Unterschiedliche Verhalten von Spannungsteilern

[Igel (Gast)]

Ich habe 2 Schatungen um eine Sspannung um Faktor 2 herunter zu teilen 
soweit so gut. Ich verstehe jedoch nicht wieso das ein mal eine Dämpfung 
bei hohen Frequenzen auftritt und das andere Mal die Spannung sauber 
geteilt wird?

Schaltung 1:
unbelasteter Spannungsteiler mit 2 x 20 kOhm

Schaltung 2:
Widerstands-Netzwerk aus abwechselnd 10 und 20 kOhm

Ich habe das ganze mal aufgebaut und gemessen, dabei kamen die Verläufe 
wie auf dem Annhang zu sehen heraus.

[Igel (Gast)]

Bei der Messung handelt es sich um ein 5 V Signal mit 200 kHz

[Ingo L. (corrtexx)]

Du wirst die Oszillogramme vertauscht haben...

[Achim S. (Gast)]

Igel schrieb:
> Ich habe das ganze mal aufgebaut und gemessen, dabei kamen die Verläufe
> wie auf dem Annhang zu sehen heraus.

Dein Oszi hat eine bestimmte Eingangskapazität (der genau Wert hängt 
wesentlich vom verwendeten Tastkopf ab). Diese bildet mit dem 
Innenwiderstand deines Netzwerks einen Tiefpass.

Der Innenwiderstand deiner beiden Netzwerke (vom Oszi-Abgriff aus 
gesehen) ist unterschiedlich.

[Igel (Gast)]

Ahh okay, das klingt einleuchtend. Warum ist denn genau der 
Eingangsiwderstand unterschiedlich ?

Nehmen wir an, dass Schaltung 1 aus jeweils 10 kOhm Widerständen 
besteht.

Dann wären es doch beides um Grunde genommen 2 Spannungsteiler mit 
jeweils 10 kOhm, sofern die Winderstände zusammengefasst werden.

[Igel (Gast)]

Woher kommt dann also der unterschiedliche Innenwiederstand der beiden 
Aufbauten ?

[Achim S. (Gast)]

Igel schrieb:
> Nehmen wir an, dass Schaltung 1 aus jeweils 10 kOhm Widerständen
> besteht.

Hast du die Schaltung mit 2 mal 20kOhm aufgebaut oder mit 2 mal 10kOhm? 
Meine Antwort oben bezog sich auf die von dir gezeigte Schaltung mit dem 
von dir gezeigten Messergebnis. Bei einer anderen Schaltung würde es 
natürlich anders aussehen.

Du hast tatsächlich eben keinen unbelasteten Teiler (wie du zu Beginn 
geschrieben hast) sondern einen belasteten Teiler - und zwar kapazitiv 
belastet.

Igel schrieb:
> Dann wären es doch beides um Grunde genommen 2 Spannungsteiler mit
> jeweils 10 kOhm, sofern die Winderstände zusammengefasst werden.

Diesen Satz verstehe ich nicht. Fang bitte nicht an mit "wenn alles ganz 
anders wäre als gezeichnet, wie sähe es dann aus?". Wenn du eine 
bestimmte Schaltung besprechen willst, dann zeige genaue diese Schaltung 
als Schaltplan - sonst redet man nur aneinander vorbei.

Weißt du im Grundsatz, wie man den Innenwiderstand eines solchen 
Netzwerks berechnet oder suchst du dafür eine Anleitung?

Da du die Schaltung schon in LT-Spice eingegeben hast, könntest du den 
Innenwiderstand auch darüber bestimmen lassen (obwohl die Berechnung von 
Hand auch nicht wirklich schwer ist):
- schalte eine Stromquelle an den Knoten, an den du das Oszi anschließt.
- lass diese Stromquelle abwechselnd 0A und 1A in den Knoten einspeisen.
- miss den Spannungsunterschied zwischen beiden Situationen
- dividiere den Spannungsunterschied durch den Stromunterschied (1A) und 
du hast den Innenwiderstand des Netzwerks bezogen auf diesen Knoten.

