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Hallo.

Ich bin auf der Suche nach Dimensionierungshinweisen für das Frontend eines Instrumentationsverstärkers. Ziel ist die Messung von Spannungsimpulsen im Bereich bis ca. 200V und einer Dauer von etwa 1µs bei etwa 3-4µs Pulsperiode. Im Prinzip also ein High-Voltage-Differential-Probe mit 500V Eingangsbereich und etwa 30-50MHz.
Nun findet man sehr viele Informationen zur Dimensionierung eines Differenzverstärkers mittels gewöhnlicher Widerstände. Die Eingangsstufen der industriellen Probes sind aber Kombinationen von resistiven und kapazitiven Spannungsteilern mit Abgleichmöglichkeit zur Frequenzkompensation der Eingangsstufe. Zur Dimensionierung der Kapazitäten ist aber nirgens etwas zu finden, diese liegen im pF-Bereich und dienen ja der Kompensation der parasitären Eigenschaften der Schaltung.
Wie geht man an die Dimensionierung solcher Netzwerke heran, gibt es irgendwo Literatur dazu? Die Standardwerke geben dazu keinerlei Aufschluss. Ist das ein Geheimnis der Messtechnikindustrie?? (Bin selber Leistungselektroniker)

Bin Dankbar für jegliche Literaturverweise oder Links. Danke. Einen schönen Sonntag!

Hallo paci,
über das Thema hab ich mir auch schon mal Gedanken gemacht. Das fängt mit einem geeigneten Verstärker an. Hier ist mir nicht klar wie Dein Konzept aussehen soll. Hast du ein Gerät vorliegen für das Du eine Messbereichserweiterung berechnen willst, oder willst du ein Instrumentenverstärker-IC beschalten oder gar einen Hochvolt-Differenzverstärker entwerfen? Welchen Teil meinst Du genau mit "Front-End"? Willst Du auch noch eine galvanische Trennung realisieren?

Gruß,
VB

» Hallo paci,
» über das Thema hab ich mir auch schon mal Gedanken gemacht. Das fängt
» mit einem geeigneten Verstärker an. Hier ist mir nicht klar wie Dein
» Konzept aussehen soll. Hast du ein Gerät vorliegen für das Du eine
» Messbereichserweiterung berechnen willst, oder willst du ein
» Instrumentenverstärker-IC beschalten oder gar einen
» Hochvolt-Differenzverstärker entwerfen? Welchen Teil meinst Du genau mit
» "Front-End"? Willst Du auch noch eine galvanische Trennung realisieren?
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» Gruß,
» VB

Es wird wohl am besten mit 'Hochvolt-Differenzverstärker' zu bezeichen sein, was ich plane. Kern soll ein Instrumentationsverstärker aus einzelnen OPV hoher Bandbreite sein. Vornehmlich von TI, z.B. THS4601, THS4022, THS3062, OPA4684 oder etwa OPA2846, sind alle mit hoher Bandbreite und z.T. lownoise.
Frontend meint insbesondere alles von Eingang der 200V bis zu den Eingängen bzw. Ausgängen der Eingangs-OPV-Stufe. Habe mal einen 500V-50MHz Probe reversibel zerlegt. Die IC sind verständlicher Weise der Bezeichnung beraubt, das sollte aber nicht das Problem sein. Hoffe ich.
Problem ist also die praktische Realisierung bis in den genannten Frequenzbereich.
Galvanische Trennung wäre nett, würde die Sache aber nur unnötig verkomplizieren, ist nicht zwingend erforderlich, wenn das Gerät hochohmig genug ist.
Anwendung ist die Erfassung von Spannungspulsen zur weiteren Auswertung in Hinblick auf das Spannungsniveau und -verlauf während des Pulses bzw. der Kurzschlusserkennung. Es geht also um die Erfassung des Spannungsistwertes während des Prozessverlaufes (genau EDM/ECM (Funkenerosion in Komb. mit EC)) als Teil einer Prozessregelung und -überwachung.
Einfache, simple Messanordnungen sind bereits in Verwendung, ich wollte aber mal sehen ob da mehr geht, ohne gleich immer einen Differential-Probe zum Messen nehmen zu müssen.

