Differenztastkopf selber bauen?

[dreadbrain]

Hallo,
Kan man einen Differenztastkopf mit Mitteln für "Otto-Normalverbraucher" nachbauen. Es ist mir klar das die Übertragungsqualität nicht mit einem gekauften vergleichbar ist aber es wäre ja nicht schlecht so ein "Schätzeisen" zu haben.

Hab mir das so vorgestellt:
Am Eingang zwei umschaltbare Spannungsteiler zum Einstellen des Vorteilung( 1:1, 10:1, 100:1).
Danach einen guten Differenzverstärker der die Signale dann auf Eine Amplitude von +-10V bringt.


mfg Benedikt

[Manf]

Welche Bandbreite wird denn benötigt oder angestrebt?
1MHz?, 1GHz?
10V Ausgang für Oszilloskopröhre? Allgemein ist für hohe Frequenzen der Hub etwas groß.
DC Offset?
Manfred

[dreadbrain]

Hallo,
ich dachte mir so 5-10 MHz.
Die Ausgangsspannung war nur mal son Beispiel.
DC Offset braucht man ja eigentlich nicht, oder?
Als max. Eingangsspannung würden mir so +-600V reichen.
mfg Benedikt

[Manf]

Ich frage einfach mal, um das Thema weiterzubringen.
Sollen, dürfen, es einfache, kommerzielle Oszilloskop Tastköpfe als Grundlage sein?
Dann hätte man bei der Konstruktion schon eine Grundlage.
Tastkopf 1/10, kompensierter Eingangsteiler, Umschalter, Verstärker...
Manfred

[dreadbrain]

Hallo,
ich hätte eh vorgehabt es Mithilfe eines Normalen Tastkopfes aufgebaut.
Ich möchte den Tastkopf nur um gefahrlos mit hochliegenden Massepotentialen zu arbeiten.
mfg Benedikt

[shaun]

Wenn Du keinen DC-Offset bezüglich Masse/Erde brauchst, wozu zum Geier brauchst Du dann einen Differenztastkopf? Deutlicher gefragt: welche Gleichtaktspannung möchtest Du zulassen, soll es dabei nur um DC-Offsets gehen oder sollen auch auf einem Wechselpotenzial "floatende" Differenzen gemessen werden können? Wenn Du zB. 0,1V Differenz auf einem 1200Vpp (+/-600V, wie Du selbst forderst) Wechselsignal messen willst - viel Spaß!
Du wirst auch zwei Tastköpfe brauchen, bei den üblichen Exemplaren ist die Isolierung der Masse mit Sicherheit nicht für "hochgelegte" Massepotenziale geeignet!
In einer älteren Elektor war mal eine Schaltung dieser Art, bestand im Großen und Ganzen aus einem Differenzverstärker mit hochohmigen Eingangswiderständen und etwas Kompensationsaufwand.

[dreadbrain]

Hallo,
sorry hab dich falsch verstanden.
Ich dachte das ich eine max. Eingangsspannung von 600Vpp auf den Eingängen haben kann.
Ich möte zum Beispiel die Spannung über einen Shunt im positiven Versorgungszweig eines Verbrauchers mit dem Differenztastkopf messen und gleichzeitig mit dem normalen 2. Kanal am Oszi einen Wert in der Ansteurerung anzeigen. So das ich mit 2 Utnerschiedlich hohen "Massepotentiale" gleichzeitgam Oszi messen kann.
zum Beispiel:
Kanal1:(Differenztastkopf)
Eingang 1: +580Vpp(gegen Masse)
Eingang2: +80Vpp(gegen Masse)
Anzeige am Oszi(Ausgang am Differenztastkopf): +5Vpp(gegen Masse 100:1geteilt)

Kanal2:(normal am oszi)
7Vpp (gegen Masse) sollen direkt auf dem Oszi dargestellt werden

oder Beispiel2:
Kanal1 (differenztastkopf)
Eingang1: 80V=(gegen Masse)
Eingang2:180V=(gegen Masse)
Ausgang: -10V=(gegen Masse 10:1 geteilt)

kannst du evtl. mal die Schaltung im Elektor genauer erklären?

mfg Benedikt

[shaun]

Hmmtja, was gibt's da zu erklären...? Ein Differenzverstärker mit einem hochohmigen und gleichzeitig breitbandigen OPV (das kostet erstmal Geld), bei dem die Widerstände mit Kondensatoren mit Werten im Verhältnis der Widerstandswerte überbrückt sind, wobei die C's parallel zu den Eingangswiderständen (499k waren's glaube ich) mit Trimmer im Picofarad-Bereich überbrückt waren. So hatte das Ding dann differenziell etwa denselben Eingangswiderstand wie ein Oszi. Für einen weiteren Eingangsspannungsbereich kommen dann halt noch kompensierte Teiler wie im Oszi davor, oder man baut das Ding so, dass es 100:1 teilt, kommt dann also zB bis 200Vpp an den Eingängen, Gleich- wie Gegentakt. Für weitere Abschwächung kommen dann 10:1 Tastköpfe an die Eingänge, die ja meist bis 600Vpp isoliert sind - erhöht auch gleich die Sicherheit des Eigenbaus.