Igel schrieb:
> Woher kommt dann also der unterschiedliche Innenwiederstand der beiden
> Aufbauten ?

er kommt von deiner Wahl der Widerstände. Warum sollte der 
Innenwiderstand nach deiner Ansicht identisch sein? Der Teilerfaktor im 
unbelasteten Zustand (ohne Oszi) ist fast identisch. (nicht ganz 
identisch, weil dazu parallel zu R7 von Schaltung 2 nochmal 20kOhm 
liegen müssten). Aber nur weil der Teilerfaktor gleich ist, muss doch 
nicht der Innenwiderstand des Netzs gleich sein.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Igel schrieb:
> Ich habe 2 Schatungen um eine Sspannung um Faktor 2 herunter zu teilen

Bei der zweiten Schaltung ist der Faktor 171/16 ≈ 10,7.

[Achim S. (Gast)]

Yalu X. schrieb:
> Bei der zweiten Schaltung ist der Faktor 171/16 ≈ 10,7.

Ich denke, er greift das Signal nach R8 ab. Dort ist es (fast) ein 
Faktor 2.

[Forist (Gast)]

Igel schrieb:
> ... Innenwiederstand ...

Bring deiner Rechtschreibhilfe mal bei, dass sie mit "Wiederstand" 
ziemlich daneben liegt :-(

[Helmut S. (helmuts)]

Bei der Schaltung links ist der Innenwiderstand 10kOhm. Bei der 
Schaltung rechts ist der Innenwiderstand 5kOhm. Damit ergeben sich 
unterschiedliche Grenzfrequenzen.

fg = 1/(2*pi*R*C)

C ist die kapazitive Belastung durch den Taskopf.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Achim S. schrieb:
> Yalu X. schrieb:
>> Bei der zweiten Schaltung ist der Faktor 171/16 ≈ 10,7.
>
> Ich denke, er greift das Signal nach R8 ab. Dort ist es (fast) ein
> Faktor 2.

Ah, deswegen sind da diese beiden Antennen. Ja, dann ist alles klar, und
ich verstehe jetzt auch das da:

Achim S. schrieb:
> nicht ganz identisch, weil dazu parallel zu R7 von Schaltung 2 nochmal
> 20kOhm liegen müssten

Danke für die Erleuchtung :)

[Igel (Gast)]

Oh der Widerstand R7 in Schaltung 2 war tatsächlich falsch. Ich meinte 
natürlicvh 10 Ohm. Ich habe die beiden Schaltungen in LT Spice noch 
einmal angepasst damit Endeutigkeit ist was ich meine.

Wenn ich die Widerstände aus der zweiten Schaltung zusammenfasse, dann 
komme ich doch im Grunde auf Schaltung 1 ?

[Achim S. (Gast)]

Igel schrieb:
> Ich meinte natürlicvh 10 Ohm

10 kOhm

Igel schrieb:
> Wenn ich die Widerstände aus der zweiten Schaltung zusammenfasse, dann
> komme ich doch im Grunde auf Schaltung 1 ?

ja, diese beiden Schaltungen sollten sich identisch verhalten

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Igel schrieb:
> Wenn ich die Widerstände aus der zweiten Schaltung zusammenfasse, dann
> komme ich doch im Grunde auf Schaltung 1 ?
Annähernd.
Genau ist der Ersatzwiderstand 10,117 kOhm.

Achim S. schrieb:
> Igel schrieb:
>> Ich meinte natürlicvh 10 Ohm
> 10 kOhm
Wenn der R2 fälschlicherweise 10 Ohm hat, dann ergibt sich ein 
Ersatzwiderstand von 6,9kOhm, was dann auch tadellos zur gemessenen 
Spannung passt.

