Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Oszilloskopmessung mit unterschiedlichen Massen


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Christopher (chris90)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Hallo zusammen,

ich bin gerade dabei mir die Grundlagen der Elektronik anzueignen und 
habe eine Frage zum Messen mit Oszilloskopen.

Und zwar habe ich die Schaltung gemäß angehängter Bilddatei.

Nun möchte ich einmal den Spannungsverlauf über der LED messen und mir 
am besten gleichzeitig den Spannungsverlauf über dem Kondensator 
anzeigen lassen.

Das Problem hierbei ist, wenn ich mit dem ersten Kanal mir die Spannung 
über der LED anzeigen lasse ist soweit alles schick.

Nur kann ich mit dem zweiten Kanal ja nicht einfach an die beiden Seiten 
des Kondensators gehen, da ja sobald ich mit der Masseklemme an den 
Minus des Kondensators gehe, ich den LED-Vorwiderstand überbrücke und 
die LED durchbrennt.

Soweit ich es verstanden habe, liegt dies daran, dass die beiden Kanäle 
Masseseitig miteinander verbunden sind. Also müsste ich die Masseklemme 
des zweiten Kanals ebenfalls an den Minus der LED klemmen.
Wenn ich nun an den Plus des Kondensators gehe, messe ich ja nicht die 
Spannung über dem Kondensator, wie ich es allerdings eigentlich gerne 
hätte.

Ich würde mir gerne die beiden Spannungsverläufe auf einem Display so 
ansehen, dass ich den zeitlichen Ablauf dieser Spannungen in Bezug 
zueinander ansehe.

Die Idee mit einem zweiten Oszilloskop habe ich gleich wieder verlassen, 
da ich mir so zwar die beiden Spannungen ansehen kann, aber diese 
zeitlich nicht übereinander legen kann.

Wie kann ich dieses Problem am einfachsten und günstigsten Lösen? Gibt 
es Oszilloskope, bei denen die Masse der Kanäle nicht miteinander 
verbunden sind und wäre es so möglich?


Ich hoffe ich habe das Problem klar genug geschildert und freue mich auf 
hilfreiche Antworten.

: Verschoben durch Moderator
von H. H. (Gast)


Lesenswert?

Dafür hat man den Differenztastkopf erfunden.

von Volker S. (sjv)


Lesenswert?

Das geht mit mehr als 2 Kanälen, dann kannst Du mit 2 Kanälen eine 
Differenzmessung CH1 add inv CH2 machen. Mit den 3. und 4. Kanal kannst 
Du dann weitere Signale mit identischer Masse messen.

von Stefan S. (chiefeinherjar)


Lesenswert?

Christopher schrieb:
> Wie kann ich dieses Problem am einfachsten und günstigsten Lösen?

Soetwas kann man sehr günstig mit Programmen wie LTSpice lösen. 
Wenngleich ich befürworte, dass du auch den Umgang mit ein einem 
Oszilloskop lernen willst und sollst, so denke ich, dass man gerade für 
dieses Problem die Schaltung sehr gut simulieren kann und keine Angst 
haben muss, dass sie den magischen Rauch auslässt.

Differenztastköpfe sind in der Regel nicht ganz günstig.

von Christopher (chris90)


Lesenswert?

>Das geht mit mehr als 2 Kanälen, dann kannst Du mit 2 Kanälen eine
>Differenzmessung CH1 add inv CH2 machen. Mit den 3. und 4. Kanal kannst
>Du dann weitere Signale mit identischer Masse messen.

Da ich aktuell nur ein Oszilloskop mit zwei Kanälen zur Verfügung habe, 
wäre dies ersteinmal keine Option.


Kann ich es mit einem Differenztastkopf dann so machen, dass ich die 
Spannung über der LED mit dem "normalen" Tastkopf über Kanal 1 messe und 
dann die Spannung über dem Kondensator mit einem Differenztastkopf über 
Kanal 2? Oder brauche ich dann für beide Kanäle einen eigenen 
Differenztastkopf.

