Hallo Zusammen,
mich plagt seit einiger Zeit folgendes Problem:
Ich habe eine bis zu 1000V hohe Wechselspannung (10khz-2Mhz) und möchte
diese über einen hochohmigen Spannungsteiler auf bis zu 10V herabsetzen.
Erster Gedanke: Spannungteiler. Einfach dachte ich...
Um den Strom gering zu halten, habe ich mich für 1MOhm und 10kOhm in
Reihe entschieden und über den 10kOhm-Widerstand meinem "kleine"
Spannung abgegriffen. Da bei 1000V und 1,01MOhm immer noch ca. 1W an
Verlustleistung anfallen, habe ich 1W-Metallschichtwiderstände genommen.
Ich dachte, das ist besser als mit Drahtwiderständen, da diese ja wie
eine Induktivität wirken. Die zwei Widerstände zusammen mit zwei
BNC-Buchsen in ein großzügiges Alugus-Gehäuse zur Abschrimung.
Soweit hat das auch gut funktioniert. Mich hat bis vor Kurzem auch nur
die Frequenz des Signals hinter dem Spannungsteiler interessiert und
nicht die Amplitude (solange sie unter 10-12V bleibt und die
nachgeschalteten OP's nicht zerstört).
Nun wollte ich hinter den Spannungsteiler noch eine weitere Schaltung
setzen, um die Amplitude der Wechselspannung zu messen. Die Schaltung
besteht im Wesentlichen aus einem Koppelkondensator, einer Diode, einem
Glättungskondensator mit Widerstand (zum Entladen) und einem "0815-OP"
(LM385) zur Impedanzwandlung der Gleichspannung. Die Schaltung
funktioniert auch tadellos und ich bekomme, wenn ich einen
Frequenzgenerator als Quelle nehme und direkt anschließe einen wunderbar
linearen Zusammenhang zwischen der Gleichspannung am Ausgang und der
Eingangsamplitude am Eingang der Schaltung.
In Kombination mit meinem Spannungteiler war auf einmal aber nichts mehr
linear. Durch ein paar weitere Experimente habe ich nun herausgefunden,
dass der Spannungteiler als "astreiner" Tiefpass funktioniert. Was weder
berücksichtigt war, noch sein darf!!!
Ich habe nun noch ein paar weitere Spannungsteiler mit "kleineren"
Widerständen aufgebaut, aber so ganz kriege ich das Tiefpassverhalten
nicht raus.
Nun hatte ich die Idee, das ganze noch einmal in SMD aufzubauen, dann
aber mit 20MOhm oder höher (Verlustleistung geringer) und damit das
ganze auch belastbar wird und die nachgeschalteten Schaltungen das
Teilerverhältnis nicht beeinflussen mit einem schnellen OP (z.B. LT1363)
dahinter. Nur bevor ich wieder neue Bauteile bestelle, wollte ich erst
einmal hier nachfragen.
Was haltet ihr davon??? Vor allem: welche Sorte Widerstände sind für
HF-Anwendungen am besteb geeignet. Ich bin mit meinem Latain ziemlich am
Ende.
Zusammenfassend: Ich brauche einen Spannungsteiler ca. 100:1 der
unabhängig von der Frequenz (10khz-2Mhz) und unabhängig der
Eingangsspannung (bis 1000V) ein konstantes Teilerverhältnis aufweist
und außerdem auch keine Phasenverschiebung hat.
Für produktive Vorschläge wäre ich sehr sehr dankbar.
Grüße
Rainer
Ein Schaltplan sagt mehr als tausend Worte :-) (gezählt hab ich nicht)
Dein Aufbau wäre auch interessant, grad um parasitäre Kapazitäten und
ähnliches abzuschätzen.
Rainer schrieb:> Ich habe nun noch ein paar weitere Spannungsteiler mit "kleineren">> Widerständen aufgebaut, aber so ganz kriege ich das Tiefpassverhalten>> nicht raus.
Was vorherzusehen war.
Weil Du die Kompensationskapazitäten nicht mit eingebaut hast.
google mal: tektronix theory of probes
Rainer schrieb:> Ich habe eine bis zu 1000V hohe Wechselspannung (10khz-2Mhz) und möchte> diese über einen hochohmigen Spannungsteiler auf bis zu 10V herabsetzen.
Da der Bau solcher Spannungsteiler nicht ganz trivial ist, würde ich
Dir empfehlen, einen fertigen Hochspannungstastkopf zu nehmen.
Gruss
Harald
Rainer schrieb:> Zusammenfassend: Ich brauche einen Spannungsteiler ca. 100:1 der> unabhängig von der Frequenz (10khz-2Mhz) und unabhängig der> Eingangsspannung (bis 1000V) ein konstantes Teilerverhältnis aufweist> und außerdem auch keine Phasenverschiebung hat.
Du solltest das noch etwas genauer spezifizieren:
- Was ist die Genauigkeit bzw. Toleranz, die erreicht werden soll
- Soll ein reines Sinus-Signal mit bis zu 2 MHz gemessen werden oder
können da auch steile Flanken drin sein? Hast du tatsächlich eine
Amplitude von 1000V und gleichzeitig die Frequenz von 2 MHz? Oder ist
ein Derating erlaubt, also dass die Amplitude ab z.B. 100 kHz kleiner
wird.
