Hallo, ein passiver Tastkopf für ein Oszi funktioniert ja so das ein kompensierter RC-Spannungsteiler entsteht. Dabei geht die Eingangskapazität wie die Kapazität der Koaxleitung mit ein. Wie hier zu lesen http://en.wikipedia.org/wiki/Test_probe#Passive_probes Jetzt wirkt aber die Koaxleitung ja ab etwa 10kHz reel sprich der Imaginärteil fehlt weg. Wieso funktioniert das trotzdem? mfg
oke schrieb: > Jetzt wirkt aber die Koaxleitung ja ab etwa 10kHz reel sprich der > Imaginärteil fehlt weg. Der Trick ist, dass der Tastkopf bei einer Frequenz oberhalb 10 kHz kalibriert wird; in diesem Frequenzbereich wirkt sich die Kapazität der Leitung nicht mehr groß auf das Signal aus bzw. hier steht das Verhältnis von L'/C' (Kapazitätsbelag und Induktivitätsbelag) im Vordergrund und dieses Verhältnis ist relativ unabhängig von der Frequenz. Für kleine Frequenzen (< 10 kHz) stimmt die Kompensation nicht mehr, aber da stört das auch nicht, weil die Zeitkonstante, welche durch die fehlerhafte Kompensation entsteht, sehr viel kürzer ist als eine Periode des Signals.
Johannes E. schrieb: > Der Trick ist, dass der Tastkopf bei einer Frequenz oberhalb 10 kHz > kalibriert wird; in diesem Frequenzbereich wirkt sich die Kapazität der > Leitung nicht mehr groß auf das Signal aus bzw. hier steht das > Verhältnis von L'/C' (Kapazitätsbelag und Induktivitätsbelag) im > Vordergrund und dieses Verhältnis ist relativ unabhängig von der > Frequenz. > > Für kleine Frequenzen (< 10 kHz) stimmt die Kompensation nicht mehr, > aber da stört das auch nicht, weil die Zeitkonstante, welche durch die > fehlerhafte Kompensation entsteht, sehr viel kürzer ist als eine Periode > des Signals. Klingt einleuchtend. Aber dann stimmt der Artikel in der Wikipedia nicht und die Kapazität in Tastköpfen ist nach der Theorie zu groß. Text von oben genannten Wikipedia Artikel. To minimize loading, attenuator probes (e.g., 10× probes) are used. A typical probe uses a 9 megohm series resistor shunted by a low-value capacitor to make an RC compensated divider with the cable capacitance and scope input. The RC time constants are adjusted to match. For example, the 9 megohm series resistor is shunted by a 12.2 pF capacitor for a time constant of 110 microseconds. The cable capacitance of 90 pF in parallel with the scope input of 20 pF and 1 megohm (total capacitance 110 pF) also gives a time constant of 110 microseconds. In practice, there will be an adjustment so the operator can precisely match the low frequency time constant (called compensating the probe). Matching the time constants makes the attenuation independent of frequency. At low frequencies (where the resistance of R is much less than the reactance of C), the circuit looks like a resistive divider; at high frequencies (resistance much greater than reactance), the circuit looks like a capacitive divider.[1]
>Klingt einleuchtend. Aber dann stimmt der Artikel in der Ganz entscheidend ist, dass die Leitung des Tastkopfes recht hochohmig ist, also nicht als einfaches Koaxialkabel betrachtet werden kann -- sonst hätte man ja auch Probleme mit Reflexionen am Kabelende. Zum Thema gab es ja auch hier schon reichlich Diskussionen, etwa Beitrag "Osziloskop Tastkopf selbstbau"
Salewski schrieb: > Ganz entscheidend ist, dass Kann ich nur bestätigen: Das Kabel vom Tastkopf zum Oszi-Eingang ist alles andere als ein gewöhnliches Koaxialkabel. Die Seele besteht aus einem haarfeinen Widerstandsdraht, den man mit bloßem Auge fast nicht erkennen kann. Sowas läßt sich übrigens nicht löten, weswegen an beiden Enden des Kabels ne Art Klemm-Kontaktierung stattfindet: ne Nadel, die direkt neben der Seele ins kabel sticht und nur durch die Elastizität des Dielektrikums Kontakt bekommt. Ergo: der Wellenwiderstand des Kabels ist recht hoch, die Kapazität gegen Schirm ist niedrig und das alles wird mit ausgebufften RLC-Kombinationen im Tastkopf und im Stecker kompensiert. W.S.
Trotzdem mein ich das die Leitung ab einer gewissen Frequenz nicht mehr kapazitiv wirkt, sonst würden Z0-Probes nicht funktionieren.
W.S. schrieb: > Die Seele besteht aus einem haarfeinen Widerstandsdraht, den man mit bloßem Auge fast nicht erkennen kann. geh mal schnell zum Optiker, wenn Du den noch ohne fremde Hilfe (Blindenhund) findest! W.S. schrieb: > Sowas läßt sich übrigens nicht löten Unfug hoch 27 Forum für Dummschwätzer?
