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Forum: Platinen warum eigetlich 50 Ohm


Autor: gast (Gast)
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Hallo Leute.

Ich versuche momentan zu verstehen, wie Impedanzkontrolierete 
Leiterplatten gemacht werden und und und.

Was ich mich gefragt haben ist warum nimmt man meistens 50 Ohm als 
Wellenwiderstand? Was bestimmt diesen Wert?
Genauso warum ist bei Coax Kabel auch z.B. 75 Ohm?

Wo von hängt es ab?

Gruß

Autor: Roland (Gast)
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Wiki

Autor: gast (Gast)
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danke habe ich schon

Autor: Andy (Gast)
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das ist die selbe Frage, wie, warum unser Stromnetz 50Hz hat, was 
absolut ungünstig ist, oder Samplingrate von Audiosignalen in 
CD-Qualität (44,1KHz) etc. Ich würde mal sagen, dass man sich einfach 
auf einen Wert festgelegen musste. Genau weiß ich das nicht.

Autor: gast (Gast)
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ach so! D.h. ich muss dann die Leitung mit Abschlußwiderständen an 
µController Eingänge anpassen, damit keine Reflixtionen entstehen? Oder!

Autor: Izmir Übel (Gast)
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Teilweise Beantwortung der Fragen:

50 Ohm bei Koaxkabeln haben sich ganz einfach mal als nächster glatter 
Wert aus machbaren Maßen für die Kabelkonstruktion ergeben.

75 Ohm (in der Nachrichtentechnik üblich) haben meines Wissens genau 
denselben simplen Hintergrund : 1/4 von 300 Ohm (nicht unüblicher 
Rechen-
und Konstruktionswert)für Zweidrahtleitungen, damit gut mit 1 : 2 
Übertragern aneinander anpaßbar. Schlecht für Leistungsübertragungen, da 
der Innenleiter im Verhältnis zum Außenleiter recht dünn ist.
Macht auch bis heute Schwierigkeiten bei der Herstellung von dünnen 
Kabeln, deshalb wird eine Krarupisierung  verwendet (Innenleiter aus 
ver-
kupfertem Stahldraht).

Ich sag es ja - unser Belehrungswahn

Autor: Christian Erker (Gast)
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Ein weiterer Grund für die Gegend um 50-75 Ohm wird sein das die meisten 
Antennen bei Resonanz mit der Impedanz im Bereich 30-70 Ohm liegen.

Gruß,
Christian

Autor: manuel (Gast)
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Wie sieht eigentlich die die Terminierung auf den Leiterplatten aus? 
50Ohm gegen GND auf beiden Seiten?

Autor: Izmir Übel (Gast)
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Ein weites Feld...

Auf Leiterplatten gilt grundsätzlich nichts anderes als für die 
Anpassung im allgemeinen.

Bitte selbst suchen - s e h r  umfangreiches Thema.

Autor: tex (Gast)
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> (44,1KHz) etc.
Liegt am Shannon/Nyquist formulierten Abtasttheorem demnach die 
Abtastfrequenz 2 mal grösser sein muss, als die Signalfrequenz, und da 
HiFi nun mal anhand pingeliger Ohren definiert ist, die vorgeben, erst 
bei 20 kHz nix mehr zu hören ...
Den meisten Menschen würden 16kHz reichen ... der Walkmangeneration in 
der Regel 8kHz ;-)
Das gleiche Phänomen kann man beim Vertrieb von Präparaten beobachten, 
die das Wachstum von Körperteilen anregen sollen. Der Markt dafür 
basiert auf der Übertreibung von Herrschaften deren Angaben als 
Referenzmaß für das genormte Kondom verwendet wurden. Nun fühlen sich 
Millionen Herren als Krüppel, weil das Latexhüllchen rutscht und Falten 
schlägt.

