mich würde interessieren, wie 
gut die Dämpfung bei so einem Kabel funktioniert, wenn kein 
Abschluss-Widerstand angeschlossen ist. Das entspricht ja eher einem 
realen Oszi-Eingang.

Der hohe Gleichstromwiderstand dieser Tastkopf-Kabel ist tatsaechlich 
dazu da, Reflexionen zu daempfen und damit effektiv die Bandbreite zu 
vergroessern - die Quelle ist ja selten genau 50 Ohm und der 
Oszi-Eingang (1 MOhm bei DC, plus ca. 15pF Kapazitaet parallel dazu) 
schon gar nicht.

Der Draht ist auch deswegen so duenn, um die Gesamtkapazitaet gering zu 
halten.

Ich hab' vor kurzem mal einen langen Artikel darueber gelesen, wo der 
Autor das auch mit detaillierten Spice-Simulationen belegt - mit dem 
verteilten Widerstand vergroessert sich tatsaechlich die Bandbreite mit 
einem 1m-Kabel auf ca. 60 MHz wie "zufaellig" fuer die meisten 
Billig-Tastkoepfe ueblich (bloss mit kapazitiver Kompensation und 
"normalem" verlustarmen Koax kommt man grad mal auf 5-10 MHz). Kann man 
auch selber simulieren --> www.tlinesim.com, das Tool unterstuetzt 
verlustbehaftete Leitungen.

hallo

das tastkopf-kabel ist in der tat eine interessante sache.
eine herausforderung in jedem fall.

> Wie kann man denn bei dieser Messung den Wellenwiderstand ablesen?

jetzt koennte ich sagen, indem man sich einen zusaetzlichen trace 
anzeigen laesst. habe ich aber nicht getan, daher nicht zu sehen.
ich habe mir fuer den frequenzmarker 1 das |Z| ausgeben lassen.
in der graphik ist der streuparameter mit 0,72 - j*0,02 abzulesen.
das kann man dann umrechnen. im VNWA gibts hierfuer mehrere direkte 
moeglichkeiten. hier
http://daycounter.com/Calculators/
gibts einen umrechner Z-S-Y , da kommt man dann auf 305 - j25,4
als ca |Z| = 306 Ohm
im nach hinein habe ich mir Z als kurve angesehen, da sieht man, dass 
das bis ca 20 MHz passt. danach wirkt das kabel offensichtlich schon als 
transformator.

eine andere sehr aprobate methode ist L und C zu messen und dann zu 
berechnen: Z = sqrt ( L / C )
momentan scheitere ich aber noch an einem vernuenftigen ergebnis fuer L 
aufgrund des hohen realanteils R von 250 Ohm, der ja da in serie liegt.

> Bei dem Messaufbau war vermutlich das Leitungs-Ende
> mit 50 Ohm abgeschlossen.

nicht vermutlich, sondern sicher, da ja der eingang des netzwerk 
analysators 50 Ohm hat. im anhang weitere messungen. die dunkelblaue 
kurve in mem1 ist gemessen mit OPEN ( wie gewuenscht ), die hellblaue 
kurve ist gemessen mit SHORT. die rote kurve (Cus3) stellt den 
gescheiterten versuch dar, einen linear verlaufenden mittelwert zu 
zeigen. die schwarze kurve waere die halbe daempfung davon, da man ja 
mit der S11 messung die doppelte daempfung misst.

wenn man sich nun die ergebnisse ansieht und vergleicht, dann sind die 
ergebnisse total unterschiedlich. wo mein fehler (messfehler) liegt, 
weiss ich noch nicht. ich muss noch einraeumen, dass der messaufbau 
sicherlich nicht ganz HF-tauglich ist. der tektronix stecker des kabels 
hat keinen passenden adapter in meiner box mit adaptoren auf irgendeinen 
standard (SMA, N, BNC) gefunden. das kann sich jedoch meiner meinung 
nach nicht so fatal auswirken.

weiters bin ich noch auf einen verkuerzungsfaktor VP = 0,75 bzw ein 
epsilon-r = 1,77 gekommen und somit eine elektr laenge von 2,66 meter. 
aber wundert mich das noch, bei diesem kabel ?

