Oszilloskop und 230 VAC - Welche Alternativen zu 10:1-Tastkopf?

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Oszilloskop und 230 VAC - Welche Alternativen zu 10:1-Tastkopf?
Suche nach: oszilloskop (10190) tastkopf (541)

    










BID = 1068240

BlackLight

Inventar

Beiträge: 3717
 

  


Hallo zusammen,

ich würde gerne einen weitern Beitrag zum leidigen Thema Oszi und 230 VAC aufmachen. In den anderen geht primär um das Oszi und nur sekundär um die Tastköpfe.

Habe vor mit einem Oszi1 an 230 VAC zu messen. Die beiliegenden Tastköpfe (Rigol PVP3150) halten laut Datenblatt 300 VACRMS aus. Das Spannungs-Derating fängt bei ~500 kHz an. Im 1:1 Bereich (Umschaltbar) mögen sie nur 150 VRMS.
Sollte reichen, aber so ganz geheuer ist mir das nicht. Einmal wird mein Prüfling ein 600-VA-Trafo sein (Spanungsspitzen?) und vor allem muss man bei mehreren Kanälen aufpassen, dass man nur eine Masse (Oszi-Schutzleiterpotential) anschließt bzw. keinen Kurzschluss verursacht.

Ich suche aktuell Alternativen zu 10:1 Tastköpfen. Diese habe ich bisher zusammengeklaut:
  • 1. Einen geeigneten (aktiven) Differential-Tastkopf kaufen.
    → Scheidet momentan aus Kostengründen aus.

  • 2. Einen 100:1-Hochspannungs-Tastkopf kaufen. Analog zum 10:1 muss man aufpassen, dass man nur einen Masseanschluss dranhängt.
    → Gibt es schon ab 30 €. Wenn man Wochen warten kann auch für die Hälfte.

  • 3. Aus einem kleinen Print-Trafo oder AC-Steckernetzteil einen potentialgetrennten "Spannungsteiler" basteln. Wenn ich richtig gerechnet habe, entspricht ein unbelasteter 1-10-V/A-Trafo einer Last von 5-500 kOhm.
    → Potentialgetrennt, aber wegen dem Eisenkern nur für niedrige Frequenzen geeignet und belastet den Prüfling etwas.

  • 4. Ich nehme einen BNC-Stecker oder eine Hälfte vom einem BNC-Kabel und verlängere nur den Innenleiter über z.B. 9x 1MOhm-Widerstände auf eine Sicherheits-Bananenbuchse. Hab mal eine Fotomontage angehängt. Auf dem Foto fehlen die Isolierung, z.B. 2-3 Lagen Schrumpfschlauch noch.
    Benötigt zum Messen noch eine zusätzliche Masseverbindung zum Prüfling.
    → Halbwegs ıdiotensicher. Wegen fehlender kapazitiven Kompensation wird die Messung bei höheren Frequenzen ungenau. Je nach Abschirmung kann das Signal-Rausch-Verhältnis leiden.

Habt ihr noch Möglichkeiten die für einen Hobby-Elektroniker praktikabel sind?

Aktuell Tendiere ich zu Option #4. Wenn ich einen geeigneten Trafo finde, würde ich auch mal #3 ausprobieren.
Längerfristig sollte ich mir mal zwei 100:1-Tastköpfe zulegen.

Frage: Wird Option #4 so funktionieren und bis 1 kHz brauchbar sein? Kommt mir irgendwie zu einfach vor.

Mit den paar Prozent Fehler durch die 0815-Widerstände und Leitung kann ich leben.
Mit etwas Glück komme ich noch an die verlustbehaftete Koaxialleitung mit Stecker von zwei defekten Tastköpfen ran. Sollte die Sache etwas besser machen als die ungeschirmte 0,5mm²-Litze auf dem Foto, s.u.


P.S.
Mir ist bewusst, dass der Prüfling hinter einem Trenntrafo hängen muss. Habe jedoch ein Henne-Ei-Problem: Will den NTC-Sanftanlauf für einen 600 VA-Trafo auslegen&prüfen. Danach könnte ich mit zwei weiteren von denen (sind nach VDE 0550) einen Trenntrafo aufbauen.



Offtopic :
1: Das Oszi ist eine Rigol DS1054Z: 4-Kanäle - 1 GSa/s bzw. "50 MHz". Hab es mir schenken lassen und will es nicht am ersten Projekt zerstören.





