Ich kann mich nicht entscheiden welchen der gezeigten Eingangsteiler ich
einsetzen soll.
Version 1:
+ definierter Eingangswiderstand
+ gut einstellbar
+ Strom über Relaiskontakte
- aufwändig
- nur über Relais mit 2xUM realsisierbar
- hoher Platzbedarf
Version 2:
+ definierter Eingangswiderstand
+ wenige Bauteile
+ einfache Umschaltrelais oder Readrelais
- kein Strom über Relaiskontakte > könnte das Probleme geben?
Version 3:
+ wenige Bauteile
+ mit Readrelais oder Analogschaltern umschaltbar
- nicht so ganz definierter Eingangswiderstand / Eingangskapazität
--- extrem eingeschränkte Bandbreite bei kleinen Teilverhältnissen
- eventuell großes Rauschen durch hohen R2
Die Randbedingungen wären:
- Impedanz 10Mohm / 3pF
- Teiler 1:1, 1:10, 1:100
- Eingangsspannung max. 60Vdc / 120Vpp
- möglichst keine Änderung der Eingangsimpedanz
- möglichst geringe Temperatureinflüsse (Thermospannungen an
Relaiskontakten?)
Wäre Variante 2 auch mit PhotoMos möglich? Ich hätte noch ein paar
AQV257. Oder ist dafür der Dunkelstrom zu groß (lt. Datenblatt <1µ,
müßte man wahrscheinlich mal durchmessen, wieviel es wirklich ist)?
Könnte es bei Variante 2 Probleme mit den Relaiskontakten geben? Laut
Datenblatt sind z.B. für ein Omron G6A-234P min. 10µA angegeben, was
passiert darunter?
Ach stimmt: 100kHz wäre nett, 20kHz sollten es mindestens sein.
Das klingt jetzt nicht so viel, aber Variante 3 schafft das laut Simu
nicht in jeder Teilereinstellung (um 1kHz bei Teiler 1:1, 10kHz bei
Teiler 1:10). Schuld dürfte der 10Mohm Widerstand in Verbindung mit der
Eingangskapazität sein.
Variante 1 und 2 schaffen laut Simu um die 1MHz, da ist der OPA2340 das
begrenzende Element.
Die 3 pF Eingangskapazität wird man mit dem OP2340 nicht bei 1:1
erreichen können. Der OP kommt schon auf wenigstens 6 pF. Dazu kommen
dann noch parasitäre Kapazitäten.
Die Photomos dürften von den Leckströmen und der internen Kapazität wohl
nicht in Frage kommen.
Es hängt von den Relais ab, ob man damit auch sicher sehr kleine Ströme
schalten kann. Mit passenden Kontakten geht das.
Version 3 hat im Modus als 1:1 "Teiler" recht viel Rauschen und ist
damit oft unbrauchbar.
Besser wäre da schon eine weitere Möglichkeit: per Relais einen Teiler
zwischen 1:1 und 1:100 umschalten, und dann für 1:10 das Signal noch
einmal 10 fach zu verstärken.
Mit einem OP der ein +-12 V Signal verarbeiten kann, käme man mit einem
1:10 Teiler vorne aus, und könnte dann ggf. am Ausgang noch einmal 1:10
Teilen.
Ulrich H. schrieb:> Die 3 pF Eingangskapazität wird man mit dem OP2340 nicht bei 1:1> erreichen können.
Stimmt, aber mit 10p im 1:1-Bereich könnte ich leben. Mir geht es um
eine möglichst geringe Beeinflussung der (nicht spezifizierten) Quelle.
Ulrich H. schrieb:> Die Photomos dürften von den Leckströmen und der internen Kapazität wohl> nicht in Frage kommen.
Ähm ja, die 1.3pF waren dummerweise zwischen Eingang und Ausgang, und
nicht wie ich annahm über dem Schalter. Muss ich mal ausmessen, dito die
Ströme. Der obere PhotoMos muss ja 60V sperren und sollte dabei im
nA-Bereich bleiben. Ich hab aber auch keine andere Idee, die anzuordnen.
Ulrich H. schrieb:> Es hängt von den Relais ab, ob man damit auch sicher sehr kleine Ströme> schalten kann.
Macht es einen Unterschied, ob die Relais im (sehr geringen) Strom
liegen (Variante 1) oder stromlos die Spannung schalten (Variante 2)?
Ich mein, die Messbereichsumschalter in Multimetern arbeiten auch
meistens nach Variante 2.
Welche Variante induziert denn die geringsten Störungen (Rauschen,
Thermospannung)?
> Mit passenden Kontakten geht das.
Für die Omron sind AgPd+Au angegeben. Das sind ja schon
Kleinsignalrelais. Für Variante 2 wären auch 3 Reedrelais denkbar, aber
für Variante 1 bräucht ich dann 8 Stück pro Kanal, das wird etwas
aufwendig.