Igel schrieb:
> Ich verstehe jedoch nicht wieso das ein mal eine Dämpfung bei hohen
> Frequenzen auftritt
Abgesehen davon, dass für einen Spannugsteiler eine Frequenz von 200kHz 
nicht "hoch" ist, weil Widerstände an sich keine Frequenzabhängigkeit 
haben, hast du ganz einfach die Fehlerursache an der völlig falschen 
Stelle gesucht.

Du hättest diesen Spannungsteiler einfacherweise auch vollkommen 
statisch mit einer angelegten Glsichspannung und einem Multimeter 
ausmessen können.

Genausso hättest du diesen Fehler übrigens selber in wenigen Minuten mit 
einer Messung eben dieses Ersatzwiderstandes und ein wenig Nachdenken 
finden können. Oder du hättest wenigstens ein brauchbares Foto vom 
Aufbau posten können, dann hätten Andere den Fehler in wenigen Minuten 
erkannt.

[Igel (Gast)]

10k Ohm waren gemeint, wie auf Abbildung 2 bei R7 auch eingezeichnet 
ist.

Damit ergibt sich doch dann:
R7+R3 = 20 kOhm diese || zu R7 = 10 kOhm, diese + R5 = 20 kOhm ...

Wie kommst du auf die 10,117 kOhm ?

[Achim S. (Gast)]

Lothar M. schrieb:
> Annähernd.
> Genau ist der Ersatzwiderstand 10,117 kOhm.

Das stimmt für die erste, fehlerhafte Fassung der Schaltung 2. In der 
neuen, korrigierten Fassung ist der Ersatzwiderstand genau 10kOhm. Damit 
sind in der neuen Fassung tatsächlich Varianten der Spannungsteiler 
gleichwertig, wenn die Ausgangsspannung vom rechten Ende von R8 nach GND 
abgegriffen wird.

Lothar M. schrieb:
> Wenn der R2 fälschlicherweise 10 Ohm hat, dann ergibt sich ein
> Ersatzwiderstand von 6,9kOhm, was dann auch tadellos zur gemessenen
> Spannung passt.

Die 6,9kOhm kämen raus, wenn wirklich gleich zwei Widerstände des R-2R 
Netze falsche Werte haben sollten (R2=10Ohm und R7=20kOhm). Dann müsste 
allerdings bei der Messung die Ausgangsspannung der zweiten 
Schaltungsvariante kleiner sein. Tatsächlich war bei der ursprünglichen 
Messung die Ausgangsspannung der ersten Schaltungsvariante kleiner.

Lothar M. schrieb:
> Oder du hättest wenigstens ein brauchbares Foto vom
> Aufbau posten können, dann hätten Andere den Fehler in wenigen Minuten
> erkannt.

Na ja, das war ja auch so der Fall. Der eigentliche Unterschied in der 
Messung zu Beginn besteht darin, dass die Spannungsteiler einen Faktor 2 
unterschiedliche Innenwiderstände haben und daher im Zusammenspiel mit 
der Oszi-Kapazität unterschiedliche Dämpfungen bewirken. Das wurde schon 
wenige Minuten nach dem Start des Threads beantwortet.

Daneben hatte sein R-2R Netzwerk in der ersten Fassung noch einen 
kleinen Designfehler (R7=20k statt 10k). Das macht aber im Teilerfaktor 
nach R8 weniger als 1% Unterschied, das wäre bei der Oszimessung gar 
nicht aufgefallen. Und in den neuen Schaltungsbildern ist dieser 
Designfehler ja behoben.

Igel schrieb:
> Wie kommst du auf die 10,117 kOhm ?

