Hallo liebe Forum-User! Vorab - ich bin Physiker und kein Elektroniker. Ich habe aber, sagen wir mal, gut ausgebaute Grundkentnisse. Um mein Problem zu schildern, habe ich eine Skizze angehängt. Ich habe ein Bauteil, das sich in einem Kryostaten befindet. Dieses Bauteil wird mit kurzen Impulsen über einen Vorwiderstand Betrieben und die an dem Bauteil abfallende Spannung wird am Oszi dargestellt. Die Pulse haben ca. 200ns Dauer und kommen aus dem Pulsgenerator mit einer Flankensteilheit von ca. 5ns. Die Pulse haben eine hohe Leistung von bis zu mehreren kW, bei einer Spannung von bis zu 400V, allerdings bei einem sehr geringen Duty-Cycle. Die Spannung am Bauteil muss hochohmig gemessen werden. Das ganze wird über 50Ohm Koax-Leitungen zum Kryo und und vom Kryo zum Oszi geleitet. Mein Problem ist, wie ich das Ganze im Kryo vernünftig anpassen soll um Reflexionen und Überschwinger zu vermeiden. Zurzeit habe ich einfach 50Ohm Widerstände gegen Masse eingebaut (nicht in der Skizze eingezeichnet), wobei der Widerstand an der Zuleitung ein dicker Leistungswiderstand ist. Ich denke aber nicht dass es eine gute Lösung ist. 1. fällt schon ne menge Leistung am Anpasswiderstand am Eingang ab und fürs zu untersuchende Bauteil bleibt nicht mehr so viel übrig, 2. hat das Bauteil eine stark nichtlineare Kennlinie, wodurch sich die Gesamtimpedanz je nach angelegter Spannung stark ändert. Jedenfalls habe ich starke Überschwinger. Hat jemand einen Tipp für mich wie ich das richtig mache? Auf aktive Bauteile innerhalb des Kryo kann ich nicht zugreifen, wegen der Temperatur (4K). Danke schon mal und schöne Feiertage!
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Bei mehreren KW Pulsen ist es sicher sinnvoll die Masse des Oszi´s über eine Extra-Leitung zum Probanden zu bringen. Bei solcher Leistung gibt es sonst durch die Ströme gegen GND Spannungsabfall der dein Messergebniss verfälscht. Also 4 Leiter 2xEnergie + 2xMessleitungen. Problematisch könnte auch die Einstreuung durch dass Magnetfeld der Zuleitungen sein. Wie sind denn deine Leitungen zum Probanden dimensioniert? (Thema Induktivität der Leitungen) Gruß Anselm
Ich kenne den verwendeten Leitertyp nicht genau, aber so wie ich das einschätze handelt es sich wohl um RG-174. Vom Pulser zum Kryostaten kann ich falls nötig alles mögliche nehmen, aber im Kryo kann ich nichts dickeres als RG-174 verwenden, erstens weil wenig Platz und zweitens wegen den der Wärme, die über die Leitung kommt.
Der uebliche Murks von Leuten ohne Ahnung ... 500k Vorwiderstand um auf eine 50 Ohm leitung zu gehen, das Oszi hat dann wiederum 50 Ohm. Da misst man nichts mehr. Was wollt ihr messen ? Welche Charakteristik hat das DUT ? Induktiv ? Kapazitiv ? Ohmsch ? Mit hochohmig messen wird leider nichts. Denn (hochohmig) & (oberhalb 5MHz(200ns)) & (genau) passen nicht zusammen. Wir haben zumindest das Glueck sind die Pulse aus einer DC Spannung ausgeschnitten. Weshalb darf man mit hunderten von Volt auf das DUT und nachher die Response nicht niederohmig messen ? Weils schwingt und bei Belastung nach wenigen Zyklen vorbei waere ? Das kann man rechnen. Aber wenn man das Signal 10000:1 abgeschwaecht hat, gibt's nicht mehr viel zu rechnen.
Es geht darum möglichst viel Strom kurzzeitig durch das Bauteil zu bekommen. Deshalb das hochohmige Messen. Das DUT wird übrigens rein optisch untersucht. Die abfallende Spannung ist nicht so kritisch und dient nur der kontrolle. Wichtig ist aber dass das DUT möglichst saubere Stromimpulse mit möglichst wenigen Überschwingern bekommt.
Nebliger Pfad schrieb:
> 500k Vorwiderstand
Ich muss mich korrigieren. Es ist ein 500Ohm Widerstand.
HUST http://www.itwissen.info/definition/lexikon/RG-174-Kabel-RG-174-cable.html Ich würde mit sehr dicken Kabel zum Kryo gehen und erst dort dieses schwache Kabel verwenden. Wie lang ist deine Leitung? Btw. Wie hoch sind deine Strompulse? xx kA? Anselm btw.:Was sagt dass Handbuch deines Pulsgebers zum Thema Anschlusswiderstand? Könnt ja sein dass da was steht. Ein Hochlast-Wdst. 50Ohm an der Energieleitung kostet dich vermutlich den grössten Teil deiner Leistung. Ich hab zwar vor 20Jahren Funktechnik im Handwerk gelernt, aber was Leitungsanpassung betrifft müsst ich mich auch erst wieder einlesen.
