Impedanzwandler mit extrem geringer Eingangskapazität

@F. P. (pl504)

>Wenn man beispielsweise einen RTC-Oszillator direkt am Uhrenquarz
>oszillographieren möchte, braucht man ja nicht mit dem passiven
>Oszi-Tastkopf rangehen (viel zu hohe Kapazität,

Ja.

> zu niederohmig),

Nein. 10M sind da kein Problem.

>Messung viel zu stark verfälscht würde. Aktive Tastköpfe sind meist noch
>niederohmiger (1M || 1p) und damit auch ungeeignet.

Sehe ich nicht so.

>Gibt es Möglichkeiten, die Eingangskapazität eines wie auch immer
>gearteten Spannungsfolgers noch weiter herunterzuschrauben, z.B. auf
>0,1p?

0,1pF? Das wird SEHR sportlich.

> Wo ist das Ende der Fahnenstange erreicht?

Keine Ahnung. Ich würde 1pF in Reihe zu einem normalen 10:1 Tastkopf 
schalten, damit kommt man auf knapp unter 1pF Gesamtkapazität. Mit dem 
sehr kleinen Pegel muss man dann halt leben.

Derartige ultra low capacity probes sind mir nicht bekannt.

Ja man kann die Eingangskapazität auf fast 0pF verringern indem man 
mögichst nahe an v=1 an der Source kommt und zusätzlich die Spannung am 
Drain auch mit v=1 mitzieht. Damit wirken Cgs und Cgd praktisch nicht 
mehr.
Allerdings bleiben da immer noch die Zuleitungskapazitäten. Die lassen 
sich auch verringern indem man den Schirm statt auf Masse auch mit v=1 
mitzieht. Natürlich ist man mit den Maßnahmen auch nahe am Punkt an dem 
die Schaltung anfängt zu schwingen.

Das hört sich sehr interessant an, hast Du eine Schaltungsskizze?

Schau mal hier auf der 3. Seite.

Ultra-High Z-IN AC Unity Gain Amplifier
http://www.ti.com/lit/an/snoa620/snoa620.pdf

"Nothing is left to chance in reducing input capacitance."
Ausgezeichnet, besten Dank!

...und dann noch frei in Luft verdrahten ohne Platine. Eine Abschirmung 
ausreichend weit weg davon ist empfehlenswert.

Gruß   -   Werner

Habe die Schaltung mal in Pspice reingeknallt, einen LF356 schlägt sie 
nicht (oder die Simulation/Einstellungen/Modelle taugen nix).

100M Impedanz bei 32 kHz sind (noch) nicht zu erreichen. Da der 
Oszillator selbst weniger als 100 nA zieht, wäre das schon sehr deutlich 
zu merken.

Abgeglichen werden soll nix, die Frequenz ist nebensächlich (ich würde 
an sowas auch ganz anders herangehen). Es geht um direkte, möglichst 
wenig verfälschende Messungen am Oszillator.

@Günter Lenz:
Wenn der gesamte Oszillator 30 nA zieht, zwingste ihn mit 10M gnadenlos 
in die Knie. Selbst 1 pF Last hat starke Auswirkungen auf die 
Stromaufnahme, man berechne nur mal den Blindwiderstand bei 32 kHz...

ArnoR schrieb:
> F. P. schrieb:
>> Habe die Schaltung mal in Pspice reingeknallt, einen LF356 schlägt sie
>> nicht (oder die Simulation/Einstellungen/Modelle taugen nix).
>
> Manchmal sind die OPV-Modelle fehlerhaft und haben keine
> Eingangskapazität, bin da auch schon mal reingefallen.
Beim LF356-Modell (von TI) ist Eingangskapazität vorhanden. Man sieht 
auch einen deutlichen Wechselstrom, da kann man die 6 pA DC unter den 
Tisch fallen lassen.

> Die Schaltung ist auch nicht sonderlich gut. Die Verstärkung zu Source
> ist deutlich unter 1, was Cgs nicht gut reduziert, und beim
> Emitterfolger ist Vu auch merklich kleiner 1, und daraus wird ja dann
> erst das Bootstrap-Signal für den Drain gewonnen.
Bin für Schaltungsverbesserungen immer offen.

> Der 2N3644 ist real übrigens ein pnp.
Habe ich mich auch schon gewundert, da muß ein anderer rein.

Famos!
So recht steige ich da noch nicht durch mit JFETs...
Laut Pspice hat Deine Schaltung 122 MOhm bei 32 kHz, rechnerisch sind 36 
fF 135 MOhm bei 32 kHz, dürfte also ungefähr hinkommen.

Die DC-Kopplung finde ich auch nicht schlecht. :)

@ Stromberg B. (Gast)

>Mal ganz doof gefragt, warum muss man unbedingt unter 1pF am Eingang
>haben?

Weil man den Quarz extrem wenige belasten will/muss.

>Man kann doch auch nach dem hochohmigen Eingangswiderstand (1M)
>niederohmig abschließen (10k). Dann erhält man zwar nur 1/100stel der
>Signalspannung,

Ja.

> aber die kann man doch wieder um den Faktor 100
>verstärken.

Jain, dein Rauschabstand ist dann aber im Eimer.

>Dadurch würde doch die Schaltung deutlich einfacher ausfallen. Die
>Grenzfrequenz beträgt hier übrigens immerhin 16MHz.

Dream on ;-)
googel frequenzkompensierter Spannungsteiler streukapazitäten

@ArnoR (Gast)

>    LowCapBuffer2.png

Naja, Papier und LTSpice sind geduldig. Wer baut das mal REAL auf und 
mißt nach, was da WIRKLICH rauskommt? Denn bei dem Ding spielt das 
Layout eine extrem wichtige Rolle.

@ ArnoR (Gast)

>modifizierter Art in einem Photosensor bei mir in Betrieb und erreiche
>damit stabil eine äquivalente Eingangskapazität von ~100fF.

Das ist schon sehr beachtlich aber weit weg von den theoretisch 
gepriesenen 10fF oder 36fF ;-)

Grau teurer Freund, ist alle Theorie, doch grün des Lebens goldner Baum.

Wenn Du am Oszillator messen willst/mußt, etwa die Amplitude, Phase, 
Arbeitspunkt, Verzerrung usw., kannst Du kein abgeleitetes Signal 
messen, was hinten irgendwo aus dem nachgeschalteten Digitalteil 
herausgeklappert kommt. Sondern da mußt Du wirklich ran an den Quarz, 
natürlich mit unvermeidlichen Beeinflussungen.

Ich finde die Schaltungsvorschläge/-vorstellungen super, vielleicht baue 
ich mir bei Gelegenheit mal was nach.

W.S. schrieb:
> Bei allen Uhren ist der 32 kHz Oszillator so unsäglich hochohmig und
> empfindlich gegen schlichtweg alles, daß man nach anderen Lösungen
> suchen muß. Das Einzige, was man eventuell hinkriegt ist, an irgend
> einer anderen Stelle z.B. Sekundenimpuls-Ausgang oder Backplane des LCD
> oder so ein Signal abzugreifen.

Ach was. Empfindliches Ultraschallmikrofon und ein Bandpaßfilter bei 32 
Komma nochwas Kilohertz. Oder gleich digital aufbereiten. 96kHz 
Abtastrate von Audio-Equipment könnten etwas knapp werden, aber es gibt 
ja auch besseres.