Kaum ein Elektroniklabor kommt ohne sie aus: BNC-Messleitungen gehören zu den wichtigsten Utensilien bei der professionellen Arbeit an elektronischen Schaltungen. Haupteinsatzzweck ist die Messung von Gleich- oder Wechselspannungen mit einem Oszilloskop zur zeitabhängigen Ermittlung der Wellenform und Frequenz. Erfahren Sie hier, wie BNC-Messleitungen aufgebaut sind, für welche Anwendungsbereiche sie sich besonders eignen und wie sie sich von anderen Messleitungen unterscheiden.
Ihren Namen verdanken diese Messleitungen den Steckern oder Buchsen, mit denen die Leitungen abgeschlossen sind. Das „B“ steht für Bajonettverschluss, „N“ und „C“ für Paul Neill und Carl Concelman, den Entwicklern dieses Verbindungselements. Das Besondere an einem Bajonettverschluss ist die schnelle herstell- und lösbare Verbindung von zwei zylindrischen Elementen.
Viele kennen diese Art der Verbindung von Spiegelreflex- oder Systemkameras. Hier wir das Objektiv ebenfalls durch einen Bajonettverschluss mit dem Kameragehäuse verbunden. Allerdings muss dazu zunächst ein Knopf am Gehäuse gedrückt werden. Bei BNC-Steckern- und Buchsen übernimmt die Verschlussfunktion eine kleine Feder im Stecker: Beim Einstecken ist zunächst eine Kerbe am Stecker an die Nase an der Buchse auszurichten, dann wird der Stecker gegen den Widerstand der Feder hineingedrückt und mit einer Vierteldrehung der Rändelmutter fixiert.
BNC-Stecker beziehungsweise -Buchsen werden am häufigsten in 50- und 75-Ohm-Versionen hergestellt, angepasst an Kabeln mit dem gleichen Wellenwiderstand. Der 75-Ohm-Steckverbinder unterscheidet sich in seinen Abmessungen geringfügig von der 50-Ohm-Variante, trotzdem können die beiden zusammengesteckt werden. Die 50-Ohm-Steckverbinder sind typischerweise für den Einsatz bei Frequenzen bis zu 4 GHz und die 75-Ohm-Variante bis zu 2 GHz spezifiziert.
Die Leitung als solche besteht aus einem Koaxialkabel. Dabei handelt es sich um ein zweipoliges Kabel, dessen Innenleiter durch ein Dielektrikum gegen den Außenleiter abgeschirmt ist. Der Außerleiter ist üblicherweise zweilagig und besteht aus einer dünnen Metallfolie und einer Abschirmung aus Kupferdrahtgeflecht. Größter Vorteil des Koaxkabels: Es schirmt den Innenleiter vor Störstrahlung ab, die über BNC-Messkabel ermittelten Spannungen und Ströme sind daher weitgehend „sauber“.
Die Kombination aus BNC-Steckern und -Buchsen an Koaxialkabeln wurde in den 1980er bis in die 1990er-Jahre übrigens sehr häufig zur Verbindung von Computern in lokalen Netzwerken verwendet. Die populärste Variante war 10BASE2 für ein 10-Mbit-Ethernet-LAN. Die in Reihe geschalteten Computer wurden über T-Adapter miteinander verbunden, die Abschlüsse des Kabelstrangs mussten mit jeweils einem BNC-Abschlusswiderstand terminiert werden, um Reflexionsstörungen zu vermeiden. Komponenten, die auch heute noch bei BNC-Messkabel verwendbar sind.
Die weitaus am meisten verwendete Messleitung enthält an einem Ende einen BNC-Stecker und am anderen Ende eine per Federdruck greifende Prüfspitze und eine isolierte Krokodilklemme. Mit der Klemme lässt sich beispielsweise eine Masseverbindung herstellen und über die Prüfspitze der elektrische Wert einer Schaltung an das Messgerät übertragen. Einige Prüfspitzen besitzen einen speziellen Tastkopf, dessen elektrischer Widerstand per Schalter auf den Faktor 10 einzustellen ist.
