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.
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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: > Aber: Unter "tektronix theory of probes" finde ich nichts passendes. Sorry, wurde wohl umbenannt, hier ist der aktuelle Link: http://www.tek.com/learning/probes-tutorial/ Das obere Manual sollte helfen.
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.
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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
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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
aber du hast Recht: der Offset ist mehr oder weniger weg :-)
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.
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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.
Dann kannst Du doch gleich einen kapazitiven Spannungsteiler bauen.....
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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.
Rainer schrieb: > Wie du sagst: Ich habe hinter dem OP ja > einen Koppelwiderstand. ich meine natürlich Koppelkondensator!!!
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