Wellenwiderstand-Reflexion auf Oszi sichtbar?

Technik Elektronik & Elektrotechnik
1

Hallo,

auf dem nachfolgendem Bild seht ihr wie ich ein 70m langes Koaxialkabel an einen Funktionsgenerator mit Rechteckspannung angeschlossen habe.

http://img488.imageshack.us/my.php?image=img4021aq5.jpg

Das andere Leitungsende ist ans Oszi angeschlossen und einmal terminiert und einmal nicht.

Könnt ihr mich beim interpretieren des Bildschirm bitte unterstützen?

  1. Frage:
    Wie kommt es, dass bei Frequenzen von unter 1000Hz ich kein sauberes Rechtecksignal auf dem Bldschirm sehe? ob mit oder ohne Endwiderstand spielt dabei keine Rolle.

  2. Frage:
    Bild auf dem Laptop ist ohne Terminierung des Leitungsendes

An den Flanken erkenne ich starke Ausschwingvorgänge. Ich vermute das ist das am Leitungsende reflektierte Signal, welches wieder zum FGG zurückwandert dort wieder reflektiert wird und aus diesem Grund ist die Amplitude bei jedem Rück- und wieder Hinlauf dann wieder etwas kleiner. Sehe ich das so richtig?

Mit Endwiderstand sind an den Signalflanken keine Ausschwingvorgänge zu sehen.

interessierte Grüße, Matthias.

2

Ja

  1. Frage:
    Wie kommt es, dass bei Frequenzen von unter 1000Hz ich kein
    sauberes Rechtecksignal auf dem Bldschirm sehe? ob mit oder
    ohne Endwiderstand spielt dabei keine Rolle.

Da dürfte ein Hochpass am Messeingang vorhanden sein? Ist das ein HF-Oszi, oder wie meine Kiste für 3 Hz mit AC-Kopplung ausgelegt?

An den Flanken erkenne ich starke Ausschwingvorgänge. Ich
vermute das ist das am Leitungsende reflektierte Signal,
welches wieder zum FGG zurückwandert dort wieder reflektiert
wird und aus diesem Grund ist die Amplitude bei jedem Rück-
und wieder Hinlauf dann wieder etwas kleiner. Sehe ich das so
richtig?

Bei höheren Frequenzen, die gemäß Herrn Fourier in allen steilen Flanken enthalten sind muss man sich von der Vorstellung freimachen, dass sich der Impuls der elektrischen Energieübertragung von einem Ladungsträger zum nächsten gradlinig durch einen Leiter bewegt, stattdessen schwabbelt die Energie wie eine Wasserwelle von der Quelle zur Senke. Und wenn dort die Energie nicht vollständig absorbiert wird, dann überschlägt sich die Welle und schwabbelt halt zurück zur Quelle und zurück …

So sieht das halt aus.

Tatsächlich kreiselt das elektrische Feld dabei um den Leiter herum, weshalb in meiner Vorstellung auch verständlich ist, dass dabei keineswegs Lichtgeschwindigkeit für die Fortpflanzung des Energieübertragungsimpulses vorhanden ist! Die echt zurückgelegt Strecke ist länger. HF-Impulse in typischen Koax-Kabeln laufen durchaus bei nur 70% von c!

Die Dämpfung durch Kabel, doch mal vorhandener Abschluss usw. lässt die „klingelnde“ Amplitude (das Kabel bildet in diesem Sinne durchaus einen Schwingkreis) dann abklingen.

Übrigens der Grund, weshalb HF-Treiber immer auf die doppelte Spannung bzw. die 4-fache Verlustleistung auszulegen sind, damit sie eben keinen ordentlichen Abschluss, sondern die vollständige Reflexion „überleben“.

Mit Endwiderstand sind an den Signalflanken keine
Ausschwingvorgänge zu sehen.

Hier wird die Energie an der Senke vollständig „absorbiert“, egal ob in einem Abschlusswiderstand oder einem HF-Eingang in Basisschaltung.

Nimm doch mal zum Spaß andere Kabel! Z.b. symmetrische Mikrophonleitungen oder Adern von Flachbandleitungen (gar nicht mal so schlecht).

So was habe ich mal vor 7 Jahren mit 3 MHz (AES-EBU-Digitaltonsignal) ausgemessen. Einmal auf 75 Ohm Video-Koaxleitung (schöne runde Impuls am Ausgang nach 1 km Strecke) und auf symmetrischen 120-Ohm-Kabeln (schon nach 30 m kaum mehr als Digitalsignal wahrnehmbar).

Gruß

Stefan

3

Hallo Stefan,

danke für Deine schnelle und ausführliche Antwort!

Da dürfte ein Hochpass am Messeingang vorhanden sein? Ist das
ein HF-Oszi, oder wie meine Kiste für 3 Hz mit AC-Kopplung
ausgelegt?

Das ist ein günstiges Gerät für 350€ es soll bis 30MHZ gehen. Also ich denke das ist dann kein Hochfrequenzoszi für meine Begriffe, oder?

Hochpass am eingang, weil auf AC geschaltet? Niedrige Frequenzen werden nicht durchgelassen und deswegen kommt das Signal zum Teil nicht in der Signalverarbeitungselektronik an?

Grüße, Matthias.

4

Da dürfte ein Hochpass am Messeingang vorhanden sein? Ist das
ein HF-Oszi, oder wie meine Kiste für 3 Hz mit AC-Kopplung
ausgelegt?

Das ist ein günstiges Gerät für 350€ es soll bis 30MHZ gehen.
Also ich denke das ist dann kein Hochfrequenzoszi für meine
Begriffe, oder?

Nein, ist nach der Daumenregel: Oszi soll 10 mal mehr Grenzfrequenz als das Messsignal haben nur bis wenig MHz brauchbar. Außerdem digital mit den entsprechenden Möglichkeiten der Fehlinterpretation. Meine Büchse ist vollständig analog (Vergangenheitsform von „Anna lügt“).

350 Euronen kostet ein analoges GUTES Oszi bis lediglich 30 MHz heute auch. Wenn es eine Wandlerbüchse ist, gehe ich schon davon aus, dass man dem Ding immerhalb seiner Spezifikationen glauben darf.

Hochpass am eingang, weil auf AC geschaltet? Niedrige
Frequenzen werden nicht durchgelassen und deswegen kommt das
Signal zum Teil nicht in der Signalverarbeitungselektronik an?

So meine Sicht des 1-kHz-Rechteckimpulses, da sind aber ca. xxx Hz Grenzfrequenz im Spiel! Nicht wenige Hz wie ich es kenne.

Cherchez la femme! Wo ist das Hochpassfilter, dass so eine Wellenform verbiegt? Hmm. Vielleicht im Ausgang des FGG? Der hat doch auch einen Koppelelko am Ausgang? Sehen die Wellenformen mit und ohne Abschluss wirklich kongruent aus?

An der Anfangsschräge des verbogenen Rechtecks kann man den Vorgang grob abschätzen.

Und schau dir mal das Ausgangssignal mit kurzem Kabel direkt vom FGG an! Da sind diese Verhaltensweisen wahrscheinlich noch nicht vorhanden (Kabellänge

1 „Gefällt mir“
5

Hallo,

Hochpass am eingang, weil auf AC geschaltet? Niedrige
Frequenzen werden nicht durchgelassen und deswegen kommt das
Signal zum Teil nicht in der Signalverarbeitungselektronik an?

Auf ‚AC‘ schalten bedeutet nichts anderes, als einen Kondensator in Reihe zum Eingang zu schalten. Im DC-Modus wird er überbrückt. Je nach Qualität ist der Kondensator größer oder kleiner, was dann zusammen mit dem Quellwiderstand, dem Kabelwiderstand und dem Eingangswiderstand einen Hochpass mit unterschiedlicher Grenzfrequenz ergibt. Eigentlich sollte diese sogar in der Spezifikation des Oszilloskops zu finden sein.