Zu finden sind aber auch Messleitungen mit Krokodilklemmen für den Plus- und Minus-Pol, mit Bananensteckern oder IC-Klemmprüfspitzen sowie Messleitungen mit BNC-Steckern an beiden Enden oder einem BNC-Stecker und einer -Buchse. Besonders komfortabel sind in diesem Zusammenhang Messleitungs-Sets, die aus verschiedenen Leitungen mit BNC-Steckern, unterschiedlichen Abgreifkomponenten sowie Adaptern bestehen.
Wie die Bezeichnung schon verrät: BNC-Messleitungen dienen in der Elektronik in erster Linie zur Verbindung von Messgeräten mit Schaltungen beziehungsweise Geräten, deren Messwerte nicht durch Störstrahlung oder elektromagnetische Felder verfälscht werden dürfen. Dazu gehört zum Beispiel die Übertragung schwacher Gleichströme oder niederfrequenter Wechselströme.
Als gängiges Messgerät hat sich das digitale Oszilloskop durchgesetzt, dessen einzelne Kanäle über BNC-Buchsen verfügen. In der Regel ist auch eine Buchse für den Eingang eines externen Trigger-Signals vorhanden. Vor allem in Elektroniklaboren sehr häufig zu finden ist auch ein Funktionsgenerator mit integriertem Frequenzzähler, dessen Ausgänge mit BNC-Buchsen bestückt sind. Für die Einspeisung externer Signale existiert eine weitere Buchse.
FAQ – häufig gestellte Fragen
Welche Anwendungen gibt es noch für BNC-Messleitungen?
Neben dem Messen elektrischer Ströme bewähren sich BNC-Messleitungen als sichere und störunempfindliche Verbindungen beispielsweise in der Rundfunk- und Fernsehtechnik. Dazu zählen insbesondere die Übertragung analoger und digitale Videosignale oder die Speisung von Funkantennen. BNC-Anschlüsse sind aber auch in Aufnahmestudios zu finden. Digitale Aufnahmegeräte nutzen die BNC-Verbindung zur Synchronisation verschiedener Komponenten über die Übertragung von Worldclock-Taktsignalen.
Lassen sich BNC-Messleitungen auch für die Übertragung von Frequenzen über einem Gigahertz verwenden?
Zur einwandfreien Übertragung der Signale sollten statt Kabeln mit BNC-Steckern und -Buchsen Koaxkabel mit F- beziehungsweise TNC-Steckern und -Buchsen verwendet werden. Diese Verbindungselemente sind ähnlich aufgebaut wie BNC-Komponenten, besitzen allerdings keinen Bajonettverschluss, sondern ein Schraubgewinde. F-Stecker eignen sich zur Übertragung von Signalen bis zu einer Frequenz von etwa fünf Gigahertz, bei TNC-Steckverbindern liegt die Grenze sogar bei etwa 18 Gigahertz.
Sollte bei einer BNC-Messleitung eine bestimmte Länge nicht überschritten werden?
Die maximale Länge eines Koaxialkabels – ohne deutliche Einbußen bei der Signalqualität – liegt erfahrungsgemäß bei etwa 100 bis 200 Meter, bis zu 50 Meter sollte eine gut geschirmtes Messleitung einwandfrei funktionieren. In diesen Längenbereichen spielen natürlich die Frequenz des Signals, die elektrische und mechanische Güte der Messleitung und vor allem der Einfluss von Störstrahlung eine bedeutende Rolle.
Macht es Sinn, eine Messleitung selber zusammenzubauen?
Theoretisch ist dies natürlich möglich, Voraussetzungen ist allerdings das richtige Werkzeug, in erster Linie die zum Kabeldurchmesser passende Crimpzange. Fehlt die Erfahrung beim Crimpen kann es allerdings passieren, dass sich das Dielektrikum verformt und zu dünn gequetscht wird. Das hat eine Verringerung des Wellenwiderstands zur Folge, die Signalqualität nimmt ab. Wenn eine längere Messleitung als die standardisierte Länge von 10 Meter benötigt wird, sollte man mehrere fertig konfektionierte Kabel mit BNC-Kupplungen miteinander verbinden.