Tastkopf an elektronischen Messgeräten

Oft taucht bei Beratungen via " www "  diese Frage auf:  Welchen Zweck hat ein am Eingang von Messgeräten, wie Voltmeter oder Oszillograph,  angeschlossener Teiler -Tastkopf, von meistens 10:1 

Und gleich danach diese:  Warum muss überhaupt ein Tastkopf verwendet werden, der auch noch individuell angepasst, sprich "kompensiert" sein muss?

Um das etwas verständlich zu machen, habe ich hier:

http://www.radiomuseum.org/forum/teiler_tastkopf_an_elektronischen_messgeraeten.html

einen Text  und neu: eine Skizze zum Abgleich, eingestellt.

Ich würde mich freuen wenn der eine oder andere daraus noch einen Nutzen ziehen kann.

Hans M. Knoll

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Hallo Herr Knoll, vielen Dank für Ihre Beschreibung der Funktion der verschiedenen Tastköpfe.
Ich bin gerade am Bau eines Tastkopfes.

Gruss A.Küffer

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Hallo Herr Küffer,

Danke und viel Erfolg.

H.M. Knoll

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Hallo Herr Knoll,

Zu Ihrem Bericht zu den Tastköpfen an Oszilloskopen fällt mir folgende Geschichte ein.

Vor etwa 20 Jahren waren wir noch in den Anfängen der Firma und hatten ein

 E-Labor in einem Untergeschoss ohne Tageslicht.

 

Eine Praktikantin hatte die Aufgabe, einen Thyristorsteller für einen Ofen aufzubauen und die Funktion zu untersu chen . Ich belehrte sie darüber, dass in der Leistungselektronik jeder Schritt vorher überlegt sein will, nur an ausgeschalteten Einheiten gearbeitet werden darf und

 

das Wichtigste:

 

Das Oszilloskop ist mit der Masse mit dem PE verbunden, man darf also niemals die Masse an spannungsführenden Teilen anklemmen, sondern ggf. mit zwei Kanälen messen und auf Differenzbetrieb schalten.

 

Sie sagte gleich ja, ja ja, alles klar. Ich drehte mich um und schon gab es einen Knall und Blitz, die Vorsicherung hatte ausgelöst und wir saßen alle im Dunkeln. Nachdem der Strom wieder da war, saß die Praktikatin zitternd und blass vor dem Rest des Aufbaus und dem Rest des Oszi-Tastkopfs. Sie wollte die Spannung zwis chen L1 und L2 ansehen.

 

Ein Kollege bemerkte in aller Ruhe q.e.d 

(Quod erat demonstrandum , oder  was zu beweisen war )

 

Georg Beckmann

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Hallo H.Beckmann.

Danke fuer den Begleittext, das lockert die trockene Materie etwas auf.
Ja da koennte ich auch so manche Story aus dem langen Berufsleben beisteuern.
Aber vieleicht erfinde ich einen Tastkopf, bei dem 9Megohm in der Masse liegen, der ist dann als "allgebrauch's Tastkopf geeignet ;-)


Gruss, Hans M. Knoll

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Hallo Herr Knoll,
so was haben wir jetzt, sh. http://www.testec.de TT SI-9001. 25MHz, common mode +/- 700V
das wäre auch was für Allstromer. Ich glaub nur, dass so eine active probe für das Hobby etwas teuer ist.

Gruß G.Beckmann

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Jaja die sache mit der Masse am Oszi. Ich habe mal mit einem Knall gemerkt, daß ich den Fernseher an dem ich gerade gemessen habe ausversehen in der falschen Steckdose hatte. Die Steckdose links daneben wäre schutzgetrennt gewesen. Der 50-er Jahre Philips Fernseher hats überlebt, die Masseklemme am Oszi sieht seitdem irgendwie komisch aus und mein gutes altes Tektronix Oszi brauchte einen neuen Nuvistor. Aber dank der Kosten für den Nuvistor und auch wegen des Schrecks passiert mir das bestimmt nicht wieder (hoffe ich) ;-). Die Steckdosenanordung habe ich auch geändert um weiteren Verwechslungen vorzubeugen.
Bis dann und immer erst denken, dann messen.
Marc Goeritz

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Hallo Herr Knoll,
am augenscheinlichsten wird beim Justieren des Taskopfes ja das Überschwingen bzw. Verschleifen der Flanken. Die "Dachschräge" ist doch nicht so kritisch?

Herzlichst, Ihr K.-H. B.

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Hallo Herr Bradtmoeller,

zunaechst einmal danke fuer Ihre Reaktion zum Artikel.