Schalte einfach auf DC, wann immer möglich. Speziell bei Rechtecksignalen.

Gruß
loderunner

6

auf DC hat geklappt, hier das Vorher-Nacherbild

Vielen Dank an alle,

jetzt brauche ich ja keinen Schaltplanaufbau mehr beibringen.

anbei das Vorher-Nacherbild
http://img483.imageshack.us/my.php?image=projekt1ry1…

bei 10Hz

Grüße, Matthias.

7

Da ist immer noch …
… eine leichte „Dachschräge“.

Das dürfte aber vom Koppelelko am Ausgang des FGG stammen. Wenn ich die Fausregeln aus der Impulstechnik-Vorlesung von vor 13 Jahren noch im Kopf hätte, könnte ich die Eckfrequenz abschätzen.

Na ja immerhin einen Schritt weiter.

Gruß

Stefan

8

Hallo Stefan,

danke für Deine Antwort.
Ja da ist in der Tat noch eine leichte Dachschräge.
Normalerweise müßte ich doch ein sauberes Rechtecksignal auf den Schirm bekommen können, oder nicht?

Was das mit dem Koppelkondensator am Ausgang des FGG zu tun haben könnte entzieht sich leider völlig meiner Kenntnis.

Ist das aufwendig zu erklären?

ansonsten sind wir ja in der Tat schon einen guten Schritt weitergekommen.

Grüße, Matthias.

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

9

Hallo Stefan,

danke für Deine Antwort.
Ja da ist in der Tat noch eine leichte Dachschräge.
Normalerweise müßte ich doch ein sauberes Rechtecksignal auf
den Schirm bekommen können, oder nicht?

Yessss, akkurat eckig.

Was das mit dem Koppelkondensator am Ausgang des FGG zu tun
haben könnte entzieht sich leider völlig meiner Kenntnis.

Na ob ich mit einem Kondensator VOR dem Eingang des Oszilloskops oder NACH dem FGG am Ausgang einen Hochpass-Filter produziere ist von der Wirkung her egal, höchstens anders (weil andere Eckfrequenzen).

Gruß

Stefan

10

Hallo,

danke für Deine Antwort.
Ja da ist in der Tat noch eine leichte Dachschräge.
Normalerweise müßte ich doch ein sauberes Rechtecksignal auf
den Schirm bekommen können, oder nicht?
Was das mit dem Koppelkondensator am Ausgang des FGG zu tun
haben könnte entzieht sich leider völlig meiner Kenntnis.
Ist das aufwendig zu erklären?

Auch auf der Senderseite würde ein Auskoppelkondensator
zwangsläufig einen Hochpaß erzeugen, da DC durch einen
Kondensator nun mal nicht durchkommt.
An der Dachschräge erkennt man eben den Hochpaß.

Ich würde aber noch auf was anderes tippen.

Was hast Du für Tastspitzen am Oszi. Wenn es die üblichen
10:1 Tastspitzen sind, dann können diese auch dafür verantwortlich
sein. Abhilfe schafft man dann, indem die Tastspitzen mit
dem üblicherweise eingebauten Trimmer auf exaktes Rechtecksignal
kapazitiv abgeglichen werden.
Gruß Uwi

1 „Gefällt mir“
11

Hallo,

daran habe ich auch schon gedacht und den 1:10 Tastkopf auf Kalibrierung überprüft- in Ordnung

Werde aber heute nochmal einen anderen nehmen und nochmal das Rechtecksignal anschauen.

Danke

12

Fehlerquelle der Dachschräge gefunden!!

Hallo habe jetzt rausgefunden woher die Dachschräge kam. Erklären kann ich mir das mit meinem Halbwissen allerdings noch nicht. :smile: Ihr mir?