Also, "Version 2" rauscht viel zu stark aufgrund des 10M Widerstands und
scheidet damit aus.
In "Version 3" sind die Analogschalter durch Überspannungen gefährdet.
Man kann zwar den Spannungsteiler so auslegen, daß er große Spannungen
aushält, aber für die Analogschalter dürfte das zuviel sein.
"Version 1" ist der Klassiker. Bei richtiger Dimensionierung sogar
kaskadierbar. Setzt allerdings sehr kleine Streukapazitäten bei den
Umschaltern voraus. Andernfalls müssen die Kompensationscaps vergrößert
werden. 3,3p ist ein wenig klein. Üblich sind eher um die 10p. Außerdem
sollten sie abgleichbar sein. Reale Schaltungen haben übrigens noch
weitere Abgleichcaps, parallel zu den Spannungsteilern nach Masse...
"Version 2" kann ausprobiert werden. Allerdings ist eine Schaltung mit
nur zwei Umschaltern Murks, weil sonst die Eingangsimpedanz für die
verschiedenen Meßbereiche stark unterschiedlich ist. Da muß schon ein
Umschalter für jeden Meßbereich hin.
Wieder sind die Caps wohl zu klein. 10p statt 3,3p, und die anderen
entsprechend, macht mehr Sinn. Außerdem sollten die beiden oberen Caps
abgleichbar sein.
Der Schutzwiderstand vor dem OPA2340 ist etwas groß. Mach ihn kleiner
und setzte zusätzlich Schutzdioden zu den Rails ein. Die BAV199 bietet
sich an.
Ein Abgleich des Spannungsteilers mit Abgleichcaps ist übrigens nicht
erst bei HF erforderlich. Die beteiligten Zeitkonstanten sind nämlich
schon im kHz-Bereich wirksam...
Ich bin verwirrt...
Kai Klaas schrieb:> Also, "Version 2" rauscht viel zu stark aufgrund des 10M
Meinst Du Version 3?
> In "Version 3" sind die Analogschalter durch Überspannungen gefährdet.
Solltest Du hier Version 2 meinen, die Relais sollten das aushalten. Die
PhotoMos (Version 2b) können 200V, zu klären ist nur, wie hoch der
Sperrstrom bei 60V und wie hoch die Kapazitäten sind.
> "Version 2" kann ausprobiert werden. Allerdings ist eine Schaltung mit> nur zwei Umschaltern Murks, weil sonst die Eingangsimpedanz für die> verschiedenen Meßbereiche stark unterschiedlich ist.
Das verstehe ich nicht, meinst Du die Kapazitäten an den
Relaiskontakten?
>Meinst Du Version 3?
Ja. Sorry...
>Solltest Du hier Version 2b meinen...
Ja. Sorry...
>Die PhotoMos (Version 2b) können 200V, zu klären ist nur, wie hoch der>Sperrstrom bei 60V und wie hoch die Kapazitäten sind.
Ist trotzdem etwas knapp, wenn du ESD berücksichtigst...
>Das verstehe ich nicht, meinst Du die Kapazitäten an den>Relaiskontakten?
Naja, wenn du mit K7 1:1 wählst, kannst du den unteren Umschalter (K6)
nicht abschalten...
Kai Klaas schrieb:> Naja, wenn du mit K7 1:1 wählst, kannst du den unteren Umschalter (K6)> nicht abschalten
Und habe eine parasitäre Kapazität parallel zu C7 durch die
Relaiskontakte.
Allerdings habe ich bei Variante 1 auch parasitäre Kapazitäten zu C1 und
C2 in der gezeigten Kontaktstellung, nur mit dem halben Wert, da zwei
Kontakte in Reihe liegen.
Ich werde Variante 1 nehmen, wenn Du mir noch sagst, dass die Omrons
dafür gehen. ;-)
Doppelte Kontaktpaare haben die sowieso, damit sind es nur 2 Cs und 2 Rs
mehr (gut, es werden mehrere Rs kombiniert, um auf die Werte zu kommen).
Welche Variante ist denn nun bezüglich Thermospannungen günstiger? Bei
Variante 2 habe ich im empfindlichen Bereich (1:1) nur einen
Relaiskontakt (AgPd), bei Variante 1 habe ich 4 Kontakte, die aber
paarweise symmetrisch liegen, heben sich da die Thermospannungen auf,
oder vervierfachen die sich?
Es gibt Spezialrelais für niedrige Thermospannungen und
Trockenschaltungen. SDS hatte früher feine Teile, Kontakte mit massiver
Goldauflage und in Schutzgasatmosphäre.
Teiler-Vergl-01.png
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