In erster Annaehrung haben Sie recht, nimmt man meinen Text woertlich, geht das nicht immer so wie es da steht "Dachschraege" benutzen.
Der Artikel  ist entstanden, weil immer wieder Meldungen an mich kamen, die entweder behaupten es wuerde mit Tastkopf, gearbeitet oder es wird gefragt warum das den?
Im ersten Fall zeigt sich dann nach langem hin und  her, Tastkopf ja, aber der 10:1 steht auf 1:1. 
Ist das geklaert, kommt sofort die Frage:warum ist da ein Unterschied zwischen  1:1 und 10:1?
Bei der Aufarbeitung des Themas in meinem Text, kommt ja nun vor, dass der 10:1 kompensiert sein muss.  Anfangs hatte ich da stehen: richtig abgeglichen!
Um nun nicht wieder neue Fragen aufzuwerfen, habe ich mich zu "Dachschraege" entschlossen, obwohl ich weis, dass das nicht bei jeder beliebigen Grundfrequenz des Rechteckes geht.
Ich wollte aber keine Anleitung schreiben: wie kompensiere ich einen Tastkopf richtig? Das koennnte ich gar nicht ohne exakte Vorgaben zu machen. Das muss ja beim Messgeraet stehen wie das geht.  Bis daher, war ich nachlaessig oder grosszuegig, besser haettte ich Kurvenform

geschrieben, ob das nun wieder jeder versteht? Ich habe da starke Zweifel.

Um Ihnen nun doch etwas entgegenzuhalten, was das untermauert, habe ich eine Serie von Photos gemacht, die Ihnen zeigen, dass je nach Grundfrequenz des Rechteckes sich das Bild beim Abgleichen aendert.
Anlage1 Bildschirmphotos

Das haengt nun einfach damit zusammen, dass das obere  Glied  im Teiler (9Meg + C) am Anfang ( tiefe Frequenz) ein Tiefpass und dann  ein Hochpass darstellet.
Somit werden mehr oder weniger die wesentlichen Anteile der Sinusschwingungen aus denen da Rechteck besteht, angehoben oder abgesenkt werden.

In der Literatur gibt es haufenweise Angaben wie sich das verhaelt. Zum Einstieg habe ich eine kurze Sequenz aus einem Buch hier beigelegt.
Anlage 2  Fourier Reihen

Dort sehen Sie sehr schoen, dass der flache Teil des Rechteckes zwar sich als Gleichspannungsanteil darstellt, dass es aber in Wirklichkeit eine Addition von Sinusschwingungen ist, wobei die Grundfrequenz den  groessten Anteil einbringt.
Schickt man nun dieses Signal ueber einen Frequenz abhaengigen Teiler, wie es ein falsch eingestellter Tastkopf ist, werden die hoeheren  Anteile verfaelscht und das Rechteck wird verformt.
Auf eine weitergehende  Darstellung will ich mich nicht einlassen, das steht in vielen Buechern.

Ich weiss,  es ist nicht leicht einzusehen, dass wenn ich mit einem Schalter eine Gleichspannung von null nach plus und wieder nach null schalte, wo da die Sinusformen  sein sollen.  Da muss man halt Mathematik lernen oder es einfach glauben dass es so ist. Das ganze laeuft unter Fouriersche Reihen, und ist nicht von mir.
Ich werde den Artikel in "Texte" noch abaendern, schluessiger wird es aber dadurch nicht.

Ich kann ja nicht die Frequenz des Rechteckes vorgeben und ohne diese Angabe schluessiges angeben.  Ich werde wie es bei einfachen Scopes zu sein scheint, die 1 Khz heranziehen und dazu was sagen.
Insofern haben Sie doch etwas bewegt

Wie ich mittlerweile sehen kann, haben Sie aus dem ganzen eine schoene Lösung gemacht. 
Diese Art ist seit Jahrzehnten üblich. z.B. in Oszillographen, Röhrenvoltmetern , TB -Geraeten usw. letztendlich macht das jeder Bass und Höhenregler.
Auf jeden Fall aus meiner Sicht positives Wirken!

Gruesse und viel Spass beim Lesen, Hans M. Knoll

!

 

Anlagen:

• Schirmbilder zum Tastkopf (157 KB)
• Fourier Reihen (105 KB)

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Hallo Herr Knoll,

zunächst einmal vielen Dank für die interessanten Ausführungen.

Nun, ich möchte noch etwas dazu bemerken:

Fourrier-Analyse führt alle Schwingungen auf die einfache, pendelartige Sinusschwingung zurück.

(Additionstheoreme macht anschaulich, wieso ein amplitudenmodulierter Sender zwei Seitenbänder hat und nicht nur eines. Die Berechnung setzt auch die Fourieranalyse voraus.