- Wie muss die Eingangsimpedanz sein bzw. wie belastbar ist deine
Signalquelle? Selbst profesionelle Hochspannungstastköpfe mit z.B. 7,5
pF Eingangskapazität haben bei 2 MHz nur noch ca. 10 kHz
Eingangsimpedanz. Vielleicht ist das die Ursache für das beobachtete
Tiefpassverhalten.
Es gibt keinen Spannungsteiler, der unabhängig von der Frequenz und
unabhängig von der Eingagnsspannung ist! Sag lieber, wie groß die
erlaubte Abweichung bzw. nichtlinearität sein darf.
Wenn der Frequenzgang einem Tiefpass erster Ordnung entspricht, dann
kann man das durch eine Kalibrationsmessung feststellen und relativ
einfach zurückrechnen.
Harald Wilhelms schrieb:> Da der Bau solcher Spannungsteiler nicht ganz trivial ist, würde ich> Dir empfehlen, einen fertigen Hochspannungstastkopf zu nehmen.> Gruss
Ein Spannungsteiler für 1000V ist eigentlich nicht besonders schwierig,
ein Spannugnsteiler für 2 MHz auch nicht. Das Problem ist, wenn man
beides gleichzeitig braucht.
Da ist der Ansatz mit hochohmigen Widerständen und einem
nachgeschalteten OP schon sinnvoll, zusätzlich sollten noch die
Kapazitäten kompensiert werden.
Ihr seid ja schnell :)
Mit einem Schaltplan kann ich nicht dienen. Zumindest nicht für den
Spannungsteiler. Das sind nur zwei Widerstände in einem Kasten.
An den Spannungsteiler angeschlossen ist eine analoge Schaltung zur
Ermittlung einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung. Die
Eingänge der Schaltung sind hochohmig. Das notwendig "Stromsignal" kommt
von einer Stromzange (Tektronix P6021).
Allgemein dient der Aufbau dem Messen einer Phasenverschiebung zwischen
Strom und Spannung an einem Piezoaktor. Das klappt auch. Auch mit dem
eher bescheidenen Spannungsteiler.
Jetzt sollte noch eine Möglichkeit zur Messung der Amplitude hinzu
kommen. Dazu habe ich "quick&dirty" einen Gleichrichter mit Verstärker
aufgebaut (siehe Schaltplan). Der funktioniert auch! Mal abgesehen
davon, dass der Eingang der Schaltung nicht hochohmig ist (soll noch ein
OP davor). Aber da eignet sich der Spannungsteiler nicht. Wahrscheinlich
ist es wirklich das Beste, einen fertigen Tastkopf zu nehmen. Ist aber
in dem Fall nicht erwünscht.
Wie sähe denn ein Spannungsteiler (mit Kompensationskapazität & Co.) und
welche Art Widerstände ist für eine solche Anwendung am besten geeignet?
Das das nicht trivial ist, habe ich mittlerweile auch herausgefunden :-)
Aber: Unter "tektronix theory of probes" finde ich nichts passendes.
Rainer schrieb:> Das sind nur zwei Widerstände in einem Kasten.> bis zu 1000V hohe Wechselspannung
Hab ich irgendwie geahnt.
Haben denn deine Widerstände überhaupt die benötigte
Spannungsfestigkeit?
Hallo Johannes,
Johannes E. schrieb:> Du solltest das noch etwas genauer spezifizieren:>> - Was ist die Genauigkeit bzw. Toleranz, die erreicht werden soll>> - Soll ein reines Sinus-Signal mit bis zu 2 MHz gemessen werden oder> können da auch steile Flanken drin sein? Hast du tatsächlich eine> Amplitude von 1000V und gleichzeitig die Frequenz von 2 MHz? Oder ist> ein Derating erlaubt, also dass die Amplitude ab z.B. 100 kHz kleiner> wird.
Es wird ein reiner Sinus gemessen. Nichts überlagert oder moduliertes
o.ä.
>> - Wie muss die Eingangsimpedanz sein bzw. wie belastbar ist deine> Signalquelle? Selbst profesionelle Hochspannungstastköpfe mit z.B. 7,5> pF Eingangskapazität haben bei 2 MHz nur noch ca. 10 kHz> Eingangsimpedanz. Vielleicht ist das die Ursache für das beobachtete> Tiefpassverhalten.
Die Signalquelle ist sehr belastbar. Ein 800Watt Breitbandverstäker
(10khz bis 3Mhz) mit einstellbarer Ausgangsimpedanz (derzeit 50 Ohm).
Der Spannungsteiler soll parallel zu einem an den Verstärker
angeschlossenen Piezoaktor geklemmt werden.
>> Es gibt keinen Spannungsteiler, der unabhängig von der Frequenz und> unabhängig von der Eingagnsspannung ist! Sag lieber, wie groß die> erlaubte Abweichung bzw. nichtlinearität sein darf.