Anselm 68 schrieb:
> Wie hoch sind deine Strompulse? xx kA?
Naja, bei max. 400V und Pulsleistung von 10kW sind's 25A
@ physiker (Gast)
>Ich muss mich korrigieren. Es ist ein 500Ohm Widerstand.
Kleiner Unterschied ;-)
Na dann passt das doch. 50 Ohm Abschluss im Oszi und fertig ist der 11:1
Teiler, HF-tauglich und preiswert. Allerdings könnte es sein, dass dein
Oszi selbst die ~40V bei 50 Ohm Eingangsimpedanz nicht mag. Hier musst
du ggf. auf 1M Eingangswiderstand umschalten und die Terminierung extern
am Oszi machen.
MFG
Falk
Welche Spannung liegt denn so ueber dem Bauteil ? Was mir nicht gefaellt ist die gleichtakt spannung beim 25A Puls. Dh der GND an der Probe ist nicht der GND des Powersupplies, sondern ein Stueck hoeher. Allenfalls wuerd ich kapazitiv, oder induktiv trennen. Passend waere auch eine stromkompensierte Drossel.
Ja, aber wie krige ich möglichst saubere Pulse bis zu meinem DUT? Was ich mir bisher notiert habe: Möglichst dickes Koax Kabel vom Pulser bis zum Kryo. Gibt es eine Möglichkeit die 50Ohm Anpassung der Pulserleitung im Kryo ohne viel Stromverlust zu realisieren? Ich schätze der 50Ohm Leistungswiderstand den ich nehme hat außerdem eine recht hohe Induktivität, oder? Spielt der mechanische Aufbau eine wichtige rolle? Bisher ist im Kryo alles mehr oder weniger fliegend verdrahtet. (Ich habe den Aufbau von meinem Vorgänger übergeben bekommen) Wenns sein muss, würde ich eine kleine Platine machen auf der alles untergebracht ist. Worauf muss ich dann besonders achten? Wahrscheinlich ist es besser alles in SMD zu realisieren, wegen besseren HF-Eigenschaften, oder?
Also du hast Impulse. Da brauchst Du keine Gleichspannungsmessung. Du wirst dir keinen Ohmschen Spannungsteiler bauen, sondern einen kapazitiven Spannunsteiler. Vielleicht 1pF:100 pF oder 5pF zu 500 pF. Dabei beachtest Du, dass dein Oszi eine Eingangskapazität von 30 pF hat und das Koaxkabel zum Oszillografen vielleicht 50...250 pF (ca 100 pF/Meter) hat. Die 5 pF erhälst Du, indem Du Dein spannungsführendes Kabel durch ein Kupferröhrchen führst, oder zwei Halbzylinder darumherumklammerst. (mit einer Wäscheklammer oder so ähnlich). Und die Kontrolle, ob das Teilerverhältnis wirklich 100 zu 1 ist, machst Du mit einem 5 Vpp Rechteck, z.B. aus einem NE555, dessen Ausgang Du mit dem Zweiten Kanal des Oszillografen kontrollierst. So ähnlich wird auch die Zündspannung ein der Autoelektrik gemessen. Durch die Isolation hindurch, kapazitiv. Jedenfalls früher, als die Zündkabel nicht abgeschirmt waren. Und die 75-Ohm Kabel am Oszillografen werden nicht mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen. Das würde die Messstellen zu stark belasten. Oszillografen haben am Eingang gewöhnlich 1MOhm // 30 pF. Oszillografentastköpfe sind grundsätzlich Ohmsche (9MOhm:1MOhm) und kapazitige Spannungsteiler zugleich. Mit einem 300 pF Einstellkondensator, der auf 10:1 eingestellt werden muss. (Google: "tastkopf abgleich") z.B: http://www.schruefer-messtechnik.de/EMT-Uebungen/Loesungen/2.2.2-tastkopf-02b.pdf
Ohne weitere Informationen über das DUT kann man nicht so ohne weiteres sagen wie man die Anpassung am besten macht. Wenn das DUT niederohmig ist, geht einfach ein wert von Rv, so dass man zusammen mit der Probe dann auf 50 Ohm kommt. Wenn DUT hochohmig ist, dann mit dem Widerstand nach Masse. Aber halt den Widerstand etwas größer, so dass die Parallelschaltung 50 Ohm ergiebt. Wenn die Impedanz von DUT in der größenordnung 50 Ohm liegt, aber wie gesagt nichtlinear ist, dann wird es schwierig, und man muß einen Kompromiss aus Leistungsverlust und guter Anpassung finden - beides zusammen geht dann nicht.