[dreadbrain]

Hallo,
gibt es irgendwo einen fertigen Schaltplan.

Welchen OP würdet ihr empfehlen?
mfg Benedikt

[dreadbrain]

Hallo,
hab mal einen Schaltplan sikziert.
An die beiden Eingänge möchte ich normale Messspitzen anschließen.
(600 - 700 Vpp ergibt bei einer Teilung von 100: dann 6-7 Vpp am Ausgang)
Dahinter kommt ein Spannungsteiler mit 10Megaohm Gesamtwiderstand(Schaltbar auf 1:1 , 10:1, 100:1)
Dann noch ein Instrumentenverstärker mit 3 OP amps.
Als op´s habe ich OPA604 genommen, die haben laut Datenblatt 20MHz Bandweite und geringe Verzerrung.
Datenblatt gibts hier:
http://www.reichelt.de/?SID=20F4AcvqwQARQAAAvSAO000e0d8e3ec44e57db4b93d9d f2b40aa1;ACTION=7;LA=6;OPEN=1;INDEX=0;FILENAME=A20 0%252FOPA604%2523BB.pdf

Am Ausgang habe ich dann noch einen 50Ohm Widerstand gehängt umd einen 50 Ohm Ausgang zu realisieren. ( könnte man eingentlich auch weglassen).

Als Versorgungsspannung habe ich +-15 Volt vorgesehen.

Nun die Fragen dazu:
1. Ist das vom Prinzip her richtig was ich mir da ausgedacht habe.
2. Ist der op für die Anwendung geeignet?( Welchen würdet ihr empfehlen?)
3. Wie kann man die Op vor zu hohen Spannungen am Eingang schützen?
(Z-Dioden oder überspannungsschutdioden)
4. Wo könnte man in der Schaltung noch Trimmerpotis oder Trimmcondensatoren einbauen um sie evtl. abzugleichen.

Danke

mfg Benedikt

[shaun]

1. Üblicherweise möchten Tastköpfe eine Last von 1MOhm||30pF oder so sehen, da liegst Du mit Deinen 10MOhm etwas hoch.
2. Mach die Widerstäne vom Instrumentenverstärker kleiner - je höher R, desto mehr Rauschen und desto empfindlicher gegen Störungen.
3. Kompensationskondensatoren kommen parallel zu den Spannungsteilerwiderständen, aber beachte die Eingangskapazitäten der OPAs!
4. Schutzdioden von den OP-Eingängen zu den Versorgungsspannungen und davor noch ein kleiner Reihenwiderstand, damit bei 1:1-Stellung nicht gleich alle OPVs hochgehen.

[dreadbrain]

Hallo,
also Senke ich die Spannungteilerwiderstände um den Faktor 10.
Die R im Instrumentenverstäreker werde ich dan auch auf 5 Kiloohm senken.
Muss ich also 2 Kompensationskondensatoren jeweils zwischen den jeweiligen Eingang der 1. Op-Stufe hängen ?
Soll ich Zener-Dioden oder Überspannungsschutzdioden verwenden.
Bei Zener-Dioden müsste ich aber pro Eingang zwei entgegengesetzt in Reihe schalten, da ja die Spannung sowohl im positiven als auch ich negativen Bereich sein kann, oder?
Diese Problem dürfte ich bei bipolaren Überspannungsschutzdioden (reichelt best.nr.:P6KECA15) nicht haben.Als Reihen widerstand würde ich dan so um 1 Kiloohm/2 Watt nehmen.

würde es evtl. Sinn machen wenn ich vor jeden Eingang noch einen schaltbaren Kondensator hänge, um evtl. nur den differenziellen AC-anteil zu Messen?

Danke für die Hilfe!!
mfg Benedikt

[shaun]

Die Kompensationskondensatoren kommen parallel zu den Spannungsteilerwiderständen, sinnigerweise so, dass Du bei 1:1-Stellung 30pF Gesamtkapazität hast (Festkondensator) und dann Trimmkondensatoren in der entsprechenden Staffelung parallel zu den anderen beiden Widerständen. In kommerziellen Lösungen macht man das häufig nicht so, sondern teilt allenfalls 1-2-5 und dann nach dem 1. Verstärker nochmal Faktor 1 oder 10, nach der nächsten Stufe ggf nochmal Faktor 1 oder 10 usw., um den Kompensationsaufwand gering und realisierbar zu halten.
Ganz krass war ein Lockin-Verstärker von Stanford Research, den ich mal auf dem Tisch hatte. Obwohl nur NF-Bereich wurde die Eingangsabschwächung bzw -verstärkung in 7 oder 8 Stufen mit schaltbaren Teilern bzw Verstärkern gemacht.