Von welchem Preisbereich reden wir, wenn es ein vernüntiger aber nicht 
zu teurer Differenztastkopf sein soll bzw. hätte jemand eine Empfehlung?

>Soetwas kann man sehr günstig mit Programmen wie LTSpice lösen.
>Wenngleich ich befürworte, dass du auch den Umgang mit ein einem
>Oszilloskop lernen willst und sollst, so denke ich, dass man gerade für
>dieses Problem die Schaltung sehr gut simulieren kann und keine Angst
>haben muss, dass sie den magischen Rauch auslässt.

Die Software werde ich mir auf jeden Fall mal anschauen, da ich 
ebenfalls auf der Suche nach einem guten Simulationsprogramm bin. Bei 
den bisher getesteten scheiterte es meistens schon bei den 
Einstellmöglichkeiten der Durchlassspannung der LED.

: Bearbeitet durch User
von Christian E. (cerker)


Lesenswert?

Kannst du den Aufbau der Schaltung leicht verändern? (Steckbrett o.ä.?)

Dann LED und Vorwiderstand gegeneinander vertauschen, genauso wie den 
22µF und 1k. Jetzt haben Kondensator und LED einen gemeinsamen Knoten am 
Kollektor des rechten Transistors. Dort kannst du die gemeinsame Masse 
anlegen und die LED- und Kondensatorspannung messen.

Es hängen zwar Kathode und Pluspol zusammen, was bedeutet dass du den 
Kanal mit der Kondensatorspannung invertieren muss, das sollte aber 
jedes Oszi können.

Geht natürlich nur wenn die Schaltung an sich potentialfrei versorgt 
ist.

Gruß,
Christian

von Volker S. (sjv)


Lesenswert?

Das was Du da als Beispiel genommen hast, ist eher theoretisch und 
unüblich.
Praktisch legt man den Oszi -GND an den Schaltungs-GND und mißt so. Zu 
Bedenken ist auch die Erdung des Oszi. Weitere Meßgeräte mit Erdung 
müssen deswegen an den gleichen GND angeschlossen werden.

von Manfred P. (pruckelfred)


Lesenswert?

Stefan S. schrieb:
> Soetwas kann man sehr günstig mit Programmen wie LTSpice lösen.

Ein dusseliger Hinweis. Christopher möchte nicht am Bildschirm spielen, 
sondern reale Werte messen.

Christian E. schrieb:
> Dann LED und Vorwiderstand gegeneinander vertauschen, genauso wie den
> 22µF und 1k.

Guter Mann, die Idee ist mir nicht gekommen. So geht das, dann kann er 
wirklich messen und an der Funktion ändert sich nichts.

Volker S. schrieb:
> Das was Du da als Beispiel genommen hast, ist eher theoretisch und
> unüblich.

Das mag so sein.

> Praktisch legt man den Oszi -GND an den Schaltungs-GND und mißt so.

Quatsch! Solange die Schaltung potentialfrei (per Batterie oder 
Labornetzteil) gespeist wird, kann man mit dem Scope zwischen beliebigen 
Punkten messen. Für solche Spielchen wäre natürlich ein frei liegendes 
Scope mit Akkuspeisung ideal, ist aber nicht zwingend.

Was soll eingentlich "-GND" sein, den Begriff gibt es nicht!

von Manfred L. (egonotto)


Lesenswert?

Hallo,


das konkrete Problem hat ja Christian E schon gelöst.
Und Differential-Tastköpfe sind verhältnismäßig teuer.

Zum Lernen wären aber Differential-Tastköpfe schon praktisch.

Man kann sich aber vielleicht mit einem Instrumentenverstärker behelfen.

Bei Ebay gibt es günstige AD620 Boards, die es ermöglichen an beliebigen 
Stellen zu messen, wenn die Spannung in der Schaltung maximal 5 V 
beträgt und wenn die Frequenz unter 20 kHz ist.

Diese Boards kriegt man um die 5 € und sie erzeugen die benötigte 
negative Spannung selbst

(zum Suchen bei Ebay: AD620
Microvolt Millivolt uV mV Small Signal Instrumentation Amplifier Board).