BID = 1068248

Offroad GTI

Urgestein



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Wohnort: Cottbus

 

  


Zitat :
Scheidet momentan aus Kostengründen aus.
Gibt es doch schon für <200€
https://www.batronix.com/versand/me......html


Zitat :
Analog zum 10:1 muss man aufpassen, dass man nur einen Masseanschluss dranhängt.
Allerdings. "Masse" muss zudem immer, wie du schon richtig erkannt hast, immer dem Schutzleiter entsprechen.
Das ist sehr oft sehr unpraktisch.
Sobald ein Gleichrichter im Spiel ist, hilft dir dieses Konstrukt auch nicht mehr.



_________________
Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.








BID = 1068252

perl

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Beiträge: 11110,1
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Zitat :
Im 1:1 Bereich (Umschaltbar) mögen sie nur 150 VRMS.
Die Angabe von Effektivwerten ist bei Spannungsformen, für die man ein Scope benötigt, ziemlich witzlos.
Es sind die Spitzenspannungen, welche die Kondensatoren und Isolationen durchschlagen lassen und dann die Transistoren in der Eingangsstufe des Scope zerstören.

Natürlich hat auch die Angabe von Effektivwerten eine gewisse Berechtigung, wenn die thermische Belastbarkeit der Widerstände ein Thema ist.
Ich denke allerdings, dass ein solcher Tastkopf die zulässige Spitzenspannung auch als Gleichspannung aushalten sollte, womit das Thema Effektivwert vom Tisch ist.


Zitat :
4. Ich nehme einen BNC-Stecker oder eine Hälfte vom einem BNC-Kabel und verlängere nur den Innenleiter über z.B. 9x 1MOhm-Widerstände auf eine Sicherheits-Bananenbuchse.
Das ist so ziemlich das Schlechteste, was du machen kannst.
Auch wenn du dir Signale mit nur ein paar kHz ansehen willst, solltest du eine Frequenzkompensation machen.
Bei den 10:1 Teilern liegt dazu eine sehr kleine Kapazität Cv parallel zum Vorwiderstand Rv und eine größere abgleichbare Kapazität Ctrim parallel zum Scope (Rin||(Cin).
In abgeglichenem Zustand gilt: Rv * Cv = Rin * (Ctrim+Cin+Ckabel).

Alternativ kannst du nach deinem Rezept einen 1000:1 Teiler bauen, aber du musst niederohmiger werden.
Da dein Prüfling ja nicht gerade schwachbrüstig ist, wird ihm eine Belastung mit 5mA wohl noch nichts ausmachen.

Dazu könntest z.B. den Scope-Eingang mit einem 50 Ohm-Widerstand belasten (oder diesen einschalten, wenn er im Gerät bereits eingebaut ist - VORSICHT!!!), dann ein praktisch beliebig langes 50 Ohm Koaxkabel nehmen, und als Messspitze am anderen Ende einen 999*50 = 49,95 kOhm Festwiderstand verwenden.
Dieser Widerstand muss natürlich die volle Spannung aushalten, also ggfs. fünf mal 10k in Reihe schalten, und bei 230V verheizt er rund 1W.
Möglichst keine Drahtwiderstände oder gewendelte Schichtwiderstände verwenden, sondern die alten Kohle-Massewiderstände.
SMD-Widerstände kämen auch in Betracht, aber da muss man schon genau auf die Montage (Wärmeabfuhr!!) und Spannungsfestigkeit achten.

In jedem Fall gehört der Widerstand in ein abgeschirmtes Gehäuse, das man zur Sicherheit noch mit einem äusseren Isoliermantel umgeben sollte.




Für höhere Teilerverhältnisse baut man auch gern mehrstufige Teiler, um unsinnig extreme (und evtl instabile) Werte von Cv und Rv zu vermeiden.
Dann befindet sich die erste (abgleichbare) Stufe im Tastkopf, und die zweite, ebenfalls abgleichbare, Stufe in einem Kästchen direkt am BNC-Stecker zum Scope.
In dieser Box hat man dann auch etwas mehr Platz für aufwändigere Kompensationsnetzwerke mit mehreren Trimmern.
Den Schaltplan und die technischen Daten eines solchen 1000:1 Tastkopfes, den ich selbst besitze, findest du z.B. hier: http://w140.com/tekwiki/wiki/P6013
Das Teil hat selbst mit 3m Kabel noch 25MHz Bandbreite.