[dreadbrain]

Hallo
Also zwischen den Eingang und Masse je einen 30pf Folienkondensator.
und die anderen Trimmkondensatoren dann parallel zu R2, R3, R4, R5, oder zu den beiden Reihenwiderständen(nicht im Schaltplan) vor den Eingängen des Instrumentenverstärkers?
Was meinst du mit " entsprechende Staffelung".
Könntest du evtl. eine Skizze machen?

Der Op hat eine Eingangskapazität von 8-10 pF


Die bibolare Überspannungsschutzdiode hat eine Kapazität von 4300pF
Welche Kapazität hat eine Z-Diode?
Hab keine Info gefunden

mfg

Benedikt Lippert

[shaun]

Eine Supressordiode ist hier fehl am Platze, hast Du ja selbst schon festgestellt. Daher nimmt man ja idR auch entsprechend kapazitätsarme Dioden (4148er haben IMHO um die 4pF, geht noch deutlich besser) gegen die Versorgungen. Wenn da ein erheblicher Strom fliessen kann, tut man gut daran, die Versorgungen noch zu schützen oder die Dioden gegen entsprechend vorgespannte(!) Z-Dioden arbeiten zu lassen.

[dreadbrain]

Hallo,

Könntest du mir eine Skizze machen zu:
1. Kompensation
2. Schutz vor Überspannung

danke
mfg Benedikt Lippert

[dreadbrain]

Hallo,

hab mal die Skizze ergänzt. (Spannungsversorgung der OPs hab ich weggelassen. =symetrisch +-15V und jeweils 1µF Tantalkondensatoren an den Op)
Stimmt das mit den Dioden so?

Wo muss ich jetzt noch Kondensatoren hinbauen?

Sollte ich evtl. den letzten OP einen Trimmer verpassen um den Offset auf 0 einzustellen?

mfg Benedikt

[shaun]

Jeder Widerstand des Eingangsteilers bekommt einen C parallel, nicht der ganze Teiler. Die Kapazität der Reihenschaltung der drei C's parallel zur Eingangskapazität der Schaltung muss dann den geforderten Wert ergeben (zB 30pF), während die Kondensatorverhältnisse reziprok zu den Verhältnissen der Widerstandswerte sein müssen.
Die Spannungsbegrenzung kann man so machen, habe ich auch schon für Pin-Driver (Programmier-/Prüfgerät für ICs) und Modulationseingänge für Funktionsgeneratoren gemacht.

[dreadbrain]

Hallo,
ich habe jetzt eine schaltbare Kompensation skizziert.

Habe die Spannungsteilerwiderstände praktisch zusammengefasst und dann pro R einen Kondensator eingebaut. Da es ja 2 Spannungsteiler sind ergeben sich daraus 4 Kondensatoren+1Trimmer.
laut meinen Berechnungen dürfte sich am Eingang 16pF ergeben.(mein Oszi hat 20pF).
hab 3 trimmer eingebaut um jede Dämpfung einzeln zu kompensiern.

Stimmt, das so? Oder habe ich an Denkfehler drin?

Würde es Sinn machen den Ausgangswiderstand auch zu kompensiern?


mfg Benedikt Lippert

[Manf]

Ich habe hier auf Seite 34 noch ein Beispiel gefunden.
http://www.hameg.com/dl.php?datei=man/HM208_deutsch.pdf
Es ist der Eingangsteiler eines 20MHz Oszilloskops der recht systematisch aufgebaut ist. Man wird sicher einige Unterteilungen weglassen können.
Du kanst ja den Entwurf auch noch einmal damit vergleichen.
Manfred

[dreadbrain]

Hallo,
Danke für den Schaltplan.
werd mir den mal etwas genauer anschauen.
Ich könnte mir ja evtl. zwei solcher Teiler Aufbauen, beide koppeln und die dann als Eingangsstufe für meinen Differenztastkopf verwenden.
Natürlich nur 3 Stufen davon.

mfg Benedikt

[dreadbrain]

Hallo,

ich hab mir den Schaltplan angesehen und die Kompensation ist änhlich dere die ich skizziert habe. Nur der eine Kondensator vom Eingang nach Masse ist in meiner Schaltung nicht enthalten.

Macht das was?

Würdet ihr sagen, das wenn ich den so nachbaue wie er jetzt ist , er so funktioniert wie ich es will?. Er muss nicht so 100% 1:1 den Signalverlauf übertragen.

mfg Benedikt

[Manf]

Das wird bei einem Abgleich je nach Frequenz nicht der letzte Kondesator sein der ggf. noch ergänzt werden muss.
Ich weiß nicht welchen Du meinst, aber eigentlich sind sie alle sehr systmatisch angeordnet.
Einen Trimmer bis 5pF kann man auch mit verdrillten Drähtchen realisieren. Denke im Umkehrschluß bei der Leitungsführung daran.

Es kommt aber auf den Frequenzbereich an, ob man so kleine Abweichungen überhaupt wahrnimmt.
Manfred

[dreadbrain]

Hallo,
ich denke ich werde ihn demnächst mal so Nachbauen, das kann aber etwas dauern.
Natürlich kommt da noch ein gut stabilisiertes und entsörtes Netzteil dran.

mfg Benedikt