MfG
egonotto

von Christopher (chris90)


Lesenswert?

>Kannst du den Aufbau der Schaltung leicht verändern? (Steckbrett o.ä.?)

>Dann LED und Vorwiderstand gegeneinander vertauschen, genauso wie den
>22µF und 1k. Jetzt haben Kondensator und LED einen gemeinsamen Knoten am
>Kollektor des rechten Transistors. Dort kannst du die gemeinsame Masse
>anlegen und die LED- und Kondensatorspannung messen.

Da sich die Schaltung tatsächlich auf einem Steckbrett befindet, kann 
ich sie leicht verändern.

Das Problem daran ist nur, ich habe dies einfach nur als Beispiel für 
die Art und Weise der Messung genutzt. Also es geht mir nicht nur 
explizit um dieses Beispiel, sondern allgemein um die Art und Weise des 
Messens. Da ich in anderen Schaltungen ja nicht immer den Vorteil haben 
werde, diese so einfach anzupassen.


>Man kann sich aber vielleicht mit einem Instrumentenverstärker behelfen.

>Bei Ebay gibt es günstige AD620 Boards, die es ermöglichen an beliebigen
>Stellen zu messen, wenn die Spannung in der Schaltung maximal 5 V
>beträgt und wenn die Frequenz unter 20 kHz ist.

Danke für den Tipp, aber da wäre das Problem die Einschränkung auf 5V. 
Da bin ich mit einer einfachen 9V Batterie schon drüber.



Würde es denn so funktionieren wie ich oben geschrieben habe mit einem 
passiven Tastkopf am Kanal 1 und einem Differential-Tastkopf am Kanal 2 
oder müssen dann beides dann Differential-Tastköpfe sein?

Ich hab mal geschaut wie es da preislich so aussieht und der 
Preisbereich ist schon enorm nach oben hin.
Taugen denn solche 
https://www.batronix.com/versand/messtechnik/tastkoepfe/Micsig-DP10007.html#yoReviews 
Tastköpfe oder welche von Amazon für 300€ etwas oder muss es für etwas 
vernünftiges über 1000€ sein?

Bei den Differential-Testköpfen steht auch immer bei, dass diese für 
geerdete Oszilloskope seien. Wie schaut es denn aus, wenn es sich um ein 
Handheldoszilloskop mit Batterieversorgung handelt?


Wäre es denn Alternativ möglich ein Oszilloskop mit isolierten Kanälen 
zu nutzen? Falls ja, gibt es da welche im Preisbereich unter 1000€ oder 
liegen die alle bei mindestens einem mittleren vierstelligen Betrag?

von Rainer W. (rawi)


Lesenswert?

Manfred P. schrieb:
> Stefan S. schrieb:
>> Soetwas kann man sehr günstig mit Programmen wie LTSpice lösen.
>
> Ein dusseliger Hinweis. Christopher möchte nicht am Bildschirm spielen,
> sondern reale Werte messen.

Dann braucht er ein Messgerät, dass das kann. So einfach ist die Welt.

Aber welche zusätzliche Information will er aus der gleichzeitigen 
Messung der Signale gewinnen, die ihm die LTSpice-Simulation nicht 
liefern kann.

Die Signale wiederholen sich, also kann man die Signale auch 
nacheinander messen und hinterher zusammenbauen, wie es z.B. früher 
Oszilloskope in der Betriebsart "Alternate" machten. Vermutlich hat das 
Oszi sogar einen dritten Kanal, der sequentielle Analysen dieser Art 
unterstützt, und Christopher hat ihn nur noch nicht entdeckt.

von Rainer W. (rawi)


Lesenswert?

Christopher schrieb:
> Also es geht mir nicht nur
> explizit um dieses Beispiel, sondern allgemein um die Art und Weise des
> Messens. Da ich in anderen Schaltungen ja nicht immer den Vorteil haben
> werde, diese so einfach anzupassen.