Die Oszilloskop Hersteller verwenden für ihre Messkabel spezielle, kapazitätsarme Koaxleitungen, mit einem dünnen Widerstandsdraht als Seele, die kaum zu bekommen sind. Deshalb sollte man solche Strippen nicht wegwerfen, falls mal ein Tastkopf oder sein Stecker den Geist aufgibt.



[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 28 Jun 2020 12:50 ]

BID = 1068285

BlackLight

Inventar

Beiträge: 3717


Zitat : Offroad GTI hat am 27 Jun 2020 22:48 geschrieben :
Gibt es doch schon für <200€
Ich sehe wir haben unterschiedliche Vorstellungen beim Thema Budget.

Aktuell sehe ich bei mir nicht den dauerhaften Bedarf und bevor die bei mir einstauben muss ich das Kleingeld für zwei Stück nicht suchen.
Alleine darf man die nicht halten, sonst vereinsamen die - oder wie war das.

Vor dem Kauf würde ich aber noch ein Video anschauen in dem die getestet bzw. zerlegt werden.
Hatte folgenden 100:1-Tastkopf im Blick:
Evaluating the P4100 100X 100MHz Oscilloscope Probe @ 10:10 min
Kann man Hochspannungswiderstände (2 kV++) irgendwie zerstörungsfrei identifizieren?


Zitat : Allerdings. "Masse" muss zudem immer, wie du schon richtig erkannt hast, immer dem Schutzleiter entsprechen.
Das ist sehr oft sehr unpraktisch.
Mir wurde beigebracht alle Masseklemmen zentral auf an einem GND-Abgriff dranzuhängen. So kommt man erst gar nicht in die Versuchung.
Wobei, es gibt da von einem japanischen Hersteller was feines: Ein modulares Oszi mit konfigurierbaren, potentialfreien Eingangsmodulen. Aber ohne entsprechendem Budget und ob das bei meinem Problem weiterhilft...


perl hat am 28 Jun 2020 01:33 geschrieben :
Es sind die Spitzenspannungen, welche die Kondensatoren und Isolationen durchschlagen lassen und dann die Transistoren in der Eingangsstufe des Scope zerstören.

[...] wenn die thermische Belastbarkeit der Widerstände ein Thema ist.
Sehr interessant. Habe mir darüber noch nie Gedanken gemacht.
Es gibt also (mind.) zwei Möglichkeiten einen Tastkopf zu zerstören. Kurze Überspannung oder thermische Überlastung des Spannungsteilers.



Zitat :

Zitat :
4. Ein BNC-Stecker [...] und 9x 1MOhm-Widerstände auf eine Sicherheits-Bananenbuchse.
Das ist so ziemlich das Schlechteste, was du machen kannst.
Auch wenn du dir Signale mit nur ein paar kHz ansehen willst, solltest du eine Frequenzkompensation machen.
Bei den 10:1 Teilern liegt dazu eine sehr kleine Kapazität Cv parallel zum Vorwiderstand Rv und eine größere abgleichbare Kapazität Ctrim parallel zum Scope (Rin||(Cin).
In abgeglichenem Zustand gilt: Rv * Cv = Rin * (Ctrim+Cin+Ckabel).
Danke für die Erklärung und eigentlich hätte ich das wissen sollen. Hatte vor Monaten mal einen 5:1 Spannungsteiler für einen differentiellen Tastkopf (max. ±20 V differentiell) gebastelt. Der hat auch 1 MOhm Eingangswiderstand und ich hab 4x 1 MOhm drangehängt.

5 MOhm und 3,5 pF ergeben ein Tau von 18 µs. Das enspricht einer Grenzfrequenz von rund 9 kHz. Hab dann Trimmkondensatoren mit 2-6 pF drangehängt. Ich glaube kompensiert sah es bis 50 kHz halbwegs brauchbar aus.

Hier wäre es rechnerisch mit 1 kHz noch schlimmer. (10 MOhm und 13 pF) Keine Ahnung wie ich auf die Schnapsidee kam.



Zitat :
Alternativ kannst du nach deinem Rezept einen 1000:1 Teiler bauen, aber du musst niederohmiger werden.
Da dein Prüfling ja nicht gerade schwachbrüstig ist, wird ihm eine Belastung mit 5mA wohl noch nichts ausmachen.