Am liebsten wäre mir 100% linear :) Das lässt sich am leichtesten
rausrechnen. Aber das geht in der Praxis wohl nicht :-)
>> Wenn der Frequenzgang einem Tiefpass erster Ordnung entspricht, dann> kann man das durch eine Kalibrationsmessung feststellen und relativ> einfach zurückrechnen.>
Das stimmt. Ich habe nur gehofft, dass man das irgendwie umgehen kann.
>> Da ist der Ansatz mit hochohmigen Widerständen und einem> nachgeschalteten OP schon sinnvoll, zusätzlich sollten noch die> Kapazitäten kompensiert werden.
Wie dimensioniere ich denn am besten die Kompensation der Kapazitäten?
Floh schrieb:> Haben denn deine Widerstände überhaupt die benötigte> Spannungsfestigkeit?
Gerade so. Die sind mit 500V angegeben. Das heist bei zwei Stück ist das
gerade knapp an der Grenze.
Ich sollte vielleicht hinzufügen, dass das Signal immer nur für einige
Sekunden anliegt. Ist zwar für die Spannungsfestigkeit irrelevant, aber
für die Erwärmung interessant.
Rainer schrieb:> Wie sähe denn ein Spannungsteiler (mit Kompensationskapazität & Co.) und> welche Art Widerstände ist für eine solche Anwendung am besten geeignet?> Das das nicht trivial ist, habe ich mittlerweile auch herausgefunden :-)
Als Spannungsteiler ist ein Widerstandsnetzwerk ideal, bei dem beide
Widerstände auf einem Kerik-Träger sind (Hybrid-Technik). Dann hat man
kein Problem mit der Temperaturdrift. Für ein Einzelstück lohnt sich das
vermutlich nicht, wenn das aber ein Serienprodukt werden soll, könnte
man da schon drüber nachdenken.
Die Firma Rohrer in München vertreibt Bauteile von Mini-Systems, die
können Dich da beraten:
http://www.rohrer-muenchen.de/index.php?parentid=48
Wie ist denn die Stückzahl bzw. warum darf kein fertiger Tastkopf
eingebaut werden?
Die Kompensationskapaziät soll die Eingangskapazität des
Operationsverstärkers kompensieren und wird zum "oberen" Widerstand des
Spannunsteilers parallel geschaltet. Das Verhältnis der Kapazitäten ist
dabei der Kehrwert des ohmschen Teilerverhältnisses. In der Praxis macht
man die Kapazität etwas großer und gleicht das dann mit einem
Trimm-Kondensator parallel zum OP-Eingang ab.
Rainer schrieb:> Gerade so. Die sind mit 500V angegeben.
Das kann aber auch bedeuten, dass die Widerstände bei dieser Spannung
gerade so nicht kaputt gehen, die Linearität aber schon ziemlich
schlecht ist. Bei Präzisionswiderständen mit 0,1% Toleranz ist meistens
auch angegeben, wie groß die Spannung am Widerstand sein darf, damit der
Linearitätsfehler kleiner als 0,1% ist oder es ist direkt der Fehler in
ppm/V angegeben.
Dann kannst Du ausrechnen, wie viele Widerstände in Reihe geschaltet
werden müssen. Bei Reihenschaltung ist dann aber das Problem, dass man
zwischen den einzelnen Widerständen auch wieder eine Kapazität gegen
Masse hat, die dann zusätzlich kompensiert werden muss, das ist also
keine so ideale Lösung.
Siehe dazu auch diesen Thread:
Beitrag "Eigenbautastköpfe"
Wenn Du nur Wechselspannungen messen willst nimm einfach einen
kapazitiven Spannungsteiler. Also z.B 5p/5n -> 1000:1. Solche
5p Kondensatoren werden gelengentlich im ebay angeboten. Ich
hatte so was mal für 5KV 13,56Mhz gebaut. Den Hochspannungs-C
kann man auch selbst bauen:
----- Nachbau auf eigene Gefahr, keine Haftung-------
CU-Installtionsrohr.
Entstück drauflöten.
In die Offene Seite ein Draht in Expoxy eingiessen.
Der Harz muss allerdings entgast werden, sonst knallst
nach einer weile. (weil sich in den Luftbläschen
Glimmentladungen bilden)
Hallo Rainer,
> Gerade so. Die sind mit 500V angegeben. Das heist bei zwei Stück ist das> gerade knapp an der Grenze.
Na, wenn einer 1MOhm und eine 10kOhm gross ist, dann haste den 1MOhmer
schon ueberlastet! Ueber dem liegen naemlich ca. 990V
Gruss
Michael
Michael Roek schrieb:> Na, wenn einer 1MOhm und eine 10kOhm gross ist, dann haste den 1MOhmer> schon ueberlastet! Ueber dem liegen naemlich ca. 990V
Ich weiß! Bis jetzt habe ich auch nur mit Spannungen bis 300V
experimentiert. Wirklich glücklich bin ich mit dem gesamten Aufbau auch
nicht.
Ich hatte auch einmal mehrere Widerstände in Reihe geschaltet, aber wie
Johannes ja bereits geschrieben hat, habe ich dann (noch mehr) Probleme
mit den Kapazitäten.