jedenfalls duerfte das erste axiom der messtechnik zugeschlagen haben: 
wer misst, misst mist. ich ziehe jedenfalls meine aussage zurueck und 
behaupte das gegenteil. :-)

jedenfalls wird klar, dass man das kabel als solches so nicht sehen 
kann. wenn man sich das data sheet von tek ansieht, dann spielt der 
probe body und die compensation box im gesamtaufbau eine wesentliche 
rolle.

die einzige aussage, zu der ich noch stehe: der ohmsche widerstand des 
innenleiters hat 250 Ohm.

gruss aus wien
hans

--

nachtrag:

bei einer time domain reflectometry messung liegen die impedanz werte 
zwischen 200 und 400 Ohm. siehe anhang. die laenge wird jedenfalls mit 2 
m ganz gut angegeben.

gruss
hans

--

> ich habe mir fuer den frequenzmarker 1 das |Z| ausgeben lassen.
> in der graphik ist der streuparameter mit 0,72 - j*0,02 abzulesen.
> das kann man dann umrechnen. im VNWA gibts hierfuer mehrere direkte
> moeglichkeiten. hier http://daycounter.com/Calculators/ gibts einen
> umrechner Z-S-Y , da kommt man dann auf 305 - j25,4 ...

Vermutlich wird bei dieser Umrechnung der DC-Widerstand des Kabels nicht 
berücksichtigt. Beim Online-Kalkulator kann man jedenfalls keine 
Leitungslänge eingeben, also kann der auch nicht den Wellenwiderstand 
berechnen. Du hast vermutlich einfach nur die Eingangsimpedanz 
berechnet.

> im nach hinein habe ich mir Z als kurve angesehen, da sieht man, dass
> das bis ca 20 MHz passt. danach wirkt das kabel offensichtlich schon als
> transformator.

Der Wellenwiderstand ist definiert als

für hohe Frequenzen vereinfacht sich das zu

Bei "normalen" HF-Leitungen ist ungefähr oberhalb von 100 kHz der 
DC-Widerstandsbelag R' nicht mehr relevant; bei einem so hochohmigen 
Kabel braucht man eine deutlich größere Frequenz, bis der DC-Widerstand 
nicht mehr ins Gewicht fällt.

> bei einer time domain reflectometry messung liegen die impedanz werte
> zwischen 200 und 400 Ohm. siehe anhang. die laenge wird jedenfalls mit 2
> m ganz gut angegeben.

Das ist doch eine sehr aussagekräftige Messung. Dein Kabel hat 250 Ohm 
DC-Widerstand bei 2 m Länge, also 125 Ohm/m.

Mit 278,3 Ohm bei 1 m und 216,7 Ohm bei 0,5 m ist die Differenz 61,6 Ohm 
für einen Abstand von 0,5 m. Das entspricht 123,2 Ohm/m, passt 
eigentlich ziemlich gut.

Den Wellenwiderstand kann man jetzt relativ einfach berechnen, indem vom 
ersten Wert (216,7 Ohm) der DC-Widerstand für 0,5 m subtrahiert wird 
(62,5 Ohm).

Damit erhält man Z_L = 154 Ohm.

Oder man subtrahiert vom zweiten Wert (278,3 Ohm) den DC-Widerstand für 
1m (125 Ohm), das ergibt Z_L = 153,3 Ohm.


Vielleicht kannst du diese Time-Domain Messung nochmal machen und die 
Frequenz nicht bei 100 kHz starten, sondern bei 10 MHz oder 100 MHz.

Evtl. wird die Messung damit genauer, da der Wellenwiderstand sich in 
diesem Bereich nicht mehr stark ändern sollte. Für eine max. Zeitspanne 
von 25 ns brauchst du die kleine Frequenz sowieso nicht.

Nachtrag:
> da kommt man dann auf 305 - j25,4 als ca |Z| = 306 Ohm ...

Das ist ganz einfach dein 50 Ohm Abschluss + 250 Ohm Leitungswiderstand 
+ 6 Ohm Messfehler = 306 Ohm. ;-)

Das Bild zeigt die Pulsantwort von zwei 10:1 Probes.

rot: 9Meg||C + 2m ideales 50Ohm Koaxialakabel, R'=0Ohm/m
blau: 9Meg||C + 2m 190Ohm/Meter Kabel

Wer will kann selber mit LTspice herumprobieren (.asc).

hallo

vielen dank fuer das tolle feedback.