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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Hallo, Andy,

es ist nicht zutreffend, dass 50 Hz für unser Stromnetz absolut 
ungünstig ist. =>

Vor ca. einem Jahrhundert, als die Frequenz für das öffentliche 
Stromnetz
festgelegt wurde, wurden die praktischen Gegebenheiten ( die meisten 
Sachverhalte sind zeitlos zutreffend ) sehr wohl abgewogen:


a) 0 Hz ( Gleichstrom ) ist unzweckmässig wg.:

   1) Änderung der Spannungsebene unwirtschaftlich ( Trafo geht nicht )
   2) Probleme der Kurzschlussbeherrschung ( DC hat keinen
      Nulldurchgang ! )

b) 400 Hz ( Netzfrequenz z.B. in Flugzeugen ) ist unzweckmässig wg.:

   1) bei längerer Übertragungsdistanzen, wie sie üblicherweise 
vorkommen
      [ z.B. vom Braunkohlenrevier zum Ruhrgebiet, oder Fahrstrom-
      versorgung der Eisenbahnen (s.u.*); gilt auch für Windparks ] ist
      der bei üblicher Stromausnutzung der Freileitungen / Fahrdrähten
      wg. dominanten Induktiv-Belags der Kompensationsaufwand
      ( induktive "Blind-"Leistung ) zu gross

   2) Die Zusatzverluste ( Wirbelstrom ) wären deutlich höher als bei
      50 Hz

   3) Das Gepfeife der Umspanner usw. hätte dann ebenfalls diese
      höhere Frequenz, wäre also, weil physiologisch störender, viel
      aufwändiger ( = teurer ) zu unterdrücken

*) Die Wahl der Bahnfrequenz von 16 2/3 Hz = 50 Hz/3 ergab sich wie
   folgt:
   Bei DC hatte man nicht die Möglichkeit, eine hohe Spannung zu 
verwenden
   ( auch wg. der Fahrmotoren ), bei 50 Hz gab's zu viel 
Kollektorabbrand
   der zuerst üblichen Reihenschlussmotoren ( von denen gibt's heute 
noch
   'ne Menge ), die Bahnfrequenz lässt sich einigermassen leicht auch 
mit
   rotierenden Umformern aus dem 50 Hz-Netz gewinnen, das wurde 
zumindest
   früher als wichtig erachtet.
   Übrigens ist der Abstand zwischen den Bahn-Unterwerken ( = Einspeise-
   stellen der Fahrstromversorgung ) bei Bahnen mit 25 kV 50 Hz
   ( Frankreich ) und 15 kV 16 2/3 Hz ( Deutschland ) etwa gleich,
   der Vorteil der höheren Spannung wird in diesem Beispiel durch die
   höhere Frequenz wieder aufgezehrt.


Man kann sehr wohl darüber streiten, ob "ausgerechnet 50 Hz" als 
Netzfrequenz auch heute noch als ideal zu erachten sind
( Leistungselektronik etc. ).
Eine völlig andere Frequenz zu wählen, ist offensichtlich sinnlos.
Der Vorteil einer geringer geänderten Frequenz müsste den immensen 
Aufwand
der damit verbundenen Umstellungen  ( vom Kraftwerksgenerator bis zum
Klingeltransformator, insbesondere Megatonnen von Vorschriftspapieren 
... )
erstmal rechtfertigen ...


Gruss

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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75 Ohm ist wirtschaftlicher, weil der Innenleiter des Koaxkabels dünner 
ist. 50 Ohm war in USA üblich, alte Rohde&Schwarz Geräte haben 60 Ohm. 
Irgendwo liegt da auch ein Minimum der Dämpfung des Kabels.

Autor: Izmir Übel (Gast)
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@ Christoph
Naja, die Wirtschaftlichkeit wars wohl nicht. Zu dem Zeitpunkt, als die
Kabelgrundtypen ausgekieselt wurden, hat der Kupferpreis in Relation zu 
den
Herstellungskosten eine untergeordnete Rolle gespielt.
Dämpfungsminimum (bei mehr oder weniger fest vorgegebener Konstruktion) 
könnte eher zutreffend sein.
60 Ohm hatte sich gut ergänzt mit 240 Ohm symmetrischen Kabeln, die es 
passend dazu gab.
60 Ohm glaube ich im Herstellungsspektrum von Spinner noch unlängst 
gesehen zu haben; muß als irgendeinen tieferen Sinn haben.
Es wird Zeit, das Fachwissen aufzufrischen!

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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ich meine, in der HF-Bibel "Meinke-Gundlach" ist eine Kurve der Dämpfung 
über dem Wellenwiderstand abgebildet.

