Einfacher aktiver 1:1-Tastkopf bis etwa 50 MHz Drucken E-Mail
Montag, den 24. Oktober 2011 um 07:13 Uhr

Bauanleitung eines einfachen aktiven 1:1-Tastkopfs bis etwa 50 MHz

Der nachfolgend beschriebene Tastkopf für ein Oszilloskop oder einen Frequenzzähler hat eine Eingangsimpedanz von etwa 1 MOhm / 4 pF und eine Ausgangsimpedanz von etwa 50 Ohm. Die obere 3-dB-Grenzfrequenz liegt bei etwa 50 MHz.

Zielsetzung: Für mein Oszilloskop benötigte ich einen einfachen hochohmigen Tastkopf mit geringer Eingangskapazität, um Messungen an NF- und HF-Schaltungen bis 30 MHz für Reparaturzwecke vornehmen zu können. Außerdem soll dieser Tastkopf auch für den FA-Netzwerktester eingesetzt werden können, um einen hochohmigen Messeingang zu erhalten. Damit lassen sich Quarzfilter besser dimensionieren als mit dem vorhandenen 50-Ohm-Eingang. Zudem soll der Tastkopf einen Ausgang von möglichst 50 Ohm besitzen, damit die Messleitung korrekt abgeschlossen ist. Schließlich soll der Tastskopf wenig kosten und einfach zu reparieren sein, falls er durch Überspannung beschädigt wird. Die Bauteilebeschaffung darf kein Problem darstellen. Die Verstärkung des Tastkopfes muss nicht exakt 1:1 sein, was in der Reparatur-Praxis selten von Bedeutung ist.


Aufbau des Selbstbautastkopfes. Als Stromquelle kann auch eine 9-Volt-Blockbatterie oder ein kleines DC-Steckernetzteil eingesetzt werden. Der Stromverbrauch liegt bei nur 8 mA. Ein altersschwacher Bleigel-Akku kann hier auch noch eingesetzt werden.

Warum überhaupt ein aktiver Tastkopf? Ein RG58-Koaxialkabel von einem Meter Länge, welches als Messleitung eingesetzt werden kann, besitzt eine Eigenkapazität von etwa 100 pF, welche bei 8 MHz bereits einen Blindwiderstand von 200 Ohm besitzen. Dies führt an hochohmigen Messpunkten zu erheblichen Verfälschungen des Messerergebnisses. Mit einem aktiven Taskopf, der nur etwa 3 bis 4 pF Eingangskapazität besitzt, umgeht man dieses Problem.


Schaltung des aktiven Tastkopfs. Die Spannungsversorgung kann noch mit einer Diode gegen Verpolung geschützt werden (Großansicht hier). Es können auch andere Transistoren eingesetzt werden. Achtung: Im Schaltbild habe ich vergessen den Schirm des Koaxkabels am Tastkopf mit der Masse zu verbinden.


Die Spitze des hochohmigen Tastkopfes erzeugt in der Nähe des Oszilloskopschirms eine Rückkopplung, wodurch eine Schwingung entfacht wird. Es entsteht ein Oszillator der ungewöhnlichen Art.

Die Schaltung: Sie besteht eingangsseitig aus einem FET als Sourcefolger. Dessen Eingangswiderstand wird hauptsächlich durch den Ableitwiderstand zwischen Gate und Source bestimmt. Die Ausgangsimpedanz des Sourcefolgers liegt bei etwa 500 Ohm. Um auf die geforderten 50 Ohm am Ausgang zu kommen, wurde ein NPN-Transistor in Basisschaltung nachgeschaltet. Als Transistoren eignen sich fast alle Kleinleistungs-FETs und Kleinleistungs-NPN-HF-Typen. Als Kabel geht auch dünneres Koax-Kabel mit 50 Ohm Wellenwiderstand. Ich hatte nur RG58 zur Verfügung.

Frequenzgang: Der Frequenzgang wurde mit einem FA-NWT gemessen, welcher eine Eingangsimpedanz von 50 Ohm besitzt. Für HF-Messungen sollte das Oszilloskop deshalb ebenfalls mit 50 Ohm an seinem Eingang abgeschlossen werden. Dies vermeidet Reflexionen des Koax-Kabels.


Frequenzgang des Tastkopfs gemessen bis 50 MHz.


Frequenzgang gemessen bis 150 MHz.


Messanordnung mit dem FA-Netzwerktester.

Konstruktiver Aufbau: Realisiert wurde die Schaltung auf einem schmalen Streifen Lochrasterplatte, welche in ein Stück PVC-Elektroinstallations-Verlegerohr geschoben wurde. Die konstruktiven Details sind den Bildern zu entnehmen. Meine Zielsetzung war, den Tastkopf mit einfachen Werkzeugen und leicht beschaffbaren Materialien herstellen zu können.



Der Tastkopf wurde auf einer schmalen Lochrasterplatte realisiert. Die Breite muss wesