USB-microUSB Anker VS Blitzwolf – красивые, экранированные, метровые. Закон Г.Ома: теория и практика

Опубликовал | 22.12.2017

Не уверен, что эта писанина ко двору на данном ресурсе.
Да и ладно – хоть какая-то развлекуха для почтеннейшей публики. Ну не век же этому опусу валяться в черновиках.
Сразу предупреждаю:
1) кабели – лишь повод для поговорить о наболевшем;
2) кабели экранированные, как следствие — жесткие. И многим это не нравится.
Зато — живучие и отлично проводят электрический ток. И многим это нравится.

Далее рассказка как про сами «кабелЯ», так и про методики их тестирования по главному параметру — общей электропроводности (или сопротивлению). Вобщем-то банальные вещи, но может кому-то окажутся полезными при подготовке материала собственного обзора или для понимания адекватности информации, изложенной в обзорах такого рода.

Круг Первый. С чего вдруг?

Причин для написания этого материала было несколько. А именно две.

Причина номер раз.
Так случилось, что автор за последние 3 года покупал кабели USB-microUSB много и часто, как по одному, так и в наборах по 4-5 шт (Аукей, Тронсмарт). И для себя, и для родственников, и для знакомых. И немалая часть из купленного в конце концов или «сдохла» (вообще перестало проводить ток), или «запаршивела» (давали сильную просадку по напряжению и контроллеры «умных» гаджетов ограничивали ток заряда до 0.4-0.5А). Счастливым исключением из этого явилась пара экранированных кабелей от Anker, длиной 3 фута. За год практически ежедневного (часто многочасового) использования в быту и при подготовке материалов для обзоров, они не потеряли своих полезных качеств и служили эталонами («на 100% правильными») в ряде спорных ситуаций. Ну, разве что подвытерлись логотипы на пластиковых корпусах коннекторов. Один из них я ниже продемонстрирую, а второй продолжает неустанно трудиться у хорошего знакомого, ибо с полгода тому как был подарен в порыве щедрости.
Ну, это просто автор так думает (скорее интуитивно чует), что эти самые Анкеры хорошие, а остальные под вопросом. Скорее всего, все совершенно не так. Ибо, интуиция – она такая интуиция…

Так вот, в июле сего года решил я-таки заказать еще несколько кабелей, ибо домашние добивали имеющиеся, друзьям-знакомым нет-нет а приходилось презентовать (ибо они в этих делах ни бум-бум) и в ход пошли тайные нычки из наборов…
Решил раскошелится на пару Анкеров, полностью идентичных прошлогодним. Но в официальном магазине по более-менее адекватной цене (305 руб. или 4.99 USD, доставка тогда была бесплатной) был только один. Его и заказал 11.07.17. Продавец тут же сделал отметку об отправке (автоматом!). А через пару дней пришло сообщение, что мол этот товар на складе временно отсутствует (ложь, ибо эти шнурки в магазине были и продавались в соседних лотах, но по «немного» иной цене ~8 USD). В качестве альтернативы мне предложили выслать «почти такой же, просто без оплетки» черный кабелек типа этого, который на 15 руб. дороже, но доплаты никакой не нужно, ибо это проявление невероятной китайской щедрости. Особый цинизм заключался в том, что за 2 дня до этого, на момент заказа сабжевого красного, тот черный кабелек у них был выставлен за 230 руб с бесплатной доставкой, а тут ВДРУГ стал стоить 320. Я это хорошо запомнил, потому как выбирал между покупкой пары черных (их было навалом) и единственного (в остатке) красного. Вот такой цыганский подход у Анкера к продажам на Али и, соответственно, отношение к клиенту… Я накатал огромное гневное послание на великом и могучем, но гуль-переводчик не смог адекватно перевести большинство фразеологизмов и семантических оборотов — а их было там около 80% по объему. Поэтому пришлось быть кратким: идите в сад, ежей на переправе не меняют, проводил до подъезда — женись сделали отметку об отправке — так высылайте красный, ну или как минимум 2 черных, да побыстрее — иначе обращусь в ООН, Гаагу и к правительству КНР настучу администрации Али. Цыгане из Анкера затихорились. Причем, было совершенно непонятно, будут ли они вообще когда-нибудь что-либо высылать.
Прошло около месяца. И тут, 08.08.17, опять появляется тот лот с красным кабелем, 4.99 USD, доставка бесплатная. Мне уже стало интересно :)… и я сделал заказ на еще один кабель. Ибо битому неймется, наступание на грабли — национальная забава, поиски приключений — наше все.

Как всегда — отметка об отправке через несколько часов (автоматом). Но на этот раз цыгане промолчали…
В конце августа позвонил мой знакомый (тот, кому был подарен второй Анкер) и радостно сообщил, что нашел на eBay точь в точь такой же красный Анкер, только маркированный по другому, цена дешевле на треть (~200-210 руб). Он заказал два, один — мне. Я грустно усмехнулся — подделка? Да ладно, все равно задарма. Ну, насколько оно «точь в точь» нам еще предстоит выяснить, но по картинкам да, весьма похожи…
Посылки мы получали в один день (09.09.17), но на разных концах города — по месту жительства. Он — пару Blitzwolf-ов. Я — пару Anker-ов в двух отдельных посылках.
Ссылка на лот Blitzwolf-а приведена в заголовке обзора. Китаец поднял цену почти в 3(!) раза. Но поиск по мин. цене на Ebay и Aliexpress пока никто не отменял. ;)

Причина номер два.
Обозревание товаров на всяко-разных ресурсах превратилось в повальное увлечение. А для некоторых и даже статьей дохода — вспомним тот же самый YouTube. Обозревают все кому не лень, все подряд и кто во что горазд. Особой популярностью лайко-электората пользуются обзоры, в которых авторы не только рассказывают, что им понравилось (или не понравилось), но и приводят какие-то численные значения, полученные посредством неких штуковин, (как правило) купленных на бескрайних просторах интернет-магазинов. Некоторые из этих цифропоказывающих устройств могут быть отнесены к приборам, но большая часть из них являются показометрами, не прошедшими даже элементарной калибровки. Не минула чаша сия и обзорщиков кабелей питания для гаджетов.
Во второй (основной) части повествования автор и его научный консультант (доктор арифметических наук, профессор кафедры прикладной школьной физики Капитан Капитанович Очевидность, далее — К.К.О.) изложат соображения по этому поводу, не претендуя при этом на их абсолютную/безальтернативную истинность. А так же представят экспериментальные результаты применения различных цифропоказывающих устройств, схем измерения и методов расчета.

Одно до сих пор непонятно автору: все эти продолговатые объяснения и повторение прописных истин – оно вообще будет кому-нибудь нужно?
Ибо, караван лает – собака идет. Шутка юмора.

Круг Второй. Anker vs Blitzwolf — осматриваем, меряем, взвешиваем…

Кабели пришли в индивидуальных картонных коробочках. Обернутые липучкой и с тонкими макулатурками.

Коробки от Anker-ов выглядят повеселее. Зато коробка от Blitzwolf была запаяна в тонкий прозрачный полиэтилен — на предмет защиты от попадания влаги в ходе длительного хранения или перемещений между перевалочными пунктами с весьма разным климатом. Измерения длины (L) были сделаны так, как изображено на рисунке (мне кажется, что это единственно логичный способ):

И что оказалось — продолговатость у Blitzwolf ровно 100 см, как и написано на коробке. А вот у Anker-а заявленные 90 см могут быть и 90.5 см, и 87.5 см.;)
Все замеры приведены в табличке.

Фотки на весах
Anker новый №1

Anker новый №2

Anker б/у

Blitzwolf

Если коротенько: Blitzwolf на 10% длиннее, на 7% тоньше и на несколько граммов легче. Все предпосылки к тому, что Анкеры порвут МолниеВолка по электропроводности как тузики … Но всему свое время.
И еще один момент — у «новых» Анкеров отсутствует логотип на пластмасске со стороны microUSB. Справа — один из «новых»:

Круг Третий. Закон Ома для участка цепи

На самом деле, единственно важным электрофизическим параметром любого кабеля, предназначенного для зарядки всяко-разных устройств, является его общее сопротивление R. Которое есть сумма сопротивлений 2-х многожильных проводков в изоляции, контактов этих проводков с ламелями внутри разъемов, самих ламелей и плохопроводящей гадости на поверхности этих ламелей — это оксиды естественного происхождения, взращенные металлическими поверхностями ввиду наличия химического сродства к кислороду и всяко-разная грязь. Оксидные пленки и грязь на поверхности соприкасающихся ламелей обуславливают т.н. переходное сопротивление контактов, величина которого малопредсказуема из-за многообразия причин порождающих оное и отсутствия какой-либо внятной теории по этому поводу… Короче, в эти дебри мы не полезем и пока будем считать, что все контакты в контактных группах более-менее вменяемые. Другими словами: пока предположим, что вклад переходного сопротивления в суммарное сопротивление исследуемого участка цепи не превышает нескольких процентов.

А определять это самое R мы будем по закону Ома…
К.К.О. «и-равно-у-на-эр»: I=U/R,
где I — сила тока (ампер, А), U — напряжение (вольт, В), R — сопротивление (ом, Ом).
К.К.О. Закон Ома предполагает линейную зависимость силы тока от напряжения, что и показано на рис. 1а.

К.К.О. Зависимость I=f(U) в физике называется ВАХ.

Про ВАХ, Георга Ома и про то, как легко получаются простенькие законы
По приданию, один из предков Ома был выходцем с Кавказа. Поэтому, когда Георгий (нем. — Георг) экспериментально определил линейную зависимость тока от напряжения, он невольно воскликнул «Вах!!!». Этот громкий возглас услышали его многочисленные дети, жена, прочие домочадцы, полторы сотни ушей прислуги и лаборантов. А потом этот исторический факт был отражен в их мемуарах. Про то, как их отец (муж, добрый и щедрый хозяин), всемирно признанный ученый в стенах своей супер навороченной лаборатории (одних Агилентов с Тектрониксами там было больше десятка, а ФлюкОв – как собак нерезанных) открыл-таки закон имени себя…

На самом деле, все, что написано выше – редкостная шутка юмора. Автор искрометно петросянит.

Одно оправдывает автора — петросянит с печалью в очах.
Вот более-менее адекватный материал о сложной судьбе Ома. Не было у Георга ни семьи, ни детей. Не было ни материальных средств, что бы их завести, ни времени – ибо только наука, да работа преподом. Бедность и полное непонимание современников на родине. С точки зрения нонешнего «эффективного менеджера», да и вообще любого потреблятора, Ом был типичным неудачником от слова «неуд». С вариантом на лоха пасмурного. Но если бы все было с точностью до наоборот (см. выше вариант с «Вах!»), еще неизвестно стал бы Георг тем самым Великим Омом для нас… Что то мне подсказывает, что нет.;)
Теперь, по поводу открытия столь «простого» закона. Представьте себе ситуацию: электрические токи вроде как известны (типа, есть такое явление), но что это и как с этим работать вообще непонятно. Электроизмерительное оборудование отсутствует как класс. Ибо мерить-то нечего. Для электрических явлений нет определений «сила тока», «напряжение», «сопротивление», «ЭДС». Зато есть пространные рассуждения о неком неуловимо эфемерном, непонятном и трансцендентном. Короче, «вещь-в-себе», ежели по Канту (про которого все слышали, но никто не читал, так же как и Фрейда, Ницше, Гегеля…). Вот и получается, что для открытия закона имени себя, Ому было нужно придумать все, чего не доставало, дать точные формулировки оному, а заодно сделать и довести до ума один из первых электроизмерителей (гальванометр).

Ну и как квинтэссенция – все это дело запитать от … термопары.
Кто из нас способен на такие подвиги? Не надо отвечать — оно и так понятно.;)

Если температура не меняется и переходное сопротивление контактов пренебрежимо мало, ВАХ для наших «шнурков» должна выглядеть как на рис.1а. А где же там R? Да все очень просто (объясняют К.К.О. и учебник физики): 1/R есть тангенс угла наклона прямой относительно оси «Х»… Вас это устраивает? Лично меня – нет. Ибо ничего не понятно. И не наглядно.
И вообще, мне не шибко интересен геометрический смысл сопротивления кабеля на ВАХ. Мне хочется экспериментально определить это самое сопротивление. И определить по возможности более-менее корректно. И что бы все это выглядело максимально понятно да наглядно. Наверное, будет куда логичнее попытаться получить нечто похожее на прямую как на рис.1б. Ибо R — это константа (по определению). И то, насколько хорошо экспериментально полученные значения сопротивления лягут на прямую, параллельную оси абсцисс, настолько это будет показателем их «метрологического качества».
(Примечание: на самом деле, не все так радужно — всегда есть опасность т.н. систематической ошибки. При этом прямая на рис.1б сдвинется по вертикали. Вверх или вниз.)

И вот теперь самое главное.
К.К.О.: в формуле I=U/R напряжение U — это разность потенциалов на концах проводника (или участка цепи): U=U1-U2 .
К.К.О.: абсолютное значение электрического потенциала (и вообще любого потенциала) измерить невозможно. Можно померить только разность потенциалов.
А для определения R кабеля нам было бы желательно соорудить примерно такое:

К.К.О. Амперметр можно воткнуть в цепь последовательно в любом удобном месте, ибо при отсутствии разветвлений сила постоянного тока на всех участках (и их сечениях) одинакова (следствие закона сохранения электрического заряда).
Вольтметр — ну, примерно так, как на рисунке. Только сделать это надо два раза, для двух проводков — по одному из них эл.ток идет в одном направлении, а по другому — в противоположном.***
***Примечание№1 Предложение подчеркнуто, т.к. обязательно найдутся смотрящие обзоры по диагонали — только рисунки, не вникая в текст. Автор сам таким грешит с завидной регулярностью, потому и знает.;)
***Примечание№2. Нарисовать более понятно – не хватает ни сообразительности ни таланта.

Собственно, к такой схеме подключения в конце концов пришел ув.2gusia и у него что-то начало получаться. Возможно, такой прямолинейный поход и есть наиболее правильное решение проблемы определения сопротивления кабелей питания. Осталось «подтянуть метрологию» — заменить (или хотя бы откалибровать) показометры и повысить их разрядность (т.е. всеж-таки заменить). В любом случае, настойчивость с которой ув.2gusia продвигался к намеченной цели не может не вызывать уважения.
Но мы пойдем другим путем — более сложным и витиеватым. Будем создавать себе трудности и мужественно преодолевать оные. Ибо так и интереснее и полезнее. И не только для общего развития, но и для понимания почему так можно (при соблюдении ряда условий), а так лучше не надо. Кроме того, сверхзадачей данной работы является не одиночный замер на максимальном токе и с неизвестной погрешностью (как у ув.2gusia), а получение кривой R=f(I).

А для начала нарисуем простенькую блок-схему, которая нам далее еще пригодится.
Когда возникнет необходимость, вот так будем изображать USB-мультиметр, он же – «USB-тестер», он же – «USB-доктор»:

На схеме отсутствуют линии передачи данных (D+ и D-), они проходят «на сквозную».
Rtest – эквивалентное сопротивление USB-тестера. Что такое эквивалентное сопротивление будет объяснено ниже.

Круг Четвертый. Не было у человека печали — купил он Белого Доктора и ДЗГ

Начнем с классики жанра, а именно всенародно любимого USB-мультиметра kcx-017 («Белый Доктор») и не менее всенародно любимой резистивной нагрузки класса «зеленые гусеницы». Если этих гусениц две (бывает еще 4), то «две зеленые гусеницы» или ДЗГ.

Благодаря сдержанно-положительному тону серьезного исследования от ув. ksiman, эта чудная парочка до сих пор весьма популярна в широких массах «универсальных» тестировщиков: «оба устройства годные, но имеющие особенности и незначительные недостатки, описанные выше [в обзоре ksiman]» ©.
Берем, к примеру, тот же кабель Blitzwolf и пытаемся сделать замеры, необходимые для расчета его общего сопротивления. В качестве блока питания пока пробуем использовать нечто, из области «мое многократно проверенное зарядное устройство (ЗУ) или просто зарядка». Вот, что оказалось у меня под рукой. Точнее, на расстоянии вытянутой руки.

По первоначалу кажется, что оно было бы очень здорово, если бы цепь для замера сопротивления кабеля выглядела как на рис.4, вариант «А».

А что, в цепи 2 вольтметра (U1, U2) и 2 амперметра (I1, I2).
(U1-U2)/I1=R или (U1-U2)/I2=R, т.к. I1= I2 по определению (правда, про это «доктора» могут не знать и показывать разные циферки…).
Но тут возникает первая заковыка: нужно 2 USB-тестера, а у нас он один.
Ладно, будем мерить в 2 этапа. В варианте «B» — ток и U1. В варианте «С» — ток и U2. Ток в обоих вариантах должен быть одинаков.
И тут, следующий затык: вариант «С» вполне себе реализуем, ибо у Белого Доктора два входа, один из которых — microUSB (это его единственное достоинство). А вот в варианте «B» нужно состыковать microUSB(папа) исследуемого кабеля с USB(папа) нагрузки. Наверное, есть нагрузки со входом microUSB, просто я пока с такими не встречался.
Три варианта решения.
1) Использовать переходник microUSB(мама)-USB(мама) {это будет рассмотрено позже}.
2) Подключение в варианте «B» не использовать. Сделать замер по варианту «С», и только. При этом забить на это самое R. И провести рассуждения относительно некого падения напряжения на проводе {так поступает немало обзорщиков на бескрайних просторах И-нета}.
3) Сделать замеры в вариантах «С» и «D» и все-таки попробовать определить R.

Пока предлагаю выбрать третий вариант. Посмотрим, что получится.

Как это выглядит а-натюрель (живьем):

Результаты замеров приведены в таблице.

Давайте внимательно посмотрим на цифры, приведенные в таблице и попробуем оттуда вытянуть значение R для Blitzwolf-а…
Лично я — пас. Потому как тупой и без фантазии.
Но для более сообразительных оставлена крайняя правая колонка.

Причин, порождающих странности, присутствующие в таблице 1, как минимум три:
1) «обычная зарядка» не является источником постоянного напряжения;
2) у kcx-017 один из входных портов висит на проводе, имеющим (пока) неизвестное сопротивление;
3) «белый доктор», всеж-таки не прибор, а показометр.
Далее, шаг за шагом (круг за кругом) эти проблемы будут последовательно устранятся.

Круг Пятый. Заменяем «зарядку» на источник постоянного напряжения

В электротехнике есть пара интересных понятий: идеальный источник ЭДС (или — постоянного напряжения) и идеальный источник тока. В первом случае напряжение источника питания не зависит от тока во внешней цепи (рис.5а). Во втором — константой является ток (рис.5б).

Эти 2 режима реализованы в любом лабораторном источнике питания, который часто называют ЛБП (лабораторный блок питания). Кроме того, ЛБП являются регулируемыми — т.е. есть возможность выбора значения стабилизированного параметра. Тут ликбез по ЛБП, ну или с уклоном в радиолюбительство Ю.Ревич «Занимательная электроника».
Нас интересует стабилизация по напряжению. В качестве БП будем использовать ЛБП Corad 3005. Просто иного не оказалось рядом. Но в принципе подошел бы любой другой, даже нерегулируемый, но дающий стабилизированное напряжение около 5В. Можно и другое, лишь бы USB-мультиметр нормально работал в этом диапазоне.
На фото — ЛБП Corad 3005.

Обратите внимание на то, что я называю «USB-отвод» (как эту «соплю» назвать по другому – даже не знаю). Сия штуковина предполагалась как нечто временное. Была собрана-спаяна из того, что оказалось под рукой, сразу же после покупки «Корада». Да так и прижилась. Помните поговорку про «временное-постоянное»? Дополнительное сопротивление (Rs), которое обусловлено этим «отводом» пока незвестно, но далее мы его определим.
==========
Итак, будем делать замеры в двух вариантах цепи: «D» и «C» (рис.3). Но для лучшего понимания чего и как посмотрите на две схемки на следующем рисунке. Это те же «D» (рис.6а) и «C» (рис.6б), но изображенные так, что бы можно было применить закон Ома.

Пояснения к рисунку.
1) «Стрелочками» тут обозначены контактные соединения разъемного типа (штекер-гнездо) по ГОСТ 2.755-87. Я сильно не уверен, что для USB так рисовать правильно, ну да ладно.
2) Буквой «R» обозначены эквивалентные сопротивления: Rн — нагрузки, Rtest — USB-мультиметра, Rs — USB-отвода от БП, R — изучаемого кабеля.

Что такое эквивалентное сопротивление?
Эквивалентное сопротивление — замена части схемы (из неких элементов, и не обязательно резисторов) виртуальным резистором, имеющим сопротивление, равное таковому для этого участка цепи.
По другому: если нам наплевать, чего там и как внутри какого-либо устройства или кусочка электрической цепи, а интересует только падение напряжения между входом и выходом (зачем – будет объяснено чуть ниже) и линейная зависимость тока от напряжения более-менее соблюдается, то для применения закона Ома все, что между входом и выходом – это как бы резистор с сопротивлением Rэкв.
Примеры.
К.К.О. Для двух резисторов, соединенных последовательно: Rэкв = R1+R2.
К.К.О. Для двух резисторов, соединенных параллельно: Rэкв = R1хR2/(R1+R2).
Пример. Для двух «зеленых гусениц» на максимальном токе (там два резистора по 5.14 Ом, соединенных параллельно): Rэкв = R1хR2/(R1+R2) = 5.14х5.14/(5.14+5.14) = 2.57 Ом

В любом учебнике по электротехнике можно прочитать, что на участке цепи, имеющем активное сопротивление, происходит падение напряжения. При этих словах даже всегда невозмутимый К.К.О внезапно усмехнулся и чуть не подавился пивом, ибо это не просто очевидность, а очевидная очевидность
А суммарное падение напряжения в нашем случае равно ЭДС источника постоянного напряжения U0 (внутреннее сопротивление такого источника формально равно нулю). Для цепей на рисунках 6а и 6б можно записать:

[для 6а] U0 = U1[Rн] + U1[Rtest] + U1[Rs]
[для 6б] U0 = U2[Rн] + U2[Rtest] + U2[Rs] + U2[R]

Далее: в режиме вопрос-ответ.
1) Почему в этих уравнениях не учтены сопротивления амперметра и вольтмера?
На самом деле, сопротивления и вольтметра, и амперметра (токового шунта) уже учтены – это часть эквивалентного Rtest.
2) Почему падения напряжения на одинаковых элементах в цепи «6а» и цепи «6б» разные?
Потому что общее сопротивление этих цепей разное (отличается на величину R). Как следствие: токи, протекающие в этих цепях тоже разные: I1 и I2.
3) Что показывает вольтметр USB-мультиметра?
Он показывает падение напряжения на участке Rн — Rtest:
U1 = U1[Rн] + U1[Rtest]
U2 = U2[Rн] + U2[Rtest]
А значит, можно записать:
[для 6а] U0 = U1 + U1[Rs]
[для 6б] U0 = U2 + U2[Rs] + U2[R]
4) Зачем все это нужно?
А чтобы корректно посчитать R кабеля.