Es gibt zwei Möglichkeiten Reflektionen und Überschwinger am kryostatseitigen Ende des Kabels zu verhindern: Serienterminierung des Kabels im Pulser in Kombination mit einem offenen Ende am kryostatseitigen Ende des Kabels. Aber dann kannst du keine Leistungen übertragen. Oder, korrekte Anpassung an beiden Enden des Kabels. Also, eine 50R Quellimpedanz im Pulser und eine Lastimpedanz von 50R im Kryostat in Verbidnung mit einem 50R Kabel. Das heißt, du müßtest die Impedanz des DUT im Kryostat impedanzmäßig so entzerren, daß du im interessierenden Frequenzbereich am Ende des Kabels genau 50R erhälst. Dazu mußt du natürlich erst mal den Frequenzgang der Impedanz des DUT wissen. Für das 50R Kabel solltest eine wirklich verlusarme Ausführung verwenden. Da gibt es große Unterschiede! Für die Messung der Spannung würde ich einen ganz normalen 100:1 Tastkopf verwenden, mit ausreichender Bandbreite natürlich. Kai Klaas
Also das Koaxkabel soll nicht moeglichst dick sein, sondern das Standard 4mm aus rostfreiem Stahl. Der Nachteil : viel hoeherer Widerstand, Vorteil : nichtmagnetisch und viel besser waermeisolierend wie ein Teil aus kupfer. Mit Kupfer ist 4 Kelvin utopisch. Also aus rostfreiem Stahl. Ist ja egal, ob ueber dem Kabel 20V abfallen. Und nein, ein Koax ist nicht induktiv. Den kapazitiven Koppler wuede ich nicht untersetzend machen, eher mit einem limiter versehen.
Also das DUT verhält sich überwiegend ohmsch. Induktivitäten und Kapazitäten sind parasitär und bei den Frequenzen wahrscheinlich vernachlässigbar. Das Problem ist die Kennlinie. Zunächst ist das Bauteil hochohmig und wird oberhalb einer Schwelle sehr niederohmig. Deshalb kommt es wohl unweigerlich zu einer Fehlanpassung. Kann man vieleicht einen Übertrager verwenden um die Impedanz anzupassen? Aber wahrscheinlich wird jeder Übertrager bei den Strömen sättigen oder?
Wenn man nur die Spannung messen moechte, braucht man ja nicht den ganzen Strom durch den Uebertrager zu jagen. Man kann ja auch den DC anteil mit einem Kondensator vom Uebertrager fernhalten.
>Das Problem ist die Kennlinie. Zunächst ist das Bauteil hochohmig und >wird oberhalb einer Schwelle sehr niederohmig. Deshalb kommt es wohl >unweigerlich zu einer Fehlanpassung. Was heißt genau "hochohmig" und "sehr niederohmig"? Kai Klaas
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Nebliger Pfad schrieb: > Wenn man nur die Spannung messen moechte, braucht man ja nicht den > ganzen Strom durch den Uebertrager zu jagen. Man kann ja auch den DC > anteil mit einem Kondensator vom Uebertrager fernhalten. Ich meinte sowas: s. Anhang
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Dann muss der Uebertrager die kW vertragen. Unguenstig. Mach den Uebertrager in den Messpfad
Bei den Leistungen ist der Verlust nicht so kritisch. Die Leitung ist ja nicht Lang, sollte sollte auch nicht sein. Außerdem Dämpfen Verluste in der Leitung auch die Überschwinger. Im Kryostaten also das spezielle Koax kabel für tiefen Temperaturen (z.B. Edelstahl) und außerhalt kann es ganz normales sein. Für die Beurteilung, ob der Stromimpuls auch wirklich wie gewünscht ankommt, wäre es eventuell sinnvoll einen Widerstand (ca. 1 Ohm, aber sehr Induktionsarm !) vom DUT nach Masse zu haben, und die Spannung extern zu messen. Da ist die Anpassung nicht so schwer, einfach ein Serien Widerstand. Die Anpassung beim DUT mit variabler Impedanz kann immer nur ein Kompromiss aus Anpassung und verschenkter Leistung sein. Ein Möglichkeit wäre Parallel zum DUT einen Widerstand (z.B. 20 Ohm) zu haben und als Serien Widerstand Rv dann ca. 40 Ohm. Es geht damit viel der Leistung verloren, aber anders geht es nicht die änderungen der Impedanz zu reduzieren. Die Spannungsmessung kann so wie obengezeigt über einen Spannungsteiler erfolgen. Weil man ja ohnehin einen Widerstand parallel zum DUT haben hat, ist es dann auch nicht so wichtig, dass die Messung hochohmig erfolgt. Eine hochohmige ankopplung (z.B. 500 Ohm) hat aber immerhin den Vorteil, dass man von der Seite keine großen Überschwinger mehr zurückkopplen kann. Wenn der Pegel zu groß ist, dann ruhig noch mehr Runterteilen. Da man ja eine niederohmige angepaßte Quelle hat, sollte die Leitung am Oszilloskop natürlich mit 50 Ohm abgeschlossen sein. Gerade wenn die Anpassung am einen Ende der Leitung die Anpassung nicht gut ist, und auch nicht perfekt sein kann, ist es wichtig das die Anpassung am anderen Ende perfekt ist. Man sollte also sehen das die Anpassung am Generator wirklich stimmt und ggf. das noch etwas nachjustieren mit Serien oder parallel Widerstand.
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