Entschuldigt bitte meine dummen Fragen, aber das ist eigentlich
überhaupt nicht mein Fachgebiet. Das ganze ist ein Teil meiner
Diplomarbeit und mit analoger HF-Technik hatte ich bisher nicht viel zu
tun. Der Aufbau des Spannungsteilers/Tastkopfes ist auch eigenltlich
garnicht meine Aufgabe. Meine Aufgabe ist die spätere (größtenteils
digitale) Verarbeitung der Daten usw... . Aber wie es halt so ist, ist
jetzt auch dieser Teil an mir hängen geblieben. Einer muss halt immer
der Dumme sein ;-)
Das gesamte Projekt umfasst noch ein wenig mehr und ist auch eigentlich
schon fast fertig.
Johannes E. schrieb:> Wie ist denn die Stückzahl bzw. warum darf kein fertiger Tastkopf> eingebaut werden?
Es gibt nur ein Gerät. Sozusagen eine Spezialanfertigung. Da der
Stromtastkopf schon 1300€ gekostet hat, ist einfach nicht mehr soviel
Geld für einen vernünftigen Tastkopf für die Spannung da.
Ich werde jetzt folgendes machen: Einen weiteren Widerstand in Reihe
schalten (zwecks Spannungsfestigkeit). Über die zwei oberen Widerstände
eine Kapazität zur Kompensation anbringen. Eine Kalibrierungstabelle
Teilerverhältnis in Abhängigkeit der Frequenz erstellen. Schauen, ob die
Kennlinie bei unterschiedlichen Spannungen "nahezu" gleich bleibt.
Wenn das einigermaßen klappt, muss ich halt zusehen, dass ich den
entstehenden Fehler in der Verarbeitung später rausrechnen kann.
Ist zwar nicht schön, aber mir fällt jetzt so auf die Schnelle nichts
besseres ein...leider.
edgar schachler schrieb:> Wenn Du nur Wechselspannungen messen willst nimm einfach einen> kapazitiven Spannungsteiler.
Ich fürchte das geht leider nicht da die von die angesprochenen
Kondensatoren zu groß sind.
Rainer schrieb:>> Wie ist denn die Stückzahl bzw. warum darf kein fertiger Tastkopf>> eingebaut werden?> Es gibt nur ein Gerät. Sozusagen eine Spezialanfertigung. Da der> Stromtastkopf schon 1300€ gekostet hat, ist einfach nicht mehr soviel> Geld für einen vernünftigen Tastkopf für die Spannung da.
Einen guten 100:1 Tastkopf bekommt man schon für weniger als 100 Euro,
z.B.:
http://de.farnell.com/pmk/phv1000/passiv-tastkopf-400mhz-100-1/dp/1552766
Das sollte in so einem Projekt doch noch drin sein...
Du könntest evtl. mal beim Hersteller (www.pmk.de) freundlich anfragen,
ob sie dir vielleicht den eigentlichen Hochspannungsteiler ohne Gehäuse
und Kabel verkaufen.
Das ist eine relativ kleine Firma, die machen das vielleicht schon.
Danke Johannes!
Du hast recht. 69€ sind noch da. Ich werde morgen einmal Kontakt mit der
Firma aufnehmen. Mir läuft mittlerweile die Zeit weg und da ist es wohl
besser etwas fertiges zu nehmen.
Zwei dumme Fragen habe ich aber noch:
- Im Datenblatt ist ein Diagramm bzgl. "Voltage Derating". Was genau
will mir diese Graphik sagen? Dass ab 500khz die zulässige Spannung
sinkt???
- Da die -3dB-Grenze erst bei 400Mhz erreicht ist, gehe ich einmal davon
aus, dass ich bis 2Mhz noch mit dem Teilerverhältnis 100:1 rechnen darf?
Rainer schrieb:> - Im Datenblatt ist ein Diagramm bzgl. "Voltage Derating". Was genau> will mir diese Graphik sagen?
Sie besagt, das Du bei 2MHz keine 1000V mehr anlegen darfst, sondern
nur noch ca. 750V. Bei der Messgenauigkeit: Lass Dich nicht durch
niedrige dB-Werte täuschen. 1dB entspricht etwa 10% Fehler!
Gruss
Harald
Harald Wilhelms schrieb:> Rainer schrieb:>>> - Im Datenblatt ist ein Diagramm bzgl. "Voltage Derating". Was genau>> will mir diese Graphik sagen?>> Sie besagt, das Du bei 2MHz keine 1000V mehr anlegen darfst, sondern> nur noch ca. 750V.
Ja, richtig. Aber das ist der RMS-Wert. Es reicht also gerade noch für
1000V Amplitude; oder sind deine 1000V auch RMS?
Rainer schrieb:> - Da die -3dB-Grenze erst bei 400Mhz erreicht ist, gehe ich einmal davon> aus, dass ich bis 2Mhz noch mit dem Teilerverhältnis 100:1 rechnen darf?
Ja, das würde ich auch so interpretieren, wobei die Toleranz +/- 1% ist.