@helmut, deine lt-spice simulation habe ich mir angesehen. wau! eine 
tolle sache. auch ein topic mit dem ich mich naeher beschaeftigen 
moechte, aber noch nie dazu gekommen bin. wenn wir die groessen L, C, R 
und G in irgendeiner form bestimmen koennen, koenntest du dann ein TDR 
messung - so wie ich sie gemacht habe - in einem 50 ohm system 
simulieren ? das soll hier jetzt nicht die aufforderung dafuer sein, das 
zu tun. mich interessiert nur, wie weit man so etwas simulieren koennte.

@johannes, danke fuer deine ausfuehrungen. deine ueberlegungen bez time 
domain reflectometry messung sind mir dann in gleicher form auch durch 
den kopf gegangen. mir war es dann aber schon zu spaet, um den PC 
nochmals einzuschalten. mir war aber auch nicht klar, ob man die linear 
ansteigende gerade wirklich mit dem ohmschen widerstand so erklaeren 
kann. sollte doch der wellenwiderstand nicht laengenabhaengig sein. es 
liegt aber natuerlich auf der hand, dass es so ist.

deine ausfuehrungen werfen bei mir neue fragen auf:
[offtopic]
wie erstellst du diese formeln, das scheint als graphik eingebunden zu 
sein
und wie bindest du sie an der stelle ein
ich sollt' mich mal mit der forum sw beschaeftigen
[/offtopic]

was bedeuted das ' in der formel
fuer mich ist das immer eine transformierte groesse.
R ist klar, da wird man wohl auch den aussenleiter dazunehmen, wobei der 
mit 0,4 Ohm bei mir nicht ins gewicht faellt.
G ? wie koennte man den bestimmen ? oder einfach mit 0 annehmen ? ich 
nehme an, dass der leitwert einen zusammenhang mit dem dielektrikum hat.

> ... erhält man Z_L = ...

was bezeichnest du mit Z_L ?
oder soll das den index L fuer leitung darstellen ?

> ... kannst du diese Time-Domain Messung nochmal machen  ...

werde ich auf jeden fall ausprobieren.

@mawin, dein link scheint sehr viel versprechend zu sein. ich bin nur 
noch nicht dazu gekommen, es mir im detail anzusehen.

gruss
hans

--

@Hans
Ein TDR Messgerät besteht aus einem Step-Generator mit 50 Ohm 
Innenwiderstand.  Das Signal an der Anschlussstelle zum Messobjekt ist 
das was du bei der TDR-Messung siehst.

Hans Mayer schrieb:
...
> @johannes, danke fuer deine ausfuehrungen. ...
> deine ausfuehrungen werfen bei mir neue fragen auf:
> [offtopic]
> wie erstellst du diese formeln, das scheint als graphik eingebunden zu
> sein
> und wie bindest du sie an der stelle ein
> ich sollt' mich mal mit der forum sw beschaeftigen

Formeln erstellt man mit:

1

[math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]

Die Latex-Syntax findest du mit Google recht einfach.

Die Formel von oben sieht im Quelltext so aus:

1

Z = \sqrt{\frac{R'+j \omega L'}{G'+j \omega C'}}

> [/offtopic]
>
> was bedeuted das ' in der formel

Das ist die Ableitung nach der Leitungslänge. Also R' ist der 
Widerstandsbelag in Ohm/m, L' ist der Induktivitätsbelag in der Einheit 
H/m usw.

> fuer mich ist das immer eine transformierte groesse.
> R ist klar, da wird man wohl auch den aussenleiter dazunehmen, wobei der
> mit 0,4 Ohm bei mir nicht ins gewicht faellt.
> G ? wie koennte man den bestimmen ? oder einfach mit 0 annehmen ? ich
> nehme an, dass der leitwert einen zusammenhang mit dem dielektrikum hat.

Ja, für G kann man hier 0 einsetzen

>
>> ... erhält man Z_L = ...
>
> was bezeichnest du mit Z_L ?
> oder soll das den index L fuer leitung darstellen ?
>

Mit Z_L meine ich den Leitungs-Wellenwiderstand. Und zwar den Wert, der 
durch L' und C' bestimmt wird; also den Wellenwiderstand für hohe 
Frequenzen.

hallo

ich habe die TDR messung nochmals gemacht. und zwar beginnend mit einer 
hoeheren frequenz. allerdings ist dann der uebergang beim kabelende noch 
schleifender. lt. doku muesste man bei 0 Hz anfangen.

gruss
hans

--