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Sel(R)

E-Mail

Radebeul,
12.10.2021,
18:47
(editiert von Sel
am 12.10.2021 um 20:22)
 

Hochspannungstastkopf (Elektronik)

Habe mein analoges Meßinstrument (6kOhm und 60mV/10uA für Endausschlag) intern einen 300MOhm Widerstand vorgeschalten. Damit kann ich ohne speziellen Tastkopf 3kV messen, dazu ist die neue Buchse am Meßgerät dran (ich habs schonmal geschrieben). Nun reicht das aber nicht immer, dazu baute ich einen industriellen Tastkopf um (darin also nochmals 300MOhm als Vorwiderstand). So kann ich 6kV messen. Das reicht vorerst für mich.

Allerdings ist mit Widerständen eben nur DC meßbar. Wie erweitere ich meine primitive Schaltung, damit ich auch AC messen kann? Natürlich an einem dafür geeigneten Meßgerät. Ich möchte den Frequenzbereich bis maximal 300kHz messen können, soweit gehen meine Meßgeräte. Klar wird das nicht ganz linear klappen, aber so gut es eben ohne großen Meßpark geht. Nur mit den Widerständen komme ich vielleicht gradeso an die 50Hz Netzfrequenz ran.

Wie stelle ich das an?

LG Sel

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Ich bin ein Elektronikbastler, der ab und zu ein paar Informationen sucht ...

bigdie(R)

12.10.2021,
21:01

@ Sel

Hochspannungstastkopf

»
» Allerdings ist mit Widerständen eben nur DC meßbar. Wie erweitere ich meine
» primitive Schaltung, damit ich auch AC messen kann?
Nö. Ein Spannungsteiler funktioniert bei DC genauso wie bei AC zumindest in niedrigem Frequenzbereich, wo die Induktivität und Kapazität der Widerstände noch keine große Rolle spielt.
Hänge an den Tastkopf ein Multimeter, schalte auf AC und das geht genauso

JBE&M(R)

12.10.2021,
22:03
(editiert von JBE&M
am 12.10.2021 um 22:09)


@ bigdie

Hochspannungstastkopf

» »
» » Allerdings ist mit Widerständen eben nur DC meßbar. Wie erweitere ich
» meine
» » primitive Schaltung, damit ich auch AC messen kann?
» Nö. Ein Spannungsteiler funktioniert bei DC genauso wie bei AC zumindest in
» niedrigem Frequenzbereich, wo die Induktivität und Kapazität der
» Widerstände noch keine große Rolle spielt.
» Hänge an den Tastkopf ein Multimeter, schalte auf AC und das geht genauso

genau so ist es, da hilft dann nur noch Frequenzgangkompensation, und es kommt noch hin zu das wenn die Frequenz größer wird

leider die Belastung abnimmt, gut zu sehen an Oszilloskoptastköpfen 100:1, aber ich glaube bis in den MHz braucht Sel das nicht.

Hier mal was feines.

https://www.compwest.com/Library/PDF-manuals/Tektronix%20P6015%203-90%20small.pdf

Sel(R)

E-Mail

Radebeul,
12.10.2021,
23:26

@ JBE&M

Hochspannungstastkopf

Ich will ja nur bis max. 300kHz. Also brauche ich, mir reichen ja 5...10% Genauigkeit aus, nicht an eine Kompensation zu denken. Das Widerstände bei AC genau wie bei DC funktionieren ist klar, aber ab wann kompensieren, darüber hatte ich mir Gedanken gemacht. Außerdem sind passende Kondensatoren für Betriebsspannungen jenseits 1..2kV teuer, schwer zu bekommen, in der Regel sinds nur Festkapazitäten und groß sind die Dinger auch noch.

Ich werde also erstmal drauf verzichten und sehen was die Praxis bringt.

LG Sel

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Ich bin ein Elektronikbastler, der ab und zu ein paar Informationen sucht ...