Wichtig ist aber die korrekte Kompenaation, nur dann werden diese Werte
eingehalten. So ein Tastkopf wird normalerweise an ein Oszi
angeschlossen mit 1 MOhm Eingangswiderstand und einer Kapazität in der
Größenordnung von 20 pF.
Der Tastkopf kann auf 10 - 50 pF abgeglichen werden, in diesem Bereich
muss deine OP-Schaltung dann auch liegen.
Eine Reihenschaltung von Widerständen für die Hochspannungsseite klappt
ganz gut, wenn man jeden einzelnen Widerstand mit einem
Parallelkondensator versieht. Dadurch vermindert man die Tiefpasswirkung
durch parasitäre Kapazitäten in der Widerstandskette erheblich.
Jörg
Rainer schrieb:> Zwei dumme Fragen habe ich aber noch:>> - Im Datenblatt ist ein Diagramm bzgl. "Voltage Derating". Was genau>> will mir diese Graphik sagen? Dass ab 500khz die zulässige Spannung>> sinkt???
Genau so ist es. Deshalb der Hinweis auf die tektronix P6015 bzw. 6013
Tastköpfe. Die schaffen auch bequem die 2MHz @ 1000V
Da Du "nur" 1kV hat, wäre sogar ein P6015 ohne die Freon füllung
brauchbar. Leider bekommst Du sowas wohl kaum für 69 euro.
>> - Da die -3dB-Grenze erst bei 400Mhz erreicht ist, gehe ich einmal davon>> aus, dass ich bis 2Mhz noch mit dem Teilerverhältnis 100:1 rechnen darf?
Du kannst das auskompensieren, indem Du sowohl einen NF (1kHz) als auch
einen HF-Abgleich (typ. bei 1MHz, aber kann man ja auch für 2MHz
konzipieren) einführst. Ich vermute, das wird aber (wenn Du erstmalig
selber baust) so komplex, dass Du besser so ein Equipment (== fertiger
TK) komplett kaufst.
Ich habe mich nun entschieden, einen fertigen Tastkopf zu kaufen. Ich
würde das Problem eigentlich schon gerne selbst lösen, aber mir läuft im
Moment die Zeit davon. Leider. Das ganze Problem sollte eigentlich
garnicht existieren. Naja, ...
Um eine entsprechende Eingangsschaltung für den Tastkopf zu haben, habe
ich mit einem OP einen einfachen Spannungsfolger aufgebaut. Den LT1363
habe ich gewählt weil a) noch ein paar in der Schublade lagen und
b)70Mhz Bandbreite mehr als geeignet erschienen. An der Schaltung ist
soweit nichts besonderes. Habe ich das richtig im Kopf, dass R1 den
Eingangswiderstand darstellt und ich den Eingangswiderstand des OP nicht
weiter berücksichtigen muss(der ist laut Datenblatt ja auch nur im
unteren MegOhm-Bereich)??? Ich muss ja auf 1MOhm kommen.
Da bestimmt parasitäre Kapazitäten entstehen (Widerstand, Leitungen,...)
und der OP eine Eingangskapazität hat, habe ich keine weiteren
Kapazitäten hinzugefügt.
Kann man das so lassen, oder ist da irgendwo ein Denkfehler???
Was ich noch nicht so ganz kapiere ist, das ich in der Simulation einen
leichten negativen Offset erhalte. Lasse ich C1 und R1 weg. Ist auch der
Offset weg. Auch ein reduzieren von R1 hilft schon, den Offset zu
verkleinern.
Ich habe die Schaltung mal aufgebaut (Lochraster und den OP aufgeklebt
da kein DIP). Der negative Offset zeigt sich auch in der Praxis. Aber
viel interessanter ist, dass eine Verzögerung zwischen Eingangs- und
Ausgangssignal von ziemlich genau 100ns existiert. Diese Verzögerung ist
spannung- und frequenzunabhängig (0-10V 10khz-2Mhz). Woher kommt das???
Rainer schrieb:> Aber> viel interessanter ist, dass eine Verzögerung zwischen Eingangs- und> Ausgangssignal von ziemlich genau 100ns existiert. Diese Verzögerung ist> spannung- und frequenzunabhängig (0-10V 10khz-2Mhz). Woher kommt das???
Signallaufzeit im OPV sag ich mal.
Rainer schrieb:> Was ich noch nicht so ganz kapiere ist, das ich in der Simulation einen> leichten negativen Offset erhalte. Lasse ich C1 und R1 weg. Ist auch der> Offset weg. Auch ein reduzieren von R1 hilft schon, den Offset zu> verkleinern.
Das liegt am Input Bias Current. Dieser liegt bei deinem IC bei typ.
0,6µA. Dieser Strom, der aus dm Ausgang heraus fließt, muss durch den
1MOhm Widerstand. Der Spannungsabfall ist folglich 0,6V. Genau diese
Wert zeigt dir auch die Simulation. Somit erklärt sich auch, dass der
Offset kleiner wird, wenn du den Widerstand verringerst.