Habe das Signal immer von der rechten Buchse abgenommen und da hatte ich die Dachschräge drauf.
Von der ganz linken Buchse bekomme ich ein reines Rechtecksignal.

http://img443.imageshack.us/my.php?image=img4026mm1.jpg

Jetzt habe ich das ca. 10Hz Signal auf ein Koaxialkabel mit und ohne Abschlußwiderstand von 50 Ohm gegeben und das unerklärlichekam dabei heraus.
Ohne Abschlußwiderstand bleibt das REchecksignal sauber und mit ist es verzerrt.
http://img459.imageshack.us/my.php?image=projekt1vi3…

Was ich versuche zu simulieren ist eine nicht abgeschlossene Canbusleitung, denn dort wird ja auch dieses Signal reflektiert und bringt den ganzen Bus zum Absturz, so einen Fehler hat mein Kollege am Freitag erst suchen müssen.

Grüße, Matthias

13

Hallo,

Habe das Signal immer von der rechten Buchse abgenommen und da
hatte ich die Dachschräge drauf.
Von der ganz linken Buchse bekomme ich ein reines
Rechtecksignal.

Na, jetzt wird es doch ganz eindeutig: Die AC-Out-Buchse macht das gleiche wie die AC-Schaltung des Oszilloskopeingangs: da wird ein Kondensator in Reihe geschaltet. Und der verbiegt nunmal ein Rechtecksignal.

Was ich versuche zu simulieren ist eine nicht abgeschlossene
Canbusleitung, denn dort wird ja auch dieses Signal
reflektiert und bringt den ganzen Bus zum Absturz, so einen
Fehler hat mein Kollege am Freitag erst suchen müssen.

Ist eine Canbusleitung nicht symmetrisch? Dann klappt das Simulieren aber nicht so einfach, immerhin gibt es da auch noch Übersprechen zwischen den beiden Leitungen, oder?
Aber mit Canbus kenne ich mich nicht so aus.
Gruß
loderunner

1 „Gefällt mir“
14

Hi,

Na, jetzt wird es doch ganz eindeutig: Die AC-Out-Buchse macht
das gleiche wie die AC-Schaltung des Oszilloskopeingangs: da
wird ein Kondensator in Reihe geschaltet. Und der verbiegt
nunmal ein Rechtecksignal.

schön das wir diese Frage klären konnten. :smile: und ich habe durch ein paar kleine praktische Experiemente wieder etwas dazu gelernt. Begreifen und damit verstehen kommt ja auch von anfassen und damit ausprobieren,

aber ist das nicht eher nachteilig wie in unserem Fall, wenn ein Kondensator am ausgang in Reihe geschaltet wird? Kleine Frequenzen werden ja durch ihn verbogen und dieser Kondensator dient doch nur dazu, um Gleichspannung auszufiltern und am austreten zu hindern. Es soll wahrscheinlich eine nur reine -wechselspannung rausgelassen werden deswegen der Kondensator.

Ist eine Canbusleitung nicht symmetrisch? Dann klappt das
Simulieren aber nicht so einfach, immerhin gibt es da auch
noch Übersprechen zwischen den beiden Leitungen, oder?
Aber mit Canbus kenne ich mich nicht so aus.

Ja hast Recht die CAN-Busleitung ist symmetrisch, da sehe ich wieder das ich noch nicht auf diesem Gebiet weiß und das Experiement so nicht durchführen kann. Da werde ich mich erst weiter belesen und dann mal schauen.

Vielen Dank für Deine Hilfe.

Gruß
loderunner

15

Hallo,

aber ist das nicht eher nachteilig wie in unserem Fall, wenn
ein Kondensator am ausgang in Reihe geschaltet wird? Kleine
Frequenzen werden ja durch ihn verbogen und dieser Kondensator
dient doch nur dazu, um Gleichspannung auszufiltern und am
austreten zu hindern. Es soll wahrscheinlich eine nur reine
-wechselspannung rausgelassen werden deswegen der Kondensator.

Stimmt ganz genau.
Und daran kann man wieder mal sehen, dass jeder Vorteil durch einen Nachteil erkauft werden muss.
Gruß
loderunner