Dann bau dir selber für ein paar Cent einen Differenzverstärker, ggf. 
mit Elektrometereingängen auf. Um die Signale in so einer Schaltung zu 
betrachten, brauchst du meist keinen 200MHz-Verstärker.

> Danke für den Tipp, aber da wäre das Problem die Einschränkung auf 5V.
> Da bin ich mit einer einfachen 9V Batterie schon drüber.

Vielleicht wäre es auch sinnvoll, sich von dem Thema "Batterie" zu 
verabschieden und ein vernünftiges Labornetzgerät zu verwenden, z.B. 
eines, dass gleichzeitig drei potentialgetrennte Ausgänge zur Verfügung 
hat.

von Rainer D. (rainer4x4)


Lesenswert?

Volker S. schrieb:
> Das geht mit mehr als 2 Kanälen, dann kannst Du mit 2 Kanälen eine
> Differenzmessung CH1 add inv CH2 machen. Mit den 3. und 4. Kanal kannst
> Du dann weitere Signale mit identischer Masse messen.

Christopher schrieb:
> Da ich aktuell nur ein Oszilloskop mit zwei Kanälen zur Verfügung habe,
> wäre dies ersteinmal keine Option.

Für derartige Darstellungen reicht ein Zweikanal Oszi vollkommen aus. 
Das Gerät stellt die notwendigen Funktionen zur Verfügung, siehe Post 
von Volker S. Dafür brauchts auch keinen Differential-Messkopf. Alles 
Weitere erledigt das graue Zeugs zwischen den Ohren.

Wenn ich sowas lese, dann frage ich mich wie meine Kollegen und ich die 
vergangenen 40 Berufsjahre als Nachrichtentechniker ohne 4 Kanal und 
onhe Diff-Kopf ausgekommen sind. Wenn sowas zu Verfügung steht, schön. 
Aber zwingend gebraucht wird es nicht.
> Stefan S. schrieb:
> Ein dusseliger Hinweis. Christopher möchte nicht am Bildschirm spielen,
> sondern reale Werte messen.
Im übrigen ist ein Skop auch kein Messgerät, dafür gibts andere Mittel. 
Auch wenn das manch einer nicht wahr haben will.

von Klaus H. (hildek)


Lesenswert?

Christopher schrieb:
> Nun möchte ich einmal den Spannungsverlauf über der LED messen und mir
> am besten gleichzeitig den Spannungsverlauf über dem Kondensator
> anzeigen lassen.

Kein Problem, auch nicht mit zwei Kanälen!

Ein kleine Änderung ohne Auswirkung auf die Funktion der Schaltung ist 
allerdings notwendig:
- vertausche die Reihenfolge von LED und deren 1k Vorwiderstand
- vertausche die Reihenfolge vom C (22µF) und dem Serienwiderstand (1k).
- Klemme die Scope-Masse an den Kollektor vom rechten Transistor.
Jetzt kannst du mit einem Kanal die Spannung über der LED und mit dem 
zweiten die Spannung über dem Kondensator messen. Allerdings sollte zur 
Sicherheit die Schaltung, wie gezeichnet, mit einer Batterie versorgt 
werden.
Es wird sein, dass das Skope dann die Spannung über dem C negativ 
anzeigt, ggf. hast du eine Taste mit der Beschriftung 'INV' zum 
invertieren.

Außerdem: die Spannung über der LED ist eigentlich nicht so interessant, 
der Strom durch sie wäre es eher. In dem Fall eben die LED nicht mit 
ihrem Vorwiderstand vertauschen und über dem Widerstand die Spannung 
messen, die ja mit 1k proportional zum LED-Strom ist.

: Bearbeitet durch User
von Klaus H. (hildek)


Lesenswert?

Christian E. schrieb:
> Dann LED und Vorwiderstand gegeneinander vertauschen, ...

Sorry, Christian E., ich hatte deinen Beitrag völlig übersehen.
Wahrscheinlich weil noch lange danach über Differenztastköpfe 
geschrieben wurde ...

von Manfred L. (egonotto)


Lesenswert?