Расчет выполняется в 3 этапа.
*) Находим Rs.
Для этого используются: U0, U1, I1 ( цепь «6а»). Падение напряжения на участке с сопротивлением Rs есть U1[Rs] = U0 — U1. А по закону Ома:
Rs = (U0 – U1)/I1
**) Находим Rall = Rs + R.
Для этого используются: U0, U2, I2 ( цепь «6б»). Падение напряжения на участке с сопротивлением Rs + R есть U2[Rs] + U2[R] = U0 – U2. По закону Ома:
Rall = Rs + R = (U0 – U2)/I2
***) Находим R.
R = Rall — Rs
Профит.

Примечание #1. При использовании электронных нагрузок есть возможность принудительно задавать одинаковое значение силы тока (Iconst) для цепей 6а и 6б. В этом случае расчет можно существенно упростить до одного арифметического действия:
R = (U1 – U2)/Iconst
Но в случае ДЗГ и прочих резистивных нагрузок такой халявы не будет, ибо вместо Iconst вдруг появятся I1 и I2. И здравствуй, расчет в 3 этапа.

Примечание #2. На что следует обратить внимание, если речь идет об изменении малых величин показометрами?
—Как будет показано ниже, хороший метровый кабель имеет сопротивление ~0.1 Ом. При токе 1А падение напряжения на таком кабеле (по закону Ома;)) U = I x R = 1А х 0.1Ом = 0.1В. Все (или теперь — почти все) недорогие «USB-докторА» имеют на борту трехразрядный вольтметр (и аналогичный амперметр) формата Х.ХХ. В крайнем правом разряде они, как правило, врут. Все по-разному и совершенно непредсказуемо, даже внутри одной серии, от экземпляра к экземпляру – см. исследование ув. kirich. Но за счет того что используются не сами показания показометров, а разности (U0 – U1) и (U0 – U2) этот эффект сильно нивелируется и на него можно пока закрыть глаза. Фишка в другом: в интервале ]0.00;0.10] всего 10 значений: 0.01, 0.02, …, 0.09, 0.10. Поэтому ошибка измерения каждой из разностей (U0 – U1) и (U0 – U2) в 0.01В или 0.02В может привести к ошибке определения R в 40% или 80% (т.к. в расчетах используются две разности). Откуда же берутся эти самые 0.01В или 0.02В? Наверное, многие замечали, что показания вольтметра USB-докторов как правило «скачут» на 1-2 цифры в крайнем правом знаке. Что, в общем-то обычное дело для цифровых измерителей. Так, на трех «Белых докторах», с которыми мне приходилось иметь дело, этот «проскок» в интервале 4-5В обычно составлял 0.02В.
—Теперь по показаниям амперметров USB-показометров. Просто цитата из упомянутого выше исследования ув. kirich:

Чтобы не всматриваться в показания, скажу коротко, разброс при токе в 1 Ампер составляет 0.95-1.13 Ампера, при токе в 2 Ампера — 1.97-2.38.

То есть, у 15 пациентов одной модели, выпущенных на одной производственной линии и (возможно) в один день и час ошибка по току доходила до 13% (1А) и 19% (2А). А кто сказал, что это предел? Напомню, в вышеприведенных расчетах используется абсолютное значение силы тока, а не разность. Что только усиливает печаль…
—А вот теперь вопрос: ежели ошибка в определении величины может составить 50-70-100%, можно ли такой результат считать количественным? Ну или, хотя бы, полуколичественным?

Ладно, поехали дальше. Теперь попробуем все вышесказанное применить на практике.

Для сравнения, по точно такой же методике были проведены замеры, где kcx-017 был заменен на ZY1270.

Результаты представлены в таблице.

Если верить тому, что дает ZY1270, то общее сопротивление Blitzwolf-а около 0.115 Ом.
А что же мы «намеряли» посредством kcx-017? Сдается мне, это не само сопротивление Blitzwolf, а разность между сопротивлением Blitzwolf и провода, на котором «висит» USB-порт kcx-017. Если бы электроводность Blitzwolf-а оказалась чуть больше, то эта разность могла оказаться величиной отрицательной…
Вывод: применительно к задаче определения сопротивления кабелей kcx-017 пока следует отложить в сторону. До существенной переделки или хотя бы замера сопротивления этого самого «USB-отвода». Хотя и это мало что даст — см. выше пространные рассуждения относительно применимости «докторов» формата Х.ХХ (Примечание #2).

В принципе, можно остановится прямо здесь. Получена оценка сопротивления кабеля (0.115 Ом). Но корректность определения величины R как некой постоянной для данного объекта пока под вопросом. Ибо определено только при двух значениях силы тока.

Кому уже поднадоело и хочется глянуть, что же получилось в конце концов — могут пропустить круг Шестой и сразу пререйти в круг Седьмой.

Круг Шестой. Заменяем резистивную нагрузку на простейшую электронную

Далее можно заменить резистивную нагрузку на электронную. Какую-нибудь простенькую, недорогую и проверенную. Типа такой:

Причин для замены, собственно, три:
— тысячекратно меньшая вероятность получить термический ожог (искрометная шутка юмора, но с намеком на толстое обстоятельство аки особенность нагрузок типа ДЗГ);
— возможность сделать замеры не на 2-х значениях силы тока;
— возможность выставить произвольные значения силы тока;
— принципиальная возможность расчета сопротивления кабеля по упрощенной формуле R = (U1 – U2)/Iconst.
В данном случае было выбрано 5 значений силы тока от 0 до 2 А с шагом 0.5А. Но можно было идти с более мелким шагом и получить некое подобие кривой R=f(I). Только вот вручную это делать не особо удобно.

Оценка сопротивления Blitzwolf-а 0.117±0.002 Ом замечательно коррелирует с таковой из предыдущего пункта (0.115 Ом).
В табл.3 представлена трехэтапная схема расчета. Но так как величины силы тока в парных замерах тут внезапно очень близки (нудная ручная регулировка), то можно было посчитать и по упрощенной схеме R = (U1 – U2)/Iconst. Вот что при этом получается:
0.500А — 0.120 Ом
1.000А — 0.116 Ом
1.500А — 0.117 Ом
2.000А — 0.118 Ом
Среднее: 0.118 Ом

Круг Седьмой. Как померить «по-взрослому» или Из пушки – по воробьям

Не прошло и пол года, и мы дошли до квинтэссенции данного опуса — меняем простейшую электронную нагрузку на более продвинутую, с возможностью записи в файл на компьютере. И такая нагрузка нашлась:ZKE ebd-usb+

На самом деле, ZKE ebd-usb+ не такая уж плохая измерялка и далеко не показометр
Намерил на своем экземпляре:


По поводу второй таблички — в расчетах используется не абсолютные значения напряжений, а их разности. Что сильно нивелирует наличие систематической погрешности.

Только вот ведь незадача — что бы замкнуть цепь нужен переходник microUSB(мама)-USB(мама). И такой переходник нашелся:


Делаем замеры для всех красных экранированных кабелей: Blitzwolf-а и 3-х Anker-ов.
Методики замеров и расчетов все те же (они не меняются в ходе всего повествования). Здесь прекрасно работает упрощенная схема расчета R = (U1 – U2)/Iconst, ибо соблюдены все необходимые условия. Нагрузка работает в режиме «лесенка», до боли знакомой постоянным читателям mysku.ru.
Вот «лесенка» при отсутствии какого-либо из изучаемых кабелей, т.е. для USB-отвода (на фото чуть выше такое подключение изображено слева):

Аналогичные «лесенки» далее снимались с Blitzwolf-ом и Anker-ами (конфиг на фото справа).
Каждая «ступенька» этих «лесенок» — будущая точка на соответствующей кривой R=f(I). Она получалась как разность R=Rx-Rc, где Rc — сопротивление цепи без кабеля при данном значении силы тока, а Rx — сопротивление цепи с кабелем (при той же силе тока). Наличие переходника microUSB(мама)-USB(мама) пока никак не учтено, т.е. его сопротивление пока предполагается пренебрежимо малым. Данные из файлов данных были перенесены в таблицу Эксель и в конце-концов получилась такая картинка:

Следует обратить внимание на 2 момента.

Момент №1
Малые токи (меньше 0.5А) —> малые изменения напряжения —> делим две малые величины (разность напряжений и ток), имеющие заметные относительные погрешности —> здравствуй, разброс точек в самом начале «почти прямой» R=f(I)…
Момент №2
Измеренное сопротивление Blitzwolf оказалось в 1.5 раза больше, чем в круге Пятом и круге Шестом. А с чего вдруг? Мама мия: переходник (редиска)! Вроде бы и мелкий шпрот, а внес такую ошибку в измерения (вскрытие чуть ниже показало причину).
Но перед трепанацией определим жирность шпрота сопротивление переходника, сделав 5 замеров как в круге Шестом с тем же кабелем и данным переходником.

Что и требовалось доказать: шпрот достаточно упитанный 68 мОм и это надо учитывать при определении сопротивления кабелей, когда оно мало. Под спойлером — вскрытие переходника:

Переходник внутри
Фото получилось не очень, поэтому поясню: китайцы взяли тонюсенькие проводки в изоляции и залили их белый пластик. Забавно, что по длине те проводки взяты с запасом. Если провести их напрямую, длина каждого уменьшилась бы раза в полтора. Т.е. общее сопротивление по двум проводам линии питания было дополнительно увеличено еще в 1.5 раза (при неизменном убогом сечении).