Wie gesagt, suche Literatur und Erfahrungen dazu.

Hallo paci,

das ist recht anspruchsvoll und mit galv. Trennung wird es sehr schwierig.
Das Problem wird sein die Gleichtaktunterdrückung über diesen weiten Frequenzbereich zu wahren, da die Bauteleile (auch die Widerstände) abweichendes Frequenzverhalten zeigen werden. Erstmal müsste mal feststellen wie klein die Gleichtaktunterdrückung CMRR werden darf.

CMRR = Differenzverstärkung/Gleichtaktverstärkung
(..-verstärkung kann auch < 1 sein)

Dann müsste man die möglichen Schaltungen (mir fallen grad nur zwei ein) unter Berücksichtigung der min. Eingangswiderstände und mit Frequenzgangkorrektur (wie bei Tastköpfen) danach dimensionieren und dabei noch die unvermeidlichen Bauteiltoleranzen einbeziehen oder abgleichbar machen (ohne Abgleich wird es nicht gehen).
Eine robuste Berechnung bei solch hohen Frequenzen wird so und so schwer!

Schaltungsprinzipien
1. Instrumentenverstärker (siehe auch im ELKO unter "Echter Differenzverstärker" mit vorgeschalteten kompensierten Spannungsteilern. (Tasteiler)
Deren Berechnung ist wie bei Tastköpfen (Stichwort: "frequenzkompensierter Spannungsteiler", Literatur: Schrüfer, Elmar: Elektrische Messtechnik).

2. Siehe Datenblatt "INA117" von TI!

Es würde mich auch mal interessieren wie die Schaltung von dem zerlegten Teil war? Welches Gerät war das (Hersteller)?

Und wie hoch geht die Bandbreite wirklich? Solche Dinger halten oft nicht, was sie versprechen.

Bin mal gespannt wie es weitergeht.
Meine Überlegungen liegen schon ein paar Jahre zurück, daher habe ich die neuen OPs nicht einbezogen. Ich habe das Ganze dann gelassen, weil ich eine vernünftige Bandbreite für zu aufwändig hielt.

Viel Erfolg,
VB

E-Müll-Adr.: vollmondbastler ät arcor dot de

» Hallo paci,
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» das ist recht anspruchsvoll und mit galv. Trennung wird es sehr
» schwierig.
» Das Problem wird sein die Gleichtaktunterdrückung über diesen weiten
» Frequenzbereich zu wahren, da die Bauteleile (auch die Widerstände)
» abweichendes Frequenzverhalten zeigen werden. Erstmal müsste mal
» feststellen wie klein die Gleichtaktunterdrückung CMRR werden darf.
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» CMRR = Differenzverstärkung/Gleichtaktverstärkung
» (..-verstärkung kann auch < 1 sein)
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» Dann müsste man die möglichen Schaltungen (mir fallen grad nur zwei ein)
» unter Berücksichtigung der min. Eingangswiderstände und mit
» Frequenzgangkorrektur (wie bei Tastköpfen) danach dimensionieren und dabei
» noch die unvermeidlichen Bauteiltoleranzen einbeziehen oder abgleichbar
» machen (ohne Abgleich wird es nicht gehen).
» Eine robuste Berechnung bei solch hohen Frequenzen wird so und so schwer!
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» Schaltungsprinzipien
» 1. Instrumentenverstärker (siehe auch im ELKO unter "Echter
» Differenzverstärker" mit vorgeschalteten kompensierten Spannungsteilern.
» (Tasteiler)
» Deren Berechnung ist wie bei Tastköpfen (Stichwort: "frequenzkompensierter
» Spannungsteiler", Literatur: Schrüfer, Elmar: Elektrische Messtechnik).
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» 2. Siehe Datenblatt "INA117" von TI!
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» Es würde mich auch mal interessieren wie die Schaltung von dem zerlegten
» Teil war? Welches Gerät war das (Hersteller)?
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» Und wie hoch geht die Bandbreite wirklich? Solche Dinger halten oft nicht,
» was sie versprechen.
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» Bin mal gespannt wie es weitergeht.
» Meine Überlegungen liegen schon ein paar Jahre zurück, daher habe ich die
» neuen OPs nicht einbezogen. Ich habe das Ganze dann gelassen, weil ich
» eine vernünftige Bandbreite für zu aufwändig hielt.
»
» Viel Erfolg,
» VB
»
» E-Müll-Adr.: vollmondbastler ät arcor dot de

