2013年9月12日 星期四

Cable 二三事 ( 搬家文 move from yahoo blog , Day 8 )

(本文內容取材自 Belden 的技術資料)

不少網友問到有無適用的電源線材料,或站上線材適用製作否?電源線有在筆者計畫之中,不過不在眼前,上一回自己組裝電源線,已經是十餘年前的事情了。 猶記得當時找了一顆藍色底透明殼的三插公頭,一顆類似 Schurter 的母頭,再到西寧商場剪了一段小指粗的「電源線」,鎖一鎖完成用在前級上,對照土砲上插的綠綠很粗的水管線,覺得蠻配的。 當時也是因為管機換上水管線後,聲音有很明顯的差別,才興起前級試試 DIY 的念頭,結果無甚差異~哈!。

這一陣子為了找適當的電源線, 陷入五里霧中, 只得到一個確定的結果老花眼更重了。尋線尚未成功,倒是一些先前看過卻未曾注意的 cable 有關事項,趁還有記憶時整理在站上,免得到時又忘記,不知道哪裡去尋了。

導體以外的材料,就像助焊劑之於錫,皆為要角卻易被忽略。這些材料常被用於 cable 的絕緣或被覆上。

Polyethylene
維基百科:聚乙烯(Polyethylene,簡稱:PE)是日常生活中最常用的高分子材料之一,大量用於製造塑料袋,塑料薄膜,牛奶桶的產品,也是白色污染的主要原因。ProCo 文章中稱 PE 為萬能絕緣材的首選,既經濟又很難被超越(鐵氟龍好一點,但是太貴,柔軟性也差一點),唯獨熔點較低,焊接時要比較注意。

 

PE 用於 cable 的絕緣多於被覆。PE 絕緣質輕、防水、化學惰性、剝除方便。介電常數低(dielectric constantDC),cable 電容值低,電氣損失(electric loss)小; 另外傳播速度(vp)因 DC 小而可以較高,較快的速度,代表較少的高頻損失,可以有較平坦的全區頻率響應,因此是 audio RF 應用的好選擇。 Belden 暢銷線之一的 Line Level Audio Analog Cable 8761 即為一例,PE 絕緣、PVC 被覆。

 


PolyVinyl Chloride
維基百科:聚氯乙烯(PolyVinyl Chloride,經常被稱作 PVC),是一種使用一個氯原子取代聚乙烯中的一個氫原子的高分子材料。

 

PVC 用於 cable 的絕緣和被覆。PVC 抗火焰、油污、臭氧、日照和大部分的溶劑。由於它的介電常數較 PE 高(編按:介電常數高,通常被認為絕緣品質較弱),PVC 絕緣最適合(best suited)用於音頻的傳輸(編按:這下您知道筆者如何墜入五里霧中了)。Belden 頗知名的 1503A,即為 PVC 絕緣、PVC 被覆最好的例子。

 
 
 


Polypropylene
維基百科:聚丙烯(Polypropylene,簡稱 PP),是一種半結晶的熱塑性塑料。具有較高的耐衝擊性,機械性質強韌,抗多種有機溶劑和酸鹼腐蝕。在工業界有廣泛的應用,是平常常見的高分子材料之一。澳大利亞的錢幣也使用聚丙烯製作。

 

PP 用於絕緣。提供優越的抗熱與抗摩擦特性。比 PE 稍硬,很適合迷你版的構成品的製造即便是整體直徑很小仍然可以有很低的信號損失水準。Belden 暢銷 OEM 線之一的 Line Level Audio Analog Cable 8451 即為一例,PP 絕緣、PVC 被覆。

 


Fluorinated Ethylene Propylene FEP
杜邦鐵氟龍的一種,與 PTFE 極為類似。維基百科:聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene,英文縮寫為 PTFE,(俗稱塑料王),商標名 Teflon,台灣譯為鐵氟龍),這種材料的產品一般統稱作「不粘塗層」;是一種使用了氟取代聚乙烯中所有氫原子的人工合成高分子材料。

這種材料具有抗酸抗鹼、抗各種有機溶劑的特點,幾乎不溶於所有的溶劑。同時,聚四氟乙烯具有耐高溫的特點,它的摩擦係數極低,所以可作潤滑作用之餘,亦成為了不沾鍋和水管內層的理想塗料。FEP 與 PTFE 極相似,不過熔點略低。

 

FEP用於 cable 的絕緣和被覆。FEP絕緣耐高溫 cable,在樂器控制的應用很理想。前面出現過的 8761,有填充的型號 87761 正是 FEP 絕緣版。

 


Belden’s Datalene
Belden 註冊商標的發泡高密度聚乙烯high density PE),絕緣 onlyDatalene 絕緣的介電常數低,能量消散比 dissipation factor)低,非常適配高速、低失真數據處理的需求。Datalene 質輕、抗擠壓、又能在寬廣的溫度範圍下提供優異操作性能。Belden 的數位音頻代表線 1800 家族,Datalene 絕緣、PVC 被覆。

 


橡膠
包括天然橡膠(rubber), 與人工合成橡膠 NeopreneHypalonSilicon rubberE.P.D.M.),    PVC 還要能忍受高度衝擊和摩擦、抵抗水和酸鹼的侵蝕。當它展現抗熱的優越特性時,橡膠被覆同時也具有對低溫的良好適應彈性。



在過去十年間,絕緣介質的選擇,已從橡膠或 E.P.D.M. 移到高密度聚乙烯,成本是最大考量。Belden 橡膠被覆的線比例也不多,Triaxial cable 可以看到蹤影。Belden 9267PE 絕緣、Hypalon 被覆。
 


絕緣被覆材料導體幾何關係,與材料(介電質)特性構成 cable 的電氣特性 - 電容值、電抗和阻抗;介電常數又與電磁場在材料(介電質)中的傳播速度有關。而這些又與 cable 連接的應用目的息息相關:類比音頻,類比視頻,數位音頻,數位視頻,數據傳輸,廣電傳播等等。不見得習慣上認知的高階材料,表現就會比所謂的低階材料好,例如 PVC 竟會是 best suited to audio frequency transmission

站上文章可以當作補充閱讀資料:
Max Pierson 的「如何選擇音響電容器


線材的阻抗
數位音頻發展至今三十餘年,AESAudio Engineering SocietyUS)和 EBUEuropean Broadcast Union)制定了國際標準,稱為 AES / EBU。數位音頻的規格為:

DATA RATE  3.072 Mb/s
IMPEDANCE  110 ohm + 20%

數位音頻 cable 與類比音頻 cable 的不同,主要在於阻抗規格。AES / EBU 的寬容忍度,讓 cable 阻抗可以從 88 ~ 132 ohms。而標準的類比音頻 cable 的阻抗則為 45 ~ 70 ohms。這中間的差異,如果阻抗匹配不對,將導致信號反射,jitter 會造成接收端的 bit errors

類比視頻 coax cable,特性阻抗為 75 ohms。這個數字不是亂選的,實務上最佳的衰減特性發生在 77 ohms。可是因為材料和設計的關係,選用了 75 ohms 作為低功率傳輸的最佳妥協方案。

數位視頻 cableBelden Precision video coax cable 75 ohms,和 Digital video twisted pair cable 100 ~ 120 ohms,來擔當廣電數位視頻和類比視頻的重任。

還有一個筆者最感興趣的 Radio frequencyRF,原來此種 cable 的特性阻抗為 50 ohms。實務上最大功率移轉發生在 30 ohms,而承受最大電壓在 60 ohms50 ohms,一樣是一個高電壓與功率傳輸間的最佳妥協選擇。

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