Spannungsmessung mit hohem dynamic range

Jan Gast #1285489
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Hallo zusammen,

ich habe eine Frage an die Messelektronikexperten: Ich moechte eine 
Spannung messen, die im Maximum ca.10kV betraegt und dann innerhalb von 
einigen us bis auf ein paar Volt abfaellt (Plasmazuendung). Die 
Aufloesung bei Maximalspannung darf ruhig 10V oder schlechter sein, bei 
kleinen Spannungnen um 1V brauche ich aber 100mV Aufloesung oder besser. 
Ich habe mich schon nach log. VideoOpAmps umgesehen, aber ich glaube das 
Problem liegt eher im noise durch die grossen Widerstaende im 
Spannungsteiler, oder? Eine andere Idee waere ein Spannungsteiler mit 
einem Widerstand und einer Diode um eine log. Kennlinie zu bekommen. 
Wird demnaechst ausprobiert (Nur welche Diode?). Ach ja, das ganze soll 
von einem Scope digitalisiert werden und darf auf der HV-Seite nicht 
mehr als 1uA benoetigen. Hat jemand von euch noch gute Ideen dazu? 
Vielen Dank!

Gruss,

Jan
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aha Gast #1285551
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Etwas viel aufs mal. Es gibt fertige 1000:1 Teiler fuer hochspannung. 
Ich wuerd so einen verwenden. Und dann aud einen ADC damit. Sollte kein 
Problem sein. 100mV auf 10kV sind nur 100k Ausloesung, also mit 17 bit 
ist man dabei. Welch ein Glueck, dass es 20 bit Wandler gibt.
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Jan Gast #1285603
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@aha

Ja, an einen HV-Tastkopf habe ich auch schon gedacht, aber die die ich 
gefunden habe haben maximal 10MHz Bandbreite, also etwas wenig fuer 
unsere Anwendungen. Zudem macht das Scope auch nur 8bit 
Vertikalaufloesung und ein Scope mit mehr bei gleicher Geschwindigkeit 
ist sehr teuer...
Auch noise wird bei diesem hohen Teilungsverhaeltnis schnell 
problematisch :-(
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Matthias L. Gast #1285727
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>ca.10kV ... einigen us bis auf ein paar Volt
>der HV-Seite nicht mehr als 1uA benoetigen


Mal so ein Einwurf:

Nehmen wir mal einen Kondensator unbekannter Kapazität C. Dieser soll 
auf 10kV aufgeladen sein und innerhalb von (sagen wir mal) 10µs durch 
einen Strom von 1µA komplett entladen werden.


Wie groß ist die Kapazität C?


Richtig. 1fF. Ein Femptofarad. Das ist 0,001pF = 0,000001nF = ...


Sportlich sportlich...
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Falk B. #1285872
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@  Matthias Lipinsky (lippy)

>Richtig. 1fF. Ein Femptofarad. Das ist 0,001pF = 0,000001nF = ...
>Sportlich sportlich...

???
kann es sein, dass du da was vollkommen falsch verstanden hast?
Der OP meinte wohl eher, dass der MESSstrom 1uA nicht überschreiten 
sollte.

@OP

Es gibt fertige logarithmische Verstärker, die selber bauen ist weder 
einfach noch sinnvoll. Stichwort thermische Drift, da kann man eine 
einfache Diode voll vergessen. Doppeltransistoren etc. sind die Mittel 
der Wahl.
Die gibt es auch recht schnell im zweistelligen MHz Bereich. Dort liegt 
das Problem eher bei niedrigen Frequenzen. Aber du willst sicher eher 
die Schaltflanke sehen, und nach ein paar hundert us ist die Messung eh 
zu Ende, oder?

MFG
Falk
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Andrew T. #1285898
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Jan schrieb:
> @aha
>
> Ja, an einen HV-Tastkopf habe ich auch schon gedacht, aber die die ich
> gefunden habe haben maximal 10MHz Bandbreite, also etwas wenig fuer
> unsere Anwendungen.

Zwei Bemerkungne dazu:

1.) Du sprichst oben von "einige us". Da bist Du mit 10 MHz BW 
vollkommen auf der gesunden Seite.

2.) Dann hast Du nicht lange gesucht.
Tektronix P6015 bzw 6015A sind das, was Du benötigst. 75 MHz garantiert, 
100 MHz typisch.

> Zudem macht das Scope auch nur 8bit
> Vertikalaufloesung und ein Scope mit mehr bei gleicher Geschwindigkeit
> ist sehr teuer...

Yo, so ist das nun mal.

> Auch noise wird bei diesem hohen Teilungsverhaeltnis schnell
> problematisch :-(

Nicht bei z.B. dem P6015



hth,
Andrew
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Jan Gast #1285924
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@Falk

Ja genau, hast recht, ich meinte den Messtrom. Der Aufbau dient zur 
Vermessung eines elektrischen Durchschlags im Vakuum und der Bestimmung 
der Plasmaparameter des Lichtbogens. Zuendspannung sind ca. 10kV, 
'Brennspannung' ca. 1-10V bei einer Brenndauer von ca. 5us (Die Energie 
kommt aus einem Kondensator). Interessant für mich ist die Transiente 
sowie die Spannung (die Strommessung funktioniert sehr gut durch eine 
Rogowskispule um die Zuleitungen und das auch bis zu 500MHz) nach der 
Zuendung des Lichtbogens. Mit thermischer Drift meinst Du die Drift 
während der Messung? Mein Ziel ist es, Details des Spannungsverlaufs mit 
einer Auflösung von 10ns zu erfassen, daher müssten (mindestens) 100MHz 
Bandbreite her, oder? Wie wäre es mit sowas: 
http://www.analog.com/en/rfif-components/log-ampsdetectors/ad8310/products/product.html 
? Ein grosses Problem wird die Abschirmung sein, kannst Dir sicher 
vorstellen wieviel noise das macht wenn der Lichtbogen zuendet (die 
Transiente ist ca. 100ns steil und es stehen bis zu 2J gespeicherter 
Energie zur Verfügung...). Mal sehen ob ich das eavluation board 
irgendwo kaufen kann, bei der Stromaufnahme könnte ein Batteriebetrieb 
in einem gut geschirmten Gehäuse sinnvoll sein, oder?

Danke und Gruss,

Jan
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