Rechne nochmal mit dem ursprünglichen, fehlerhaften Wert von R7.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Achim S. schrieb:
> Na ja, das war ja auch so der Fall. Der eigentliche Unterschied in der
> Messung zu Beginn besteht darin, dass die Spannungsteiler einen Faktor 2
> unterschiedliche Innenwiderstände haben und daher im Zusammenspiel mit
> der Oszi-Kapazität unterschiedliche Dämpfungen bewirken. Das wurde schon
> wenige Minuten nach dem Start des Threads beantwortet.
Wobei allerdings der Oszi-Tastkopf gegen Masse angeschlossen wird und 
die hochohmigere und 20k:20k-Schaltung den plausibleren Wert abliefert 
als die Netzwerkschaltung mit dem halb so großen Innenwiderstand.
Und wenn da was verwechselt wurde, dann bleibt immer noch die Frage, 
warum eine der beiden Schaltungen trotz eines nur um den Faktor 2 
unterschiedlichen Innenwiderstands angeblich tadellos funktioniert und 
angeblich "sauber teilt".

Igel schrieb:
> 10k Ohm waren gemeint, wie auf Abbildung 2 bei R7 auch eingezeichnet ist.
Du solltest nicht allen Bildern den selben Namen geben...

Igel schrieb:
> Bei der Messung handelt es sich um ein 5 V Signal mit 200 kHz
Um was für ein 5V Signal?
Effektive 5V oder 5V Spitze?
Wie sieht deine Spannung am "Eingang" des Spannungteilers aus?


BTW:
Hast du mal ein Foto von deinem Schaltungs- und Messaufbau?
Und wie sieht es aus, wenn du die Spannungsteiler mit einer 
Gleichspannung und einem (hochohmigen) Multimeter vermisst?

[Achim S. (Gast)]

Lothar M. schrieb:
> Und wenn da was verwechselt wurde, dann bleibt immer noch die Frage,
> warum eine der beiden Schaltungen trotz eines nur um den Faktor 2
> unterschiedlichen Innenwiderstands angeblich tadellos funktioniert und
> angeblich "sauber teilt".

Es wurde eben nicht verwechselt: die linke Schaltung führt zur stärkeren 
Dämpfung. Und ob man die rechte Teilschaltung als "tadellos" und "sauber 
teilend" bewertet, hängt von den Ansprüchen ab.

Ich würde aus der ersten Messung ein Lastkapazität von ca. 33pF 
rauslesen (was ein vernünftiger Wert wäre). Als Basis dafür habe ich 
eine Dämpfung von 2,3/2,5 angenommen - genauer lässt sich das auf dem 
schlecht ausgenutzten Oszi-Schirm kaum ablesen.

Die "linke" Ausgangsschaltung hätte dann also eine Dämpfung von 
2,3/2,5=0,92 das erkennt man auf dem Oszi, zumal man in der zweiten 
Messung einen direkten Vergleichswert hat.

Die "rechte" Ausgangsschaltung hat die doppelte Grenzfrequenz und damit 
bei 200kHz nur eine Dämpfung von 0,98. Diese 2% Fehler gehen bei der 
beschränkten Genauigkeit der Oszimessung gerne mal unter - deswegen 
scheint sie "tadellos" zu sein.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Achim S. schrieb:
> Es wurde eben nicht verwechselt: die linke Schaltung führt zur stärkeren
> Dämpfung.
Richtig. Da waren meine Browsertabs falsch sortiert.

> Ich würde aus der ersten Messung ein Lastkapazität von ca. 33pF
> rauslesen
Ich bin auf anderen Wegen auf 39pF gekommen. Die grobe Richtung stimmt 
also.

> Die "linke" Ausgangsschaltung hätte dann also eine Dämpfung von
> 2,3/2,5=0,92 das erkennt man auf dem Oszi.
Das sieht mir aber aus, als ob da wesentlich stärker gedämpft wird, denn 
ich bin beim Ablesen auf einen Spitzenwert von ca 6,5 Teilstrichen mit 
je 0,25V = 1,6Vs gekommen...

Wenn ich mir das aber mal mit 5Veff am Eingang und 150pF Lastkapazität 
anschaue, dann komme ich tendenziell zum beobachteten Ergebnis.

Wie gesagt: ich warte auf die angefragten Informationen zum 
Messaufbau...