LG Christian
Ach, was ich noch schreiben wollte, um dem Offset entgegen zu wirken:
Mach mal einem 1MOhm Widerstand zwischen invertierenden Eingang und
Ausgang anstatt der direkten Verbindung. Dann sollte der Offset
weitestgehend gegen null gehen.
LG Christian
Hallo Christian,
danke für die Erklärung. Das macht Sinn. Nur dein Lösungsvorschlag hat
leider nichts gebracht. Das Ausgangssignal verschlechtert sich bloß
(siehe Bild). Ich habe mal ein wenig mit den Werten der Widerstände
herumgespielt. Es wurde eigentlich eher schlechter als besser. Da die
Schaltungen, denen das Signal aus dem Verstärker zugeführt wird, über
Koppelkondensatoren verfügen, ist der Offset nicht weiter tragisch.
Welchen OP-Typ würdest du für diese Anwendung verwenden?
Grüße
Rainer
Du solltest bei Koppelkondensator folgendes beachten: Wenn der Tastkopf
an eine hohe DC-Spannung angeschlossen wird, liegt diese Spannung am
Kondensator C1 an; dieser muss also eine entsprechend hohe
Spannungsfestigkeit haben. Oder du musst sicherstellen, dass keine hohe
DC-Spannung am Tastkopf anliegen kann.
Rainer schrieb:> Welchen OP-Typ würdest du für diese Anwendung verwenden?
Das größte Problem ist die Slew-Rate, also die maximale
Anstiegsgeschwindigkeit am Ausgang. Bei 10V und 2 MHz ergibt das
rechnerisch 125 V/us. Es muss also schon ein High-Speed-OP sein
Dann sollte er wenig Input Bias Strom haben, also FET-Eingänge.
Und dann auch noch +/- 15V Versorgungsspannung, da wird die Luft schon
dünn.
Warum muss es eigentlich 10V am Ausgang sein; würden 1V nicht auch
reichen? Da ist dann die Slew-Rate um Faktor 10 kleiner und es würde
eine +/- 5V Versorgung reichen. Dann wäre es wesentlich einfacher, einen
passenden OP zu finden.
Der Tastkopf wird an eine reine Wechselspannung angeschlossen. DC-Anteil
vernachlässigbar.
Natürlich ist auch 1V ok. Die 10V kamen dadurch Zustande, daß das
Teilerverhältnis des Tastkopfes 100:1 ist. Und bei 1000V, die am
Tastkopf maximal anliegen können, wären wir bei 10V am Ausgang des
Tastkopfes. Da ich keinen weiteren Teiler o.ä. mehr vor den OP setzen
wollte (das Problem mit dem Teiler hatten wir ja bereits) wären wir bei
max. 10V am OP.
Der OP, den ich zum Probieren verwendet habe, besitzt eine Slew Rate von
1000V/µs bei +/-15V Betriebsspannung und 0,6µA typ. Input Bias Current.
Die Versorgungsspannung ist kein Problem. Das im Gerät verwendete
Netzteil liefert +/-5V und +/-15V Gleichspannung (linear geregelt, also
ohne HF-Anteile).
Rainer schrieb:> Der Tastkopf wird an eine reine Wechselspannung angeschlossen. DC-Anteil> vernachlässigbar.> Natürlich ist auch 1V ok. Die 10V kamen dadurch Zustande, daß das> Teilerverhältnis des Tastkopfes 100:1 ist.
Du könntest auch einen 1000:1 Tastkopf nehmen, z.B.
http://www.pmk-gmbh.com/de/produkte/Tastkoepfe_Hochspannung_5_mm_52/PHVS_Serie_190.html> Der OP, den ich zum Probieren verwendet habe, besitzt eine Slew Rate von> 1000V/µs bei +/-15V Betriebsspannung und 0,6µA typ. Input Bias Current.
Ja, bis auf den Bias-Current ist das in Ordnung. Wenn du sowieso nur den
AC-Anteil messen möchtest, kannst du auch noch am Ausgang einen
Koppelkondensator einbauen, dann ist der Offsetfehler wieder egel.
Ja, für mich ist nur der AC-Anteil interessant.
Hinter dem OP hatte ich schon einen Koppelkondensator :) Eben wegen dem
Offset. Nur fehlt der im Schaltplan. Das passt also.
Mittlerweile habe ich festgestellt, dass mit steigender Frequenz das
Signal am OP-Ausgang schwächer wird. Die Verstärkung also negativ.
Könnte das an Kapazitäten gegen Masse im OP bzw. von R1 liegen? Also wie
bei einem Tiefpass. Bei 1Mhz beträgt die Ausgangsamplitude nur noch ca.
80% der Eingangsamplitude. Bei 2Mhz noch viel weniger.
Bei Tastköpen mit Hochspannung und HF musst du vorsichtig sein.
Das Datenblatt genau durchlesen. Da heisst es i.d.R zwar vollmundig
1000V aber eben nicht bei HF. Auch wenn das Teil nur pF hat, dann sind
das bei HF u.U. nur wenige KOhm. Da fliesst dann auch ein entsprechender
Blindstrom durch und irgendwann macht es Knall. z.B. 10pF bei 2Mhz sind
8000Ohm. Bei 2000V fliessen dann 250mA.