W.S. schrieb: > Die Seele besteht aus einem haarfeinen Widerstandsdraht, den man mit bloßem Auge fast nicht erkennen kann. geh mal schnell zum Optiker, wenn Du den noch ohne fremde Hilfe (Blindenhund) findest! W.S. schrieb: > Sowas läßt sich übrigens nicht löten Unfug hoch 27 Forum für Dummschwätzer?
So habe noch etwas dazu gefunden. http://books.google.at/books?id=iAMwxs_LZCoC&pg=PA32#v=onepage&q&f=false http://books.google.at/books?id=Ac5iYqHCcucC&pg=PA204#v=onepage&q&f=false
Was wollt ihr denn da mit metrischen Gewinden? Selbstschneidende Schrauben für Kunststoff sind angesagt.
oke schrieb: > Klingt einleuchtend. Aber dann stimmt der Artikel in der Wikipedia nicht > und die Kapazität in Tastköpfen ist nach der Theorie zu groß. Ja, im Wikipedia-Artikel ist das etwas zu einfach beschrieben. Die sagen, dass das Kabel eine Kapazität von 90 pF hat, beschreiben aber nicht, wo die herkommt. Mit "The cable capacitance of 90 pF..." könnte auch die Kapazität gemeint sein, die am BNC-Stecker eingebaut ist (also dort wo der Tastkopf ins Oszi gesteckt wird) und nicht die Kapazität zwischen Innenleiter und Schirm. W.S. schrieb: > Ergo: der Wellenwiderstand des Kabels ist recht hoch, die Kapazität > gegen Schirm ist niedrig und das alles wird mit ausgebufften > RLC-Kombinationen im Tastkopf und im Stecker kompensiert. Ja, richtig. Der Wellenwiderstand ergibt sich bei hohen Frequenzen aus dem Verhältnis der Induktivität und der Kapazität. Durch den dünnen Draht ist L relativ groß und C klein, also ist der Wellenwiderstand groß. oke schrieb: > Trotzdem mein ich das die Leitung ab einer gewissen Frequenz nicht mehr > kapazitiv wirkt, sonst würden Z0-Probes nicht funktionieren. Sehe ich auch so. Der hohe ohmsche Widerstand des Innenleiters dämpft Reflexionen in der Tastkopf-Leitung; weil aber gleichzeitig L' und C' groß sind, kommt man trotzdem schon bei relativ niedrigen Frequenzen in den Bereich, in dem der Wellenwiderstand reel wird, so dass man nicht einfach die gesamte Leitung als konzentrierte Kapazität betrachten kann.
Hallo, ich habe oben zwei links zum Thema gepostet. Bei den passiven Tastkopf kommt also keine normale 50Ohm Leitung zum Einsatz, sondern eine welche einen ohmschen Widerstand hat wie du schon erwähnt hast und dadurch auch bei höheren Frequenzen kapazitiv bleibt.
oke schrieb: > Bei den passiven Tastkopf > kommt also keine normale 50Ohm Leitung zum Einsatz, sondern eine welche > einen ohmschen Widerstand hat wie du schon erwähnt hast und dadurch auch > bei höheren Frequenzen kapazitiv bleibt. Wie kommst du zu dieser Aussage? Bei jeder Leitung ist ab einer bestimmten Grenzfrequenz der Wellenwiderstand reell, auch bei einer Oszi-Leitung. Nicht die Leitung ist kapazitiv, sondern der Oszi-Eingang und der Trimm-Kondensator am Ende der Leitung, der in den BNC-Stecker eingebaut ist. Das muss auch so sein, denn wenn die Leitungslänge nicht mehr klein im Verhältnis zur Wellenlänge ist, darf man die Leitungskapazität auch nicht mehr als konzentrierte Kazität betrachten und dann wäre die Kompensation nicht mehr Frequenzunabhängig.
Hannes Jaeger schrieb: "Was wollt ihr denn da mit metrischen Gewinden? Selbstschneidende Schrauben für Kunststoff sind angesagt." Sehe hier keinen unmittelbaren Zusammenhang zum Thema des Postings. Aber im Suff kommt sowas schonmal vor.