Autor: Hans (Gast)
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über terminierung auf einer leiterplatte brauchst du dir erst gedanken 
machen, wenn deine leitung nicht mehr elektrisch kurz ist.. also länger 
wie ca lamda/10  ist.. dann hängst du meistens in die leitung einen 
serien-R... Der wert dabei ist ziemlich unkritisch... 100% fehlanpassung 
sind da auch wurscht.. es geht nur darum, dass diene überschwinger auf 
der leitung halbwegs bedämpft werden...

man kann Leitungen auch parallel terminieren .. nur hast du dort dann 
halt mehr-stromverbrauch... 50Ohm sind eindeutig zu wenig.. eher im 
kilo-ohm bereich...

ganz spaßig ist dann aktive terminierung wie das damals bei scsi war :)

darüber sollts massig infos geben...  zur bus-terminierung müssten viele 
schöne app-notes von den scsi-buffer-hersteller geben..

73

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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Hallo,

die üblichen ca. (50 ... 75)-Ohm-Koaxkabel sind wohl zweckmässig
gewählt: => folgende Überlegungen:

1) Generell grosser - kleiner Wellenwiderstand günstiger ?
   - soll er gross sein, bedeutet das bei gegebenem Dielektrikum in der
     Tendenz grösseren Durchmesser, ungünstiger zum Verlegen
     ( Biegeradius !), Stecker wären dann ebenfalls grösser;
   - soll er klein sein, fallen die ohmschen Verluste im Kabel
     selbst ( Skin-Effekt des Mittelleiters ), aber auch in den
     Anschlüssen, Übergängen usw. stärker aus, Fehlanpassungen
     durch Schaltunginduktivitäten, Übergängen in den Steckern
     fallen dann stärker ins Gewicht; Fertigungstoleranzen beim
     Kabeldurchmesser müssten kleiner gehalten werden

2) Zusammenwirken im gesamten System ?
   60 / 75 Ohm ( in der Praxis spielt das auf Empfängerseite kaum eine
   Rolle ) passt gut: Offene Dipolantennen haben in etwa diesen Wert;
   Transistoreingangsstufen in Basisschaltung ( früher fast
   ausschliesslich verwendet ) passen ebenfalls gut damit zusammen.

=> Ergo: Der 50-Ohm-Standard ist vielleicht ein bisschen niedrig
   ausgefallen, die 60 / 75 Ohm sind jedoch ein guter Kompromiss.

Gruss

Autor: Falk Brunner (falk)
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Wellenwiderstand

Hier ein Posting aus einer Newsgroup comp.arch.fpga

Von: "Austin Lesea" <austin.lesea@xilinx.com>
Betreff: Re: High speed clock routing
Datum: Donnerstag, 21. März 2002 18:04

John,

Nope.  You can make higher impedance guided wave structures that the 
impedance of free space.

The most common WWII transmission lines in an Army base field station 
was 600 ohm line, two
wires about 6" apart.

Much higher than that isn't very practical (spacing is too large, or 
wire diameter too small).

Basically, there are 'magic' impedances, like 75 ohm Cable TV coax, or 
50 ohm coax for radio
systems, or 50 to 65 ohm pcb traces, or 300 ohm TV ladder line.  They 
are magic because 75
ohms uses the least amout of material, and has the least loss per mile 
(kilometer).  50 ohms
uses the least amount of material, and has the best power handling 
capacity.  50 to 65 ohms on
a pcb can be done with the usual spacings, thickness, and widths.   TV 
ladder line is the
lowest loss at 50 MHz to almost 1 GHz with the least cost for receiving 
only.

Oh, those 600 ohm ladder lines were neat because of their very low loss, 
very high power
handling capacity, and their ability to be fixed, built, patched, 
repaired with nothing more
than some copper wire and some wooden sticks.

So what comes first is the application (transmit, receive?), and the 
constraints (cost,
material, least copper, shielding, etc), and then you use Maxwell's 
Equations to find a
structure that meets all of your needs....or you just pick something 
from the catalog.

Austin

John_H wrote:

> Bob,
>
> Isn't the upper limit of intrinsic impedance that of free space?  Squareroot of 
(absolute
> permittivity divided by absolute permeability) is about 377 ohms, isn't it?  I 
thought one
> couldn't get any higher than that.
>
> Your insights into why 1300 ohms would be the better answer are much 
appreciated.
>
> - John_H
>
> Bob Perlman wrote:
>
> > > > Here's a question that I ask students when I hold signal integrity
> > > > courses: Suppose I'm in the space shuttle and I have a length of #30
> > > > AWG wire, and there's an infinitely wide ground plane sitting on the
> > > > earth's surface 160 miles below.  What's the impedance?  Zillions of
> > > > ohms?  Any guesses?
> > >
> > > I would not have a clue.  But I want to know how you plan to measure it
> > > and verify your answer!
> >
> > It's about 1300 ohms.  I'll take the space shuttle flight if you'll
> > set up the ground plane (and remove it before the shuttle hits it).

