Widerstandsmessung gegen Fremdspannnung schützen

[Lukas K. (carrotindustries)]

Hallo Zusammen,
Widerstände werden idR. gemessen, indem man einen konstanten Strom 
anlegt und die Spannung misst. Nun kann es aber bei DMMs sein, dass man 
aus versehenen statt des Widerstandes eine Spannungsquelle anschließt. 
Im schlechtesten Falle wäre das Netzspannung. Nun ist es ja nicht so, 
dass das Problem vollkommen neu wäre. Freundlicherweise hat Agilent im 
Servicehandbuch des 34401A den Schaltplan drin. Den relevanten 
Ausschnitt findet ihr im Anhang. Von Links kommt der Strom aus der 
Stromquelle, rechts geht's über nen Relais auf die HI-Buchse.
Dazu steht geschrieben:

The protection circuits are designed to protect the ohms current source
from inadvertently applied voltages in excess of ±1000 V. Protection
from large positive voltages is provided by the reverse breakdown
voltage of CR202. Protection from large negative voltages is provided by
the sum of the collector to base breakdown voltages of Q203, Q205, Q207,
and Q209. Bias for these transistors is provided by Q211 and R203 to
R206 while negative overvoltages are applied.

Das mit der CR202 ist verständlich, die verhindert, dass Strom in die 
Stromquelle reinfließt, doch wie Q203-Q211 den Stromausgang gegen 
negative Spannungen schützen verstehe ich trotz Beschreibung nicht 
(ganz). Und was macht Der JFET Q211? Dient der der als Stromquelle für 
Q203-Q210?

Q203-Q210 sind MMBT6520L
Q211 ist ein MMBF4117A
und CR202 ist eine GP10Y

Mfg, Lukas

[MaWin (Gast)]

> doch wie Q203-Q211 den Stromausgang gegen negative
> Spannungen schützen verstehe ich trotz Beschreibung nicht

4 Widerstände bilden einen Spannungsteiler,
also 0V, 250V, 500V, 750V, 1000V,
dadurch sieht keine Transistor mehr als 250V Sperrspannung.

In Hin-Richtung fliesst jedoch aus dem Messtrom nur
einmal durch den ersten Transistor stromverstärkt,
dann durch den zweiten Transistor stromverstärkt,
vom Messstrom nur absolut unwesentlicer Strom in diesen
Spannungsteiler ab,
der zudem durch den FET von GND abgekoppelt, wird.

Mich wundert nur, warum es ein NJFET ist.
Immerhin sperrt es bis auf Pikoampere.

[Lukas K. (carrotindustries)]

Danke für deine Antwort, MaWin, jetzt bin ich schon ein bisschen 
schlauer.
MaWin schrieb:
> durch den FET von GND abgekoppelt, wird.
Wie habe ich mir das so genau vorzustellen?

[MaWin (Gast)]

> Wie habe ich mir das so genau vorzustellen?

Der FET leitet nur, wenn eine negative Spannung die Widerstandskette 
unterhalb von Masse zieht und hält damit den ersten Widerstand an 0V.

Im Normalfall (Ohm-Messung) ist die Messspannung immer über 0V,
und der FET, von dem nur die Diode des Gates benutzt wird, sperrt,
er ist eine sehr gute Diode, nur Pikoampere gehen da durch,
allerdings ist er langsam.

[Lukas K. (carrotindustries)]

MaWin schrieb:
>> Wie habe ich mir das so genau vorzustellen?
>
> Der FET leitet nur, wenn eine negative Spannung die Widerstandskette
> unterhalb von Masse zieht und hält damit den ersten Widerstand an 0V.
>
> Im Normalfall (Ohm-Messung) ist die Messspannung immer über 0V,
> und der FET, von dem nur die Diode des Gates benutzt wird, sperrt,
> er ist eine sehr gute Diode, nur Pikoampere gehen da durch,
> allerdings ist er langsam.

Danke, das klingt einleuchtend.
Ist das so zu verstehen, dass wenn der FET zu leiten beginnt, die 
PNP-Transistoren zu sperren beginnen? Wozu braucht man so "zwei Reihen" 
von Transistoren, würde es nicht auch nur eine tun?

[MaWin (Gast)]

Das sind Darlingtons, damit wird der Spannungsteiler weniger belastet 
und kann hochohmig genug bleiben.

[Raimund R. (corvuscorax)]

Luk4s K. schrieb:
> MaWin schrieb:
>>> Wie habe ich mir das so genau vorzustellen?
>>
>> Der FET leitet nur, wenn eine negative Spannung die Widerstandskette
>> unterhalb von Masse zieht und hält damit den ersten Widerstand an 0V.
>>
>> Im Normalfall (Ohm-Messung) ist die Messspannung immer über 0V,
>> und der FET, von dem nur die Diode des Gates benutzt wird, sperrt,
>> er ist eine sehr gute Diode, nur Pikoampere gehen da durch,
>> allerdings ist er langsam.
>
> Danke, das klingt einleuchtend.
> Ist das so zu verstehen, dass wenn der FET zu leiten beginnt, die
> PNP-Transistoren zu sperren beginnen? Wozu braucht man so "zwei Reihen"
> von Transistoren, würde es nicht auch nur eine tun?

Die PNP-Transistoren sind in zwei Fällen leitend und nur in einem 
nicht-leitend:
Im Normalfall sperrt die Gate-Drain- bzw. Gate-Source-Diode vom JFET, 
sodaß der Konstantstrom sich durch die Transistoren und die 
Basis-Spannungsteiler über CR202 bis zum Ausgang und anschließend durch 
den zu messenden Widerstand 'schlängelt'.
Im Fehlerfall mit neg. Fremdspannung wird der als Diode 'missbrauchte' 
Q211 leitend und sorgt über die die Widerstände R203...R206 für 
äquidistante Potentiale an den Transistoren (wie MaWin schon beschrieb). 
Der fließende Konstantstrom aus der Quelle (Emitter Q203) wird aufrecht 
erhalten, sofern z.B. die Fremdquelle diesen Strom fließen lassen kann. 
Hinzu kommt natürlich noch der Anteil, der über die Basisspannungsteiler 
mit einfließt.
Im Fehlerfall mit pos. Fremdspannung blockt CR202 allein die 
Fremdspannung ab.

[Lukas K. (carrotindustries)]

Danke für eure antworten. In LTSpice konnte ich das ganze nachvollziehen 
:) Servicehandbücher von Messgeräten sind tatsächlich eine Exzellente 
Quelle für schaltungstechnische Inspiration :)