Rainer schrieb:> Ich habe eine bis zu 1000V hohe Wechselspannung (10khz-2Mhz) und möchte> diese über einen hochohmigen Spannungsteiler auf bis zu 10V herabsetzen.> Erster Gedanke: Spannungteiler.
Da Dir ja anscheinend genügend Leistung zur Verfügung steht, könntest
Du Deinen Spannungsteiler natürlich auch wesentlich niederohmiger
dimensionieren z.B. mit 100kOhm. Dann hast Du wesentlich weniger
Probleme mit dem Frequenzgang und könntest vielleicht sogar auf die
Kompensation mit Kondensatoren verzichten. Wegen der Leistung kommen
hier aber nur viele Reihenwiderstände in Frage. Die Leistung der
Widerstände sollte dabei wenigstens um den Faktor 3, besser 10, grösser
als die wirklich entstehende Leistung sein.
Gruss
Harald
@ edgar: Ich muss gestehen, dass ich da auch schon drüber nachgedacht
habe. Der Tastkopf, den ich benutzen wollte, hat laut einem Diagramm im
Datenblatt bei 2Mhz noch ca. 30kOhm Eingangsimpedanz.
Zugegeben, das ist nicht viel...
Aber für das Problem habe ich schon eine Lösung: Ich kann den Tastkopf
auf das Isolierte Kabel klemmen. Das Kabel ist zwar geschirmt, aber
direkt am Piezo geht das. Somit liegen am Tastkopf garkeine 1000V an.
Sozusagen Kapazitiv eingekoppelt :) Geht aber nur bei höheren
Spannungen.
So, hab jetzt mal ein bisschen geguckt und den THS4631 gefunden. Der
sollte deinen Ansprüchen genügen. Ist aber vielleicht auch schon wieder
übertrieben.
Anbei mal die Schaltung, dem Frequenzgang und dem Vergleich zwischen
Eingangs- und Ausgangssignal bei 2MHz. Den IC gibts aber nur in SMD
falls das kein Problem ist. Bei RS kostet er 6,79€. Vielleicht findest
du ihn ja noch irgendwo billiger.
LG Christian
Rainer schrieb:> Mittlerweile habe ich festgestellt, dass mit steigender Frequenz das> Signal am OP-Ausgang schwächer wird. Die Verstärkung also negativ.
Das ist normal, mit steigender Frequenz nimmt die Verstärkung eines
Spannungsfolgers immer irgendwie ab. Die Frage ist eher, wie stark
dieser Effekt ist.
> Könnte das an Kapazitäten gegen Masse im OP bzw. von R1 liegen?
Wie hast du denn gemessen? Wenn R1 die Ursache ist, dann müsste die
Amplitude am OP-Eingang auch mit steigender Frequenz absinken. Für eine
Aussagekräftige Messung muss entweder die Eingangs-Amplitude konstant
sein oder es muss mit zwei identischen Tastköpfen der Pegel am Eingang
und am Ausgang gemessen werden und damit die Verstärkung bestimmt
werden.
> Bei 1Mhz beträgt die Ausgangsamplitude nur noch ca.> 80% der Eingangsamplitude. Bei 2Mhz noch viel weniger.
Das ist schon ziemlich viel. Was für ein Eingangssignal liegt denn am OP
an? Woher kommt das und wie lang ist die Zuleitung? Ist die Leitung
richtig abgeschlossen? Schau zuerst mal, dass der Eingangspegel über den
Frequenzbereich stabil ist, der OP müsste das eigentlich schon irgendwie
schaffen.
Wo (vor oder nach R2) hast du das Ausgangssignal gemessen? Und wie, also
was für ein Messgerät, mit Tastkopf oder direkt aufs Messgerät,
Leitungslänge, ...
Rainer schrieb:> Aber für das Problem habe ich schon eine Lösung: Ich kann den Tastkopf> auf das Isolierte Kabel klemmen. Das Kabel ist zwar geschirmt, aber> direkt am Piezo geht das. Somit liegen am Tastkopf garkeine 1000V an.> Sozusagen Kapazitiv eingekoppelt :)
Damit wird der Frequenzgang aber erst recht nicht mehr glatt sein. In
diesem Fall brauchst du dir keine Gedanken über den Frequenzgang der
OP-Schaltung machen, das taugt eigentlich nur für eine Frequenzmessung.
Ich hab jetzt auch mal in LTspice mit dem LT1363 herum simuliert. Mit
steigendem Widerstand im Feedbackkreis erhöht sich die Verstärkkung des
Signals und es neigt zum schwingen.
Abhilfe hat bei mir ein weiterer Kondensator parallel zum Widerstand im
Feedbackkreis geholfen. In dem Fall war es ein 10nF Kondensator.
Anbei mal die Schaltung und die Simulation. Rot ist das Eingangssignal
und grün des Ausgangssignal bei 2MHz.
LG Christian
@Christian: Danke für den Tip mit dem Kondensator parallel zu dem
Rückkopplungswiderstand. Welchen IC ich nun nehme weiß ich noch nicht.