>Bei den passiven Tastkopf kommt also keine normale 50Ohm Leitung zum >Einsatz, sondern eine welche einen ohmschen Widerstand hat wie du schon >erwähnt hast und dadurch auch bei höheren Frequenzen kapazitiv bleibt. Das Kabel des Tastkopfs ist eine möglichst hochwertige Koaxleitung. Nur dann sieht das Kabel für alle Frequenzen wie eine reine Kapazität aus. Der Hintergrund ist folgender: Wird eine Koaxleitung auf beiden Seiten mit einem reellen Widerstand, abgeschlossen, der viel kleiner ist als der Wellenwiderstand das Kabels, verhält sich eine Koaxkabel induktiv. Sind die rellen Abschlußwiderstände dagegen viel größer als der Wellenwiderstand, dann verhält es sich kapazitiv. Die Koaxleitung geht hier in das Ersatzschaltbild also wie ein Kondensator ein, dessen Wert proportional zur Länge des Koaxkabels ist. Das ist hier schön durchgerechnet: http://www.beispielrechnung.org/elektrotechnik/messtechnik/eingangsimpedanz-eines-oszilloskops-ohne-und-mit-tastkopf.html
Angehängte Dateien:
-
probe_plot.gif
24 KB -
Probe_schem.gif
31 KB
Das von Kai verlinkte Beispiel zeigt nur den klassischen Abgleich des Tastkopfes damit das kapazitive Teilerverhältnis gleich dem ohmschen Verhältnis (9Meg/1Meg) wird. Diese Einstellung wird mit niedriger Frequenz gemacht (1kHz Rechteck). Da spielt also erst mal nur die Kabelkapazität eine Rolle. Das saubere Einschwingverhalten wird im wesentlichen durch den hohen ohmschen Widerstand (200 Ohm/m) der Leitung bestimmt. Ohne diesen hohen Widerstand pro Meter gäbe es extrem viel Überschwingen am Oszi. Siehe den Vergleich 10:1 Probe 50Ohm Koaxialkabel mit echtem 10:1 Probe Koaxialkabel. Im Anhang ist die Datei für LTspice.
Echt immer eine spitzen Sache deine Spice Simulationen. Eine Frage habe ich aber noch: warum wird zusätzlich zur Kompensationkapazität ein Widerstand in Reihe geschaltet, also Rser_c in dem Beispiel?
Angehängte Dateien:
-
Probe_schem_1_500.gif
9,5 KB
Mit Rser_c sieht die Sprungantwort besser aus (kein "Kriecher").
Ähnliches erreicht man auch wenn man C verkleinert. Aber wahrscheinlich erreicht man so bessere Ergebnisse. Umsonst wird es Agilent nicht so machen.
In der Realität wird das Sprungverhalten noch leicht anders aussehen als in der Simulation da LTspice und Standard-SPICE keine frequenzabhängigen Kabelverluste in dem "Lossy Transmission Line"-Modell kennen.
oke schrieb: > Ähnliches erreicht man auch wenn man C verkleinert. Aber wahrscheinlich > erreicht man so bessere Ergebnisse. Umsonst wird es Agilent nicht so > machen. Achtung, wenn du C klein(10p) machst, dann geht der Sprung auf 1,15V statt auf 1V, ist also unter unterkompensiert. Das sieht man besser, wenn man 1ms lang simuliert. Allerdings dauert die Simulation dann ziemlich lange.
Bei hohen Frequenzen, wo die Leitung nicht mehr kapazitiv wirkt wird so die Kapazität über den Widerstand entkoppelt, welche bei niedrigen Frequenzen noch notwendig ist. So erklär ich mir die Schaltung von Agilent.
>Bei hohen Frequenzen, wo die Leitung nicht mehr kapazitiv wirkt wird so >die Kapazität über den Widerstand entkoppelt, welche bei niedrigen >Frequenzen noch notwendig ist. So erklär ich mir die Schaltung von >Agilent. Bei allem Respekt, Tektronix Tastköpfe haben acht zusätzliche Bauteile zur Kompensation in ihrer "Compensation Box". Die Zusammenhänge sind deutlich komplizierter als die bloße Annahme, daß "die Leitung nicht mehr kapazitiv wirkt". Zusätzliche Widerstände sollen in der Regel Resonanzen bedämpfen. Caps in Serie zu ihnen sollen bewirken, daß diese Bedämpfung erst ab bestimmten Frequenzen wirksam wird.
Angehängte Dateien:
-
Tastkopf_sch.png
11 KB -
Tastkopf_sim.png
13 KB
Ihr habt recht, man muss Unterscheiden zwischen dem Wellenwiderstand, der für die Ausbreitung der Signalflanke und der gesamten Leitungs-Kapazität. Der Wellenwiderstand ist reell, aber trotzdem muss bei einem Spannungs-Sprung die gesamte Kapazität der Leitung aufgeladen werden und die Leitung verhält sich wie ein Kondensator. Allerdings erst dann, wenn die Welle komplett durchgelaufen ist, so dass überall in der Leitung die gleiche Spannung anliegt. Ich hab jetzt auch mal eine Simulation gemacht mit einigen Messpunkten innerhalb der Leitung; dazu hab ich die Leitung in 4 Teilstücke aufgegeteil. Man sieht sehr schön, wie am Eingang der Leitung (M1) die Kompensation nicht stimmt. Die Spannungsspitze ist gleich hoch wie die Eingangsspannung, weil hier noch gar keine Kapazität wirkt; nur der reelle Wellenwiderstand. Es gibt also eine hohe Spitze, die innerhalb der Leitung durch die Leitungs-Kapazität immer weiter abgebaut wird. Erst am Ende der Leitung "stimmt" dann die Impulsform.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschalten
Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.