Christopher schrieb:
> Danke für den Tipp, aber da wäre das Problem die Einschränkung auf 5V.
> Da bin ich mit einer einfachen 9V Batterie schon drüber

Hallo,

Du kannst ja an beiden Eingängen gleiche Spannungsteiler anbringen. 
Damit kannst Du die Einschränkung umgehen.

Schau Dir mal das "Analog Discovery" an.

MfG
egonotto

: Bearbeitet durch User
von Manfred P. (pruckelfred)


Lesenswert?

Christopher schrieb:
> Bei den Differential-Testköpfen steht auch immer bei, dass diese für
> geerdete Oszilloskope seien. Wie schaut es denn aus, wenn es sich um ein
> Handheldoszilloskop mit Batterieversorgung handelt?

Das ist halbwegs egal, solange die Schaltung keinen Erdbezug hat.

Wenn sie es hat, Du willst z.B. parallel zu einer 230V-Glühlampe messen, 
macht es direkt bumm oder der FI fällt, weil Du eine Seite über das 
Scope unzulässig erdest. Der Differenzkopf trennt den Eingang des Scopes 
von der Erde.

Mit einem Handheld mit Akku könntest Du ungestraft messen, aber mit der 
Folge, dass dann Netzspannung am Scope liegt - ein Sicherheitsrisiko.

Aus dem Grunde sorgt man dafür, dass die Schaltung, in der man messen 
muß, keinen Bezug zur Erde hat. Das sind Bestandteile einer 
Berufsausbildung, die sich im Forum nur ansatzweise erklären lassen.

Und auch mit einem batterieversorgten Scope kannst Du nicht beliebig 
messen, weil trotzdem beide Eingänge einen gemensamen GND haben.

Rainer W. schrieb:
>> Ein dusseliger Hinweis. Christopher möchte nicht am Bildschirm spielen,
>> sondern reale Werte messen.
> Dann braucht er ein Messgerät, dass das kann. So einfach ist die Welt.

Er hat ein Gerät, was das kann.

> Aber welche zusätzliche Information will er aus der gleichzeitigen
> Messung der Signale gewinnen, die ihm die LTSpice-Simulation nicht
> liefern kann.

Unbestätigten Gerüchten zufolge sollen reale Bauelemente gelegentlich 
von den Idealwerten der Simulation abweichen.

> Die Signale wiederholen sich, also kann man die Signale auch
> nacheinander messen und hinterher zusammenbauen, wie es z.B. früher
> Oszilloskope in der Betriebsart "Alternate" machten.

Ich bezweifele, dass Du den Alternating-Betrieb eines analogen Scopes 
verstanden hast.

Rainer D. schrieb:
> Wenn ich sowas lese, dann frage ich mich wie meine Kollegen und ich die
> vergangenen 40 Berufsjahre als Nachrichtentechniker ohne 4 Kanal und
> onhe Diff-Kopf ausgekommen sind.

Na aber ... Du hast ja so recht! Analogscope habe ich noch in der 
Berufsschule lernen dürfen, einen Differenzkopf in den folgenden 
zweistelligen Jahren niemals vermisst.

Ich habe viele Jahre Tonstudio- und Beschallungstechnik gemessen, da gab 
es Meßgeräte mit erdfreiem Eingang, sogar hochohmig mit BNC, z.B. R&S 
UVN oder URE. Wenn ich zum Gucken ein Scope am Ausgang des UVN brauchte, 
musste dort ein Übertrager zwischen, um die ungewollte Erde fern zu 
halten.

Klaus H. schrieb:
> Außerdem: die Spannung über der LED ist eigentlich nicht so interessant,
> der Strom durch sie wäre es eher.

Stimmt! Interessant könnte auch sein, Strom und Spannung zeitgleich 
anzugucken, wie unlinear die Lampe ist.

von Michael M. (michaelm)


Lesenswert?

Manfred P. schrieb:
> ...die Spannung über der LED ist eigentlich nicht so interessant,
>> der Strom durch sie wäre es eher.

Nichts leichter als das: Die Spannung über dem Vorwiderstand der LED 
zeigt dir den Strom, die durch die LED fließt.

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.