Mikee

13.10.2021,
07:07

@ Sel

Hochspannungstastkopf

Hallo Sel,

Du kannst ja mal die Eingangskapazität des Messgeräts messen.
Wenn Dein Tastkopf 1:10 ist, dann sind die Widerstände ja 9:1 (es bleibt 1/10 der Spannung übrig).
Frequenzkompensiert heißt das, dass der Kondensator parallel zum großen Widerstand 9mal
kleiner als der des Messgerätes sein muss. Meist kommst Du mit ein paar Pico-Farad
hin, hier sollte es kein Problem sein, passende spannungsfeste Kondensatoren zu finden.

Mikee

Hartwig(R)

13.10.2021,
09:43
(editiert von Hartwig
am 13.10.2021 um 13:28)


@ Sel

Hochspannungstastkopf (editiert, etwas verständlicher ....)

» Ich will ja nur bis max. 300kHz. Also brauche ich, mir reichen ja 5...10%
» Genauigkeit aus, nicht an eine Kompensation zu denken. Das Widerstände bei
» AC genau wie bei DC funktionieren ist klar, aber ab wann kompensieren,
» darüber hatte ich mir Gedanken gemacht.

Hallo Sel,
es ist zwar richtig - die Widerstände teilen Wechselspannung wie Gleichspannung. Nur kommen jetzt noch die Kabelkapazitäten dazu, zusammen mit den sehr hohen Widerstandswerten ergeben sich da schnell Tiefpässe, deren Wirkung sich bereits im NF-Bereich zeigen wird. Genau deswegen ist bei dem Tek-Tastkopf der Eingangswiderstand direkt im Tastkopf, so hast Du dort eine Eingangskapazität von wenigen pF. Wird der 300Meg Eingangswiderstand hingegen nun über 1m Koax-Kabel an das Instrument angeschlossen, hat das Kabel ~100pF / m, du hast also einen recht wirksamen Tiefpaß. (100pF haben ein Xc von ~1.6Meg bei 1kHz). Hast Du nun einen Tastkopf mit 10pF Tastkopfkapazität bei 300kHz, dann liegt deine Tastkopfimpedanz bei eben über 50kOhm - da spielt der 300M-Widerstand keine Rolle mehr, und die Impedanz ist fast direkt durch die Frequenz bestimmt. Der Kompensationskondensator schafft einen kapazitiven Spannungsteiler, dessen Teilerverhältnis ja jeder Frequenz gleich ist, nur bleibt natürlich die Frequenzabhängigkeit der Gesamtimpedanz des kapazitiven Teilers.
Mit 300MOhm Widerstand im Tastkopf, Koaxkabel und dann 300MOhm Eingangswiderstand macht die die Kabelkapazität ~100pF/m den Teiler zum Tiefpass, der sich nicht unter Beibehaltung einer sehr hohen Impedanz kompensieren läßt . (Selbst bei direkten Messungen mit Eingangsimpedanzen von 1M (Oszi) verursacht z.B. daher der Einsatz nur eines Koax-Messkabels mit zunehmenden Frequenzen (und hohen Quellwiderständen) irgendwann (im MHz-Bereich schon bei 50Ohm Quellwiderstand) erhebliche Fehler).
Durch die Aufsplittung der Widerstände wird es noch etwas komplizierter, für DC mag das gehen, für AC ist das daher keine gute Idee. Also einen hohen Widerstand direkt im Tastkopf mit sehr niedriger Kapazität (die Handkapazität wirkt sich hier aus!!!), dann wie von Mikee beschrieben, eine Kompensationskapaziät berechnen. Du musst daher die Tastkopfkapazität ermitteln. Das Meßgerät sollte man mit einem relativ niedrigen Eingangswiderstand (also die typischen 1MOhm) betreiben (halt die Zeitkonstanten angleichen!) - Grenzen sind gesetzt durch die Tastkopfkapazität (sollte <10pF sein) und die Kabel/Eingangskapazität zwischen Tastkopfwiderstand und Messgerät).
(Für Oszis benutzt man zudem ein spezielles Kabel für Tastköpfe, das hat eine geringe Kapazität und einen Längswiderstand (siehe Angabe 50Ohm/Ft - das ist hier nicht die Kabelimpedanz!) Aber das benötigst Du ja nicht.