Теперь, с учетом поправки, все это выглядит так:

Здесь добавлены еще две кривые:
верхняя: зависимость для USB-отвода, который короче исследуемых кабелей в 3 раза, но при этом имеет сопротивление почти в 2 раза больше оных — т.е. удельное сопротивление «сопли» примерно в 6 раз больше;
нижняя: пересчет кривой для «Волка» так, что бы длина его была аналогична таковой у Анкеров.

Верхняя кривая добавлена, что бы показать уровень «хорошести» обозреваемых кабелей. Но сей факт можно проиллюстрировать еще более наглядно. Берем пару метровых «шнурков» средней паршивости. К примеру, вот эти:

Не, ну электричество-то они проводят. Но без фанатизма. Что приводит к заметному падению напряжения. Новомодные ЗУ, которые под нагрузкой задирают выходное напряжение до 5.2-5.3В тут оказываются более чем к месту:).

Вот если не заниматься ловлей блох, можно сказать, что 4 обозреваемых кабеля имеют практически одинаковую электропроводимость и с точки зрения конечного пользователя эквибанальны. Но об этом будет разговор в заключительном, Восьмом круге этого поразительно краткого и удивительно увлекательного повествования.
На картинке выше меня несколько удивил вид кривой для «серого полосатого, 94 см». Я подумал — что-то пошло не так, надо повторить эксперимент. И повторил — отличия минимальны, характер кривой не изменился. Я пожал плечами и плюнул на это дело… Через пару дней вдруг вспомнил: а у меня д.б. еще один такой же. Я их не покупал, мне их высылали китайцы в качестве сувенира при покупке всяко-разных ZNTER-ов. Причем, не один раз. Вскоре второй «серый полосатый» был найден на дне ящика с кабелями. Его длина оказалась 97 см. Но не суть, лучше гляньте на картинку;)

Однако, опять получилось нечто подобное, но в более гипертрофированной форме. Никакого рационального объяснения я пока не нашел.

Круг Восьмой. Попытка скоропалительных выводов и мудрое заключение

Так все-таки: кабели какого вендора лучше? Хочется сказать, что от Blitzwolf (с учетом длины) чуть лучше, правда совсем «чуть». Но можно ли это сделать на основании экспериментов с одним экземпляром этой модели? А вдруг он оказался аномально удачным? Посмотрите, какой разброс у трех Анкеров.
Ну, а для тех, кого я так и не убедил, у меня есть рояль в кустах.
Дело в том, что через неделю (или две?) после получения картинки, на которой МолниеВолк «чуть лучше» я повторил измерения для Blitzwolf. Цепь потом разобрал и собрал по-новой. И еще раз повторил замеры в автоматическом режиме. На рисунке появилось еще два синих графика:

И где тут теперь «чуть лучше»? Куда оно делось?:)
На самом деле, предлагаемая метОда измерений избыточно информативна. Она «чувствует» то, от чего автор попытался откреститься еще в самом начале обзора. Это великое и ужасное Переходное Сопротивление Контактов (ПСК) — самая мрачная и непредсказуемая область практической проктологии электротехники… Если маленько перефразировать набившее оскомину «Электроника — это наука о контактах», то я бы сказал что «Электротехника — это наука о том, почему при любой возможности нужно или паять или варить».
Есть мнение, что полученные в процессе подготовки материала для обзора оценки сопротивления кабеля Blitzwolf ~0.10… 0.115… 0.117 Ом тоже проявление происков этого самого переходного сопротивления.
Что как бы намекает: в обозренных ипостасях значения ПСК могут достигать (как минимум) 0.02 Ом. Другими словами — случайная погрешность (или — неопределенность) как минимум 0.02 Ом — это то, с чем следует смириться для измерений такого рода. С использованием приборов и материалов, которые использовал автор.

Единственный способ снизить ошибку определения величины R на фоне ПСК, который приходит на ум, — это многократные независимые повторы измерений и статистическая обработка данных. При известном трудолюбии, грамотной подготовке данных (удаление выбросов) и их аккуратной обработке неопределенность оценки R можно уменьшить почти на порядок. Но это если повезет: функция распределения окажется похожа на гауссиану. Или, хотя бы, будет непрерывной и с одним максимумом плотности вероятности.
И об этом следовало бы поговорить в круге Девятом.
Но дальше изводить внимательного читателя у автора больше нет желания.
Ибо далее начинается рутинная научно-исследовательская работа практической направленности. Уровня курсовой в техникуме. А это уже точно никому не интересно и не нужно.
Аминь.
======

Бонус для тех, кто (благодаря автору) вообще ничего не понял:)

Спасибо за внимание.
Если не сложно, указывайте на логические, синтаксические, грамматические ошибки и просто ругайте эту писанину прямо здесь. Автор личку читает редко.

Скоро весна.

Планирую купить 0 Добавить в избранное +4 +4

(c) 2017 Источник материала

Рекламные ссылки