Hallo!
Ich möchte mir zum Spaß und zur Übung ein Soundkarten-Oszi bauen. Ja,
ein einfacher Spannungsteiler reicht auch, aber ich möchts ein bisschen
komfortabler.
Mein Problem ist jetzt folgendes: Im Anhang ist die Eingangsstufe eines
Kanals dargestellt. Die beiden Sinusquellen links bilden zusammen mein
zu messendes Signal.
Ich möchte natürlich einen Differenzverstärker haben, da ich nicht nur
Spannungen gegen Masse sondern auch Differenzen messen können möchte.
Beim normalen Oszi ists ja auch so, dass man pro Kanal zwei Kontakte hat
und die Differenzspannung über diesen gemessen wird.
Habe die Schaltung mal durchsimuliert, leider kommt am Ausgang gar nix
an. Lege ich zwischen die beiden Sinusquellen noch eine Masse, gehts
(logisch).
Wie kann ich denn jetzt erreichen, dass ich einen hohen
Eingangswiderstand habe (deswegen der Instrumentenverstärker) und ich
mit zwei Kontakten eine Differenzspannung messen kann? Mit drei
Kontakten wärs ja kein Ding, dann könnt ich den dritten auf Masse in der
zu messenden Schaltung legen und alles wäre gut, aber das möchte ich
nicht.
Liebe Grüße, Max
Maxi wrote:
> Beim normalen Oszi ists ja auch so, dass man pro Kanal zwei Kontakte hat> und die Differenzspannung über diesen gemessen wird.
Nicht direkt. Einer davon ist auch Masse, genauso wie bei einer
Soundkarte.
Was bei deiner Schaltung fehlt, ist ein Massebezug: Die Schaltung
funktioniert nur solange die zu messende Spannung kleiner ist als die
Betriebsspannung der OPs. Daher verbindet man meist die Eingänge über
hochohmige Widerstände mit GND um einen Massebezug zu haben.
hey!
Aber bei einem zweikanal-oszi kann dich doch zwei verschiedene
Differenzspannungen messen, ohne dass sich die beiden "Masse"-Leitungen
in die Quere kommen bzw. die beiden Messpunkte auf selbes Potential
legen, oder?
Also wenn ich jeweils an die Plus-Eingänge der OPs 10M nach Masse
simuliere, funktioniert alles gut. Bis wieviel Mega-Ohm kann man denn da
gehen, dass der Eingangswiderstand schön hoch ist, aber die Schaltung
noch funktioniert? Bei Simulationen ist ja alles immer eher ideal
gedacht...
Aso, und die zu messende Spannung bleibt immer kleiner als die
Betriebsspannung der OPs, das hatte ich mir schon überlegt :)
Maxi wrote:
> Aber bei einem zweikanal-oszi kann dich doch zwei verschiedene> Differenzspannungen messen, ohne dass sich die beiden "Masse"-Leitungen> in die Quere kommen bzw. die beiden Messpunkte auf selbes Potential> legen, oder?
Nein. Dann gibt es einen Kurzschluss auf der Masseleitung.
>> Also wenn ich jeweils an die Plus-Eingänge der OPs 10M nach Masse> simuliere, funktioniert alles gut. Bis wieviel Mega-Ohm kann man denn da> gehen, dass der Eingangswiderstand schön hoch ist, aber die Schaltung> noch funktioniert? Bei Simulationen ist ja alles immer eher ideal> gedacht...
Je hochohmiger die Widerstände werden, desto größer wird der
Offsetfehlt. Da eine Soundkarte aber fast immer sowiso AC gekoppelt ist,
dürfte das weitestgehend egal sein, solange der Fehler nicht so groß
wird, dass die OPs übersteuern. Rein gefühlsmäßig würde ich aber nicht
höher als etwa 10M gehen.
Nun man kann schon mit einem Zwei-Kanal-Oszi differentiell Spannungen
messen. Dafür gibt's meistens zwei Schalter (evtl. auch via Software),
der Eine invertiert einen der beiden Kanäle (meistens den Zweiten) und
der andere 'sagt' das die beiden Signale addiert auf Kanal 1 angezeigt
werden sollen. Voilá, heraus kommt das Differenzsignal.
Elektrisch funktioniert es aber nur dann ordnungsgemäss, wenn die
Schaltung in der gemessen wird (und hierbei nur mit den zwei
Tastkopfspitzen - die Masse wird nirgends angeschlossen) keine
galvanische Verbindung mit dem PE- bzw. N-Leiter der Steckdose aufweist!
Kann man im Zweifelsfall ganz einfach mit einem Ohmmeter überprüfen:
Wenn zwischen PE-Anschluß am Schuko-Stecker und der GND-Buchse etwa Null
Ohm zu messen sind (was insbesondere bei vielen analogen Oszilloskopen
der Fall sein dürfte - wie z.B. auch bei meinem bereits betagtem Hameg
204), gilt hier äußerste Vorsicht bei derartigen Messungen. Wenn man
Glück hat springt evtl. nur der FI-Schalter heraus.
Di ganze Sache funktioniert deswegen, weil am Eingang ein 1 MOhm
Widerstand zw. dem Innenleiter und der Abschirmung der BNC-Buchse liegt
(wenn ein 1:1-Tastkopf zum Einsatz kommt). Durch den Eingangsabschwächer
kann man dann entsprechend hohe Differenzspannungen messen - erst recht
wenn man zusätzlich noch 10:1- oder gar 100:1-Tastköpfe verwendet, die
dann sogar 10 MOhm bzw. 100 MOhm Eingangswiderastand bieten.
Genau das gleiche müsstest du bei deinem Differenzverstärker machen.
Spendier ihm z.B. 1 MOhm Eingangswiderstände (vom Plus-Eingang zur
internen Masse und einmal vom Minus-Eingang zur internen Masse, die auch
die Masse für die Versorgungsspannung der OpAmps deines
Differenzverstärkers ist). Sollen höhere Spannungen gemessen werden, so
sind lediglich entsprechende Vorwiderstände nötig, die mit den bereits
vorhanden 1 MOhm-Widerständen einen Spannungsteiler bilden (z.B. 9 MOhm
für einen 10:1-Teiler, wie beim entsprechenden 10:1-Oszi-Tastkopf auch).
Im NF-Bereich reicht vmtl. noch ein rein ohmscher Spannungsteiler aus,
während mit höheren Frequenzen ein zusätzlicher kapazitiver hinzukommen
muss, um das gewünschte Teilerverhältnis über den gewünschten
Frequenzbereich korrekt einzuhalten.
Die Eingangsspannung direkt an den OpAmps (zu ihrem
Masse-Bezugspotential gemessen) darf, wie schon 'Benedikt K.' erwähnt
hatte, nie die Versorgungsspannung der OpAmps überschreiten.
Eines gilt es noch besonders zu erwähnen: In Verbindung mit dem PC ist
die 'Masse' auch auf PE-Potential (galvanische Verbindung) und man
könnte z.B. theoretisch mit einem 100:1-Tastkopf direkt Netzspannungen
messen (was ich auf keinen Fall empfehlen möchte).Bei einer
Versorgungsspannung der OpAmps von ±15V sind bei den meisten Typen
Eingangsspannungen bis ±12V zu verarbeiten, was dann mit einem
100:1-Teiler immerhin ±1200V wären, aber wegen der galvanischen Kopplung
kann hier im Fehlerfall Netzpotential anliegen. Wer möchte tue dies auf
eigene Gefahr, ich kann und werde keine Haftung für derartigen
Leichtsinn übernehmen!
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