Die LT's habe ich halt noch hier.
edgar schachler schrieb:> Dann kannst Du doch gleich einen kapazitiven Spannungsteiler bauen.....Johannes E. schrieb:> das taugt eigentlich nur für eine Frequenzmessung.
Logo. Ihr habt recht. Sorry. Hab nicht nachgedacht. Ich bekomme so
natürlich keinen representativen Amplitudenwert.
Johannes E. schrieb:>> Könnte das an Kapazitäten gegen Masse im OP bzw. von R1 liegen?>> Wie hast du denn gemessen? Wenn R1 die Ursache ist, dann müsste die> Amplitude am OP-Eingang auch mit steigender Frequenz absinken. Für eine> Aussagekräftige Messung muss entweder die Eingangs-Amplitude konstant> sein oder es muss mit zwei identischen Tastköpfen der Pegel am Eingang> und am Ausgang gemessen werden und damit die Verstärkung bestimmt> werden.
Das hast du falsch verstanden. Das war bloß eine Idee, da ich fragte
weshalb die Ausgangsspannung mit steigender Frequenz abnimmt.
Du hast mich jetzt aber auf den richtigen Weg gebracht: Es liegt an R2.
Interessant ist nur: Selbst ohne Last messe ich mit meinem Tastkopf über
R2 einen frequenzanhängigen Spannungsfall.
Ohne R2 habe ich über meinen gesamten Frequenzbereich am Ausgang des OP
die gleiche Spannung wie am Eingang.
An den OP werden der analoge Phasendetektor und meine
Geichrichterschaltung angeschlossen. Beider haben Koppelkondensatoren
und der Phasendetektor hat sogar einen LM310 zur Impedanzwandlung am
Eingang. Ich habe das eben mal ohne R2 getestetet - funktioniert
astrein.
@Johannes: Zu der Frage wie ich messe: Mit baugleichen Tastköpfen und
Oszi. Habe hier ein Hameg HM1008-2 und ein VoltcraftPuls DSO4102. Die
Schaltung wird wahlweise mittel Tastkopf, passiver Stromzange (Tek
P6021) oder Funktionsgenerator (Hameg HMF2550) gespeist. Kabellängen so
kurz wie möglich, bis auf die Kabel der Tastköpfe. Die sind halt so lang
wie sie sind...
Rainer schrieb:> @Christian: Danke für den Tip mit dem Kondensator parallel zu dem> Rückkopplungswiderstand.
Warum baust du überhaupt den Widerstand in den Rückkopplungspfad. Wenn
du den Offset-Fehler sowieso mit einem Koppelkondensator rausfilterst,
kannst du da auch 0 Ohm einbauen und dann tritt dieses Problem gar nicht
erst auf.
Rainer schrieb:> Du hast mich jetzt aber auf den richtigen Weg gebracht: Es liegt an R2.> Interessant ist nur: Selbst ohne Last messe ich mit meinem Tastkopf über> R2 einen frequenzanhängigen Spannungsfall.
Ein Tastkopf ist auch eine Last, bei 2 MHz liegt die so in der
Größenordnung von 10 kOhm. Das gibt dann zusammen mit dem R2 einen
Spannungsteiler.
Rainer schrieb:> Kabellängen so> kurz wie möglich, bis auf die Kabel der Tastköpfe. Die sind halt so lang> wie sie sind...
Die Tastkopf-Kabel sind nicht das Problem, die sind so bedämpft, dass
keine stehenden Wellen auftreten sollten.
Wenn aber zwischen dem Generator und der OP-Schaltung ein normales 50
Ohm - Kabel ohne Abschluss-Widerstand hängt, dann kann das ab einer
Leitungslänge (ungefähr ab 1/20 - Lambda) ein Problem sein. Bei 2 MHz
wäre das so ab 5 m Leitungslänge.
Johannes E. schrieb:> Warum baust du überhaupt den Widerstand in den Rückkopplungspfad.
Habe ich ja ursprünglich garnicht. Ich habe das nur einmal ausprobiert,
da Christian meinte, dass ich damit das Offset-Problem lösen kann. Ich
habe den Widerstand und Kondensator jetzt auch wieder aus dem
Rückkoppelzweig herausgenommen. Wie du sagst: Ich habe hinter dem OP ja
einen Koppelwiderstand.
Johannes E. schrieb:> Ein Tastkopf ist auch eine Last, bei 2 MHz liegt die so in der> Größenordnung von 10 kOhm. Das gibt dann zusammen mit dem R2 einen> Spannungsteiler.
Wenn du das so sagst, macht das Sinn. Du siehst, ich bin in der Materie
nicht ganz "zu Hause". In meinen Augen ist so ein Tastkopf immernoch
"ideal". Ich vergesse gerne einmal, dass das nicht so ist.
Johannes E. schrieb:> Bei 2 MHz> wäre das so ab 5 m Leitungslänge.
In diese Bereich komme ich so schnell nicht hin. Außerhalb des Gehäuses
spielt sich alles im Bereich von max. 2m ab. Im Gehäuse selbst zwischen
den einzelnen Bauteilen und Platinen im Bereich einiger cm.