Danke für das Schrüfer-Stichwort. Hatte da schon mal rein geschaut, aber mit nem anderen Stichwort. Zu Blöd wenn man nicht weis, wie das heißt, was man am suchen ist. Ich werde morgen mal die Skizze des Probes an dich senden. Dann kann man weiter diskutieren. Veröffentlichen sollte ich die ja nicht, oder doch?

» » Hallo paci,
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» » das ist recht anspruchsvoll und mit galv. Trennung wird es sehr
» » schwierig.
» » Das Problem wird sein die Gleichtaktunterdrückung über diesen weiten
» » Frequenzbereich zu wahren, da die Bauteleile (auch die Widerstände)
» » abweichendes Frequenzverhalten zeigen werden. Erstmal müsste mal
» » feststellen wie klein die Gleichtaktunterdrückung CMRR werden darf.
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» » CMRR = Differenzverstärkung/Gleichtaktverstärkung
» » (..-verstärkung kann auch < 1 sein)
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» » Dann müsste man die möglichen Schaltungen (mir fallen grad nur zwei
» ein)
» » unter Berücksichtigung der min. Eingangswiderstände und mit
» » Frequenzgangkorrektur (wie bei Tastköpfen) danach dimensionieren und
» dabei
» » noch die unvermeidlichen Bauteiltoleranzen einbeziehen oder abgleichbar
» » machen (ohne Abgleich wird es nicht gehen).
» » Eine robuste Berechnung bei solch hohen Frequenzen wird so und so
» schwer!
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» » Schaltungsprinzipien
» » 1. Instrumentenverstärker (siehe auch im ELKO unter "Echter
» » Differenzverstärker" mit vorgeschalteten kompensierten
» Spannungsteilern.
» » (Tasteiler)
» » Deren Berechnung ist wie bei Tastköpfen (Stichwort:
» "frequenzkompensierter
» » Spannungsteiler", Literatur: Schrüfer, Elmar: Elektrische Messtechnik).
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» » 2. Siehe Datenblatt "INA117" von TI!
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» » Es würde mich auch mal interessieren wie die Schaltung von dem
» zerlegten
» » Teil war? Welches Gerät war das (Hersteller)?
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» » Und wie hoch geht die Bandbreite wirklich? Solche Dinger halten oft
» nicht,
» » was sie versprechen.
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» » Bin mal gespannt wie es weitergeht.
» » Meine Überlegungen liegen schon ein paar Jahre zurück, daher habe ich
» die
» » neuen OPs nicht einbezogen. Ich habe das Ganze dann gelassen, weil ich
» » eine vernünftige Bandbreite für zu aufwändig hielt.
» »
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» » VB
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» » E-Müll-Adr.: vollmondbastler ät arcor dot de
»
» Danke für das Schrüfer-Stichwort. Hatte da schon mal rein geschaut, aber
» mit nem anderen Stichwort. Zu Blöd wenn man nicht weis, wie das heißt, was
» man am suchen ist. Ich werde morgen mal die Skizze des Probes an dich
» senden. Dann kann man weiter diskutieren. Veröffentlichen sollte ich die
» ja nicht, oder doch?

Wohl eher nicht.

Gruß,
VB