Dazu könntest z.B. den Scope-Eingang mit einem 50 Ohm-Widerstand belasten (oder diesen einschalten, wenn er im Gerät bereits eingebaut ist - VORSICHT!!!), dann ein praktisch beliebig langes 50 Ohm Koaxkabel nehmen, und als Messspitze am anderen Ende einen 999*50 = 49,95 kOhm Festwiderstand verwenden.
[...] sondern die alten Kohle-Massewiderstände.
Guter Punkt, ein paar mA interessieren bei 230V nun wirklich keinen. Kohlewiderstände muss ich erst bestellen, davon habe ich keine mit 10 kOhm.
Keine Sorge, ich verwende definitiv externe 50-Ohm-Widerstände. Wenn was schief geht bekommt man eher mit und im Fall der Fälle kann man die viel einfacher Ersetzten.

Ich probiere den 50-kOhm-Spannungsteiler erst einmal ohne Kompensation aus. Die Kapazität vom BNC-Kabel liegt parallel zu den 50 Ohm und der Oszi-Eingang (1 MOhm, 30 pF) sollte hoffentlich kompensiert sein.
Hab gerade dieses alte Video EEVblog #85 - High Voltage Oscilloscope Probe Design auf Daves Kanal gefunden mit Dough Ford als Gastredner.
Das Thema ist wegen parasitären Einflüssen nicht ganz trivial. Erst einmal mit 50 kOhm klein anfangen.

BID = 1068299

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 11612
Wohnort: Cottbus


Zitat :
Mir wurde beigebracht alle Masseklemmen zentral auf an einem GND-Abgriff dranzuhängen. So kommt man erst gar nicht in die Versuchung.
Richtig. Sobald aber bspw. ein Gleichrichter im Spiel ist, welcher direkt aus der Netzspannung gespeist wird, funktioniert das nicht mehr.



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Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 1068551

BlackLight

Inventar

Beiträge: 3717


Zitat : Offroad GTI hat am 28 Jun 2020 19:57 geschrieben :

Zitat :
Mir wurde beigebracht alle Masseklemmen zentral auf an einem GND-Abgriff dranzuhängen. So kommt man erst gar nicht in die Versuchung.
Richtig. Sobald aber bspw. ein Gleichrichter im Spiel ist, welcher direkt aus der Netzspannung gespeist wird, funktioniert das nicht mehr.
Guten Punkt, das war mir nicht klar.
Bis eben dachte ich ganz naiv, na und dann unterscheiden sich halt PE und GND(Minus) halt um eine Diodenspannung. Falsch!


Die Schaltung hab ich simuliert. Im folgenden hat R2 entweder 1 MOhm oder 1 Ohm.





Hier die DC-Spannung (differentiell) in schwarz. In Cyan ist die Spannung von "Minus" gegen den Schutzleiter aufgetragen.


Im Nachhinein ist es klar, während der negativen Halbwelle ist der Neutralleiter positiver als die Außenleiterspannung, d.h. "Plus" hat etwa 0 V und "Minus" muss somit auf bis zu -320 V (1,4* -230 V) abfallen.



Hier der Strom den die Spannungsquelle abgibt. Einmal für eine "Minus"-PE-Verbindung von 1 MOhm und einmal für 1 Ohm.


Das Messmittel macht einen satten Kurzschluss zwischen Außen- und Schutzleiter!


Danke! Wieder was gelernt.




BID = 1068555

BlackLight

Inventar

Beiträge: 3717


Zitat : perl hat am 28 Jun 2020 01:33 geschrieben :
Alternativ kannst du nach deinem Rezept einen 1000:1 Teiler bauen, aber du musst niederohmiger werden.
Habe gestern einen Prototyp nach perls Vorschlag mit 5x 10 kOhm Kohlewiderständen (5%/1 W) aufgebaut.





Das ganze ist nun mit Schrumpfschlauch isoliert, in ein Messingrohr (⌀i = 5 mm, ⌀a = 6 mm) gesteckt und nochmal mit Schrumpfschlauch isoliert:


Nach meiner Isolationsmessung ist der Widerstand >2000 MOhm bei 1000 V in Ordnung.
So ganz gefällt mir das noch nicht. Mal schauen ob ich ein größeres Rohr finde. Dann kann ich die Isolation zwischen Messspitze und GND dicker ausführen und es einfacher an den BNC-Adapter dranlöten.