Habe hier noch ein Funkschau Arbeitsblatt -vom WDR zugesandt-, wo ein Stereodecoder mit strahlabgelenkter Pentode fourrierreihenmäßig erklärt wird. Insofern ist mir diese "Reihentheorie" auch nicht ganz unbekannt.)

Auf diese Zusammenhänge wiesen Sie ganz ausgezeichnet hin.

Schwinungserzeugung und Meßtechnik sind allerdings zweierlei.

Es kan kein Zweifel daran bestehen, daß der Eichoszillator am Oszilloskop im Wesentlichen aus einer Kippstufe (Flip-Flop) besteht, die zwei Schaltzustände, "an" und "aus" aufweist. Oder einen statonären "direct- current- DC- Zustand", und viel wichtiger, einen "dynamischen", einen Wechsel des Zustandes, der als Schaltflanke bezeichnet wird, deren Maß wiederum die sogennante Flankensteilheit darstellt.

Der Tastkopf am Oszilloskop wird justiert an einer 1-kHz-Rechteck-Eichspannung.

Ist die Eichung optimal, also ohne Überschwinger und verschliffene Flanken, Dachschrägen, gilt diese Einstellung für alle anderen zu messenden Frequenzen gleichermaßen.

Das mag nicht auf Anhieb einleuchten.

Ist aber so, das hatten Sie sehr anschaulich anhand von exzellenten Schirmbildern dargestellt. Ich gehe noch einen Schritt weiter und messe nun im MHz-Bereich, was ich da sehe, ist dann eine Dreieckspannung, wenn der Taskopf nicht optimal justiert ist. Die Fehleinstellung für verschiedene Frequenzbereiche in der Oszidarstellung, ohne, daß zwischenzeitlich was am Taskopf herumgedreht wurde, anhand der Schirmbilder mit verschiedenen Ablenkzeiten ein und derselben Spannung ist von Ihnen vedeutlicht worden.

Insofern ist mein Einwand bezüglich des Begriffs "Dachschräge" völlig irreführend gewesen. Sorry dafür. Sie hatten da völlig recht. Nochmals: Die Dachschräge des Rechtecksignals wird eben auch beeinflußt. Das hatte ich völlig verdrängt. Wir messen ja die Response am Tastkopfausgang, und das ist nicht das Generatorsignal selbst. Das müssen wir, wie gesagt, auseinanderhalten.

Und das war auch die Quintessenz der ursprünglichen Fragestellung, "wieso überhaupt Tastkopf und wieso ein Teilerverhältnis desselben, wieso Kompensation":

Damit die Darstellung der Meßspannung nicht zu stark verfälscht wird, bzw. eine Rückwirkung auf das Meßobjekt so gering wie möglich gehalten wird, indem es nur geringfügig hochohmig belastet wird.

Wie Sie auch verdeutlichten.

Wir benötigen mehr Beispiele und Beiträge dieser anschaulichen Art, wie Sie sie hier, Herr Knoll, geliefert haben,

ich persönlich wäre zum Bleistift für eine Erklärung von DRM (Digital Radio Mondial) sehr dankbar. Wie sieht zum Beispiel das Signal an der Sendeendstufe bzw. am Empfängereingang aus, wenn ein Sender mit 1000 kHz Trägerfrequenz mit 1000 Hz "Eintonsinusansteuerung" moduliert wird, Modulationsgrad 80 % ,oder sind diese Kriterien hier nicht anwendbar, wieder zu "analog" gedacht? Ich suche ganz verzweifelt nach guten deutschen Beiträgen dieser Art und finde außer für mich unverständlichen Dingen nichts im Net.

Herzlichst.

Ihr K.-H. B.

 

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Hallo Herr Bradtmoeller,


eine hervoragende Antwort. Nicht nur weil es nicht gegen mich geht, nein es ist in  "der Sache" gut!
Respekt!

Alle Ihre Argumenete zur Flankensteilheit sind von mir hier unwidersprochen.
Dort wo ich mein Geld verdient habe, hat meine Arbeitsgruppe, mit dem T5000 den ersten uPc gesteuerten  Hifi- Tuner und mit dem T9000 den euroaweit ersten RDS Tuner entwickelt.
Vom DRS " Kopernikus" will ich erst gar nicht reden.  "Flanken" und ihre Dimensionen sind mit also auch  nicht fremd!

Das alles nur um zu zeigen, es geht hier nicht um rechthaben, und auch nicht um Belehrung.
 Jede Generation  hat ihre Zeit. Was ich ab 1958 gelernt habe, liegt halt "vorne" im Kopf und wird vorzugsweise benutzt. 

Forum? Ich mache gerne solche Dinge. Aber ungern ins Leere. Will heissen ich brauche einen Anlass der mich an (auf) regt !

Weiter so, sagt 
Hans M. Knoll  


wi

 

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