Grüße
Hartwig

Sel(R)

E-Mail

Radebeul,
13.10.2021,
10:43

@ Mikee

Hochspannungstastkopf

Danke für die Erklärung, auch beim Posting hier drunter :-)

Ich habe ja eigentlich keine hohen Frequenzen. Meist wird die Maximalfrequenz wie bei einfachen Invertern 50...150kHz sein. Ich möchte ja lediglich bestimmen, mit welcher Hochspannung ich arbeite. Da kommts, wie beschrieben, auf 10% mehr oder weniger nicht an. Und ich kann ja den Sinus vom Trafo, welcher da am Ende die Hochspannubg "erzeugt" auch gleichrichten und mit einem kleinen C sieben. Den Scheitelwert der Wechselspannung vorm Gleichrichter auszurechnen ist ja nicht besonders schwer. So komme ich auch an meinen Meßwert.

Auf jeden Fall baue ich vorerst keine C's in den Tastkopf, der Platz neben dem großen Widerstand reicht da nicht. Habe den 300MOhm-Widerstand (10W) fast geschenkt bekommen und den schönen R wollte ich sinnvoll verwenden. Und er passt wunderbar in den Tastkopf, mehr jedoch nicht.

LG Sel

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Hartwig(R)

14.10.2021,
22:11

@ Sel

Hochspannungstastkopf

» Ich habe ja eigentlich keine hohen Frequenzen. Meist wird die
» Maximalfrequenz wie bei einfachen Invertern 50...150kHz sein. Ich möchte ja
» lediglich bestimmen, mit welcher Hochspannung ich arbeite. Da kommts, wie
» beschrieben, auf 10% mehr oder weniger nicht an. Und ich kann ja den Sinus
» vom Trafo, welcher da am Ende die Hochspannubg "erzeugt" auch gleichrichten
» und mit einem kleinen C sieben. Den Scheitelwert der Wechselspannung vorm
» Gleichrichter auszurechnen ist ja nicht besonders schwer. So komme ich auch
» an meinen Meßwert.
Hallo Sel,
bei so hohen Widerständen wird die AC-Messung problematisch aufgrund parasitärer Kapazitäten.10pF haben bereits ein Xc von um die 300Mohm, damit halbierst Du in Deinem Fall fast die Eingangsimpedanz. Also den Widerstand weit weg von der Hand positionieren, direkt an der Tastkopfspitze. Ich habe hier einen 5kV-Tastkopf aus US-Armeebetänden, der hat eine Eingangskapazität von etwa 5pF, die Eingangskapazität des Multimeters läßt sich abgleichen. D. h, dass Du also selbst für AC-Messung mit 50Hz für definierte und stabile Kapazitäten sorgen mußt. Dazu mußt du keinen Kondensator parallel zum Widerstand im Tastkopf schalten. Dieser Kondensator ergibt sich parasitär aus dem Aufbau und sollte daher so klein wie möglich gehalten werden - eben ohne Beeinflussung durch die Hand. Aber das könntest Du vielleicht auch mit deinem Aufbau erreichen! Die Kompensation kann dann am Eingang zum Meßgerät erfolgen - wie eben beim Tek-Tastkopf (so macht Tek das übrigens auch bei den "normalen" 100MHz-Labortastköpfen). Oder der Kompensationskondensator befindete sich im Meßgerät. Wenn Du das nicht berücksichtigst. wird eine stabile AC-Messung sehr schwer zu erreichen sein, ohne Kompensation wird der Spannungsteiler bei AC mehr oder weniger frequenzabhängig arbeiten, das macht wenig Freude! Andererseits ist der Aufwand wirklich nicht groß - das ist ja kein Tastkopf für ein Oszi.
Grüße
Hartwig
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