Keine Sorge, die billige Krokoklemme werde ich gegen einen Sicherheitsbananenstecker ersetzten.
Hab mir auch das VOLTCRAFT MS-6 (Sicherheits-Messleitungs-Set) für die CAT-II-Abgreifklemmen bestellt.
Als nächstes steht noch ein "Dauerlauftest" vom Spannungsteiler an 230VAC an - oder besser mehr? 2 W würde ich dem Konstrukt zutrauen und das wären rund 300 VAC. Werde dabei nur ein Multimeter dranhängen.


Verhalten bei einem Spannungssprung von 0 V auf 60 VDC:


Kanal 1 (gelb) ist ein normaler 10:1 Tastkopf
Kanal 2 (blau) ist der 1000:1 Eigenbau

Ich vermute das Klingeln kommt vom Versuchsaufbau.
Offtopic :
Muss bei Gelegenheit mal einen MOSFET, 9V-Block und einen entprellten Schalter in eine Box einbauen und die Messung wiederholen. Habe für diese Messung zwei Bananenstecker so lange verbunden bis das Signal Ok aussah.

Ein Funktionsgenerator/Arbitrary Waveform Generator wäre hier auch noch praktisch.

Bin kein Experte für Bandbreitenmessungen, korrigiert bitte wenn ich Unsinn rede.
Für mich ist das Signal vom 1000:1-Tastkopf nach rund 200 ns Ok was rechnerisch 5 MHz ergibt. Das kommt mir für 50 Hz (und Oberwellen) ausreichend schnell vor.



Verhalten bei statischen Pegeln:


Mit 49,6 kOhm und 51,2 Ohm für den Spannungsteiler komme ich auf rund 970:1. Hätte somit eine Spannungsmessung von ~62 VDC erwartet.
Passt somit besser als erwartet.

Hie ist mir aber aufgefallen, dass jeder Übergangswiderstand das Verhältnis deutlich beeinflusst.
Oder meine 10BASE2-BNC-Abschlusswiderstände und -T-Stücke ist schon zu alt.

BID = 1068560

Onra

Schreibmaschine



Beiträge: 2333

Wenn dein Geschenk komplett war, müssten da eigentlich 2 Stück 50 Ohm Durchgangsabschlüsse beigelegen haben. War zumindestens bei meinem so, möglicherweise gibt es aber je nach Sonderangebot unterschiedliche Ausstattungen.

Onra

BID = 1068576

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
ch probiere den 50-kOhm-Spannungsteiler erst einmal ohne Kompensation aus. Die Kapazität vom BNC-Kabel liegt parallel zu den 50 Ohm und der Oszi-Eingang (1 MOhm, 30 pF) sollte hoffentlich kompensiert sein.
Hier irrst du!
Die Situation ist viel günstiger, denn die Kapazität des 50-Ohm Kabels spielt keine Rolle, wenn du das Ende mit 50 Ohm abschliesst. Deswegen brauchst du nicht zu kompensieren.
Störend ist nur die Eingangskapazität des Scope.
Deshalb hatte ich oben geschrieben: "beliebig lang".
Lediglich durch die mit der Länge steigenden Kabelverluste werden die hohen Frequenzen stärker gedämpft.

Du kannst auch 75 Ohm Antennenkabel verwenden, musst dann allerdings mit 75 Ohm abschliessen, und der Vorwiderstand wird 999*75 = 74925 Ohm.

Bei der Verwendung von SAT-Antennenkabel ist allerdings Vorsicht geboten, denn die Seele dieser Kabel besteht oft nicht aus Kupfer sondern aus Staku = Kupfer ummantelter Stahldraht.
Bei den sehr hohen Frequenzen kann man das ungestraft machen, denn wegen des Skineffekts ist die leitende Schicht höchstens ein paar µm dick und was darunter ist interessiert nicht.
Auf diese Weise spart man teures Kupfer und gewinnt zugleich mechanische Festigkeit.

Bei deinen niedrigen Frequenzen wird aber die Leitschicht so dick, dass auch der magnetisierbare Stahldraht am Energietransport teilnimmt, was hohe Dämpfung und frequenzabhängige Ausbreitungsgeschwindigkeit zur Folge hat.
Die daraus resultierenden Impulsverzerrungen muss man nicht unbedingt haben.


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