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Der Meinke-Gundlach nennt zwei Kriterien für den Wellenwiderstand: Nur 
für Sender wichtig ist die maximale elektrische Feldstärke, die hat ein 
Optimum bei 30 Ohm. Das zweite ist der Längswiderstand in Innen- und 
Au0ßenleiter, der wird bei 77 Ohm am kleinsten. Für die 
Rundfunkempfangstechnik ist also 75 Ohm besser als 50.

Autor: Thomas Ranseier (ziggy)
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Christoph Kessler wrote:
> Der Meinke-Gundlach nennt zwei Kriterien für den Wellenwiderstand: Nur
> für Sender wichtig ist die maximale elektrische Feldstärke, die hat ein
> Optimum bei 30 Ohm. Das zweite ist der Längswiderstand in Innen- und
> Au0ßenleiter, der wird bei 77 Ohm am kleinsten. Für die
> Rundfunkempfangstechnik ist also 75 Ohm besser als 50.

So kenn ich das auch. Die 50 Ohm sind ein Kompromiss aus dem Optimum der 
niedrigen Dämpfung bei 77 Ohm und dem Optimum der maximalen Feldstärke 
bei 30 Ohm.

Gruß,
Thomas

Autor: HansHans (Gast)
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Autor: Peter .. (solderingexpert)
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HansHans wrote:
> http://www.microwaves101.com/encyclopedia/why50ohms.cfm
Danke, ein sehr ausführlicher Link.

Christoph Kessler wrote:
> alte Rohde&Schwarz Geräte haben 60 Ohm. Irgendwo liegt da auch ein Minimum
> der Dämpfung des Kabels.
Etwas über 60 Ohm.
Rohde & Schwarz 60 Ohm Dezifix Stecker sind tatsächlich die beste Wahl.
(die gibt es als zweigeschlechtliche Steckverbinder)

Autor: I_ H. (i_h)
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So wie ich das sehe spielt der Kabeldurchmesser auch eine entscheidende 
Rolle, die Angaben hier beziehen sich alle auf konstanten Durchmesser.
Hab hier an meinem Oszi 93 Ohm Kabel hängen mit entsprechenden 
Abschlusswiderständen, RG-62 Kabel sind zum einen hochwertiger (damals 
kam noch nicht alles auch China, als ich zuletzt ein Reichelt RG-58 
Kabel zerschnippelt hab traf mich glatt der Schlag) und vor allem dicker 
als RG-58, aber trotzdem noch brauchbar flexibel.

Abgesehen davon ist die Dämpfung bei 93 Ohm eh schon minimal besser, und 
der Widerstandstastkopf mit 1kOhm Eingangsimpedanz hat einen 1:22.5 
Teiler statt 1:41.

Aber sehr interessanter Thread, hab mich auch schon gefragt wo die 50 
Ohm herkommen.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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noch was gefunden:
http://www.microwaves101.com/encyclopedia/why50ohms.cfm
genau die gleichen Argumente

Autor: HansHans (Gast)
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Guten Morgen Christoph ;-)

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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ah ja - ich war auf der Suche nach HF-Simulationssoftware zufällig auf 
die Seite gestoßen und hatte hier die Antworten seit meinem letzten Post 
nicht gelesen. Die Seite microwaves101 hat noch andere interessante 
Texte zu bieten.

Autor: HansHans (Gast)
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Was genau suchst du? S-Parameter Simulation, 3D-EM...?

Autor: Tommy (Gast)
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Auch wenn der Thread hier alt ist, wollte ich mich hier anschließen und 
noch etwas zum Thema Wellenwiderstand von Koax Kabeln ergänzen und in 
Erfahrung bringen:

Ich hole ein bischen aus:
Laut Zinke-Brunswig HF1: kann man unterscheiden in Koax-Wellenwiderstand
a) *minimaler Dämpfung*:
b) *maximaler Spannungsfestigkeit*:
c) *maximaler Leistungsübertragung*:
Dabei entsteht das jeweilige Minimum bzw. Maximum durch die Geometrie. 
D.h. das Verhältnis Aussendurchmesser Isolation D zu Durchmesser 
Innenleiter d. Für den Fall minimaler Dämpfung wäre das D/d = 3,6.

Wellenwiderstand der Koaxleitung für verlustlosen Fall:

Die Verwirrung:
Für den Fall von Luft/Vakuum als Dieelektrikum wäre alles prima, ich 
würde ein 75 Ohm Kabel nehmen und System bauen um minimale Dämpfung zu 
erreichen. Und 50 Ohm wäre der Kompromiss, wie in einigen Vorposts 
erwähnt.
Nun kann ich allerdings meist nur 50 oder 75 Ohm Kabel kaufen, z.B. 
reichelt etc., diese haben aber als Dielektrikum meist PE (rel. 
Permittivität (eps_r) = 2,4). D.h.  für minimale Dämpfung mit dieser 
Permittivität wäre mein Z_l = 49,7 Ohm. D.h. ich bräuchte kein 75 Ohm 
Kabel sondern ein 50 Ohm Kabel! Dumm nur, dass scheinbar kein Mensch / 
Hersteller das D/d Verhältnis beachtet. D.h. ich finde hier:
RG-58 C/U 50 Ohm: 2,95/0,9=3,27
Aircell-5 50 Ohm: 2,95/1,08=2,73 (anderes eps_r, dennoch eigentlich 
zählt das D/d Verhältnis)

Die Fragen:
- Also kurzum, die Argumentation 75 Ohm Kabel = minimale Dämpfung und 
derartiges fällt ins Wasser?
- Wenn ich schon mit eps_r = 2,4 bei 50 Ohm bin, warum nutze ich dann 
nicht das D/d Verhältnis um minimale Dämpfung zu erreichen im Falle der 
HF-Messtechnik (Materialkostenoptimierung?)?
- Wenn 75 Ohm Kabel = minimale Dämpfung nicht stimmt, nehme ich also das 
75 Ohm Kabel rein aus Anpassungsgründen an die Antenne?
- Hat ein 75 Ohm System sonstige Vorteile, dass man dies bei 
Analogübertragung nutzt? Rauschen?

@Christoph Kessler: falls Du hier noch ließt, aus welcher Auflage des 
Meinke-Gundlach sind denn die Graphen entnommen? Habe hier gerade die 
fünfte (Band 2, Komponenten und finde diese nicht).

Autor: Verwirrter Anfänger (Gast)
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Andy schrieb:
> das ist die selbe Frage, wie, warum unser Stromnetz 50Hz hat, was
> absolut ungünstig ist, oder Samplingrate von Audiosignalen in
> CD-Qualität (44,1KHz) etc. Ich würde mal sagen, dass man sich einfach
> auf einen Wert festgelegen musste. Genau weiß ich das nicht.

tex schrieb:
> Liegt am Shannon/Nyquist formulierten Abtasttheorem demnach die
> Abtastfrequenz 2 mal grösser sein muss, als die Signalfrequenz, und da
> HiFi nun mal anhand pingeliger Ohren definiert ist, die vorgeben, erst
> bei 20 kHz nix mehr zu hören ...
> Den meisten Menschen würden 16kHz reichen ... der Walkmangeneration in
> der Regel 8kHz ;-)

Ganz so einfach ist das nicht, die 44,1 kHz sind schon recht schlau 
bestimmt worden, das hängt von Shannon / Nyquist und PAL und NTSC ab, 
was wiederrum auf die 50Hz / 60Hz im europäischen und amerikanischen 
Stromnetz zurückführbar ist.
http://en.wikipedia.org/wiki/44,100_Hz

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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>a) 0 Hz ( Gleichstrom ) ist unzweckmässig wg.:

   1) Änderung der Spannungsebene unwirtschaftlich ( Trafo geht nicht )
   2) Probleme der Kurzschlussbeherrschung ( DC hat keinen
      Nulldurchgang ! )

Plus :
 Sicherungen sind schwierig und aufwendig.
 Trenner ebenso.

Denn bei 200VDC kann man 3cm lange Funken ziehen, die nicht von selbst 
abloeschen. Die brennen bis was kaputt geht.

Autor: Sebastian (Gast)
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Hallo,

google einen Artikel gelistet über die Historie:

http://www.highfrequencyelectronics.com/Archives/J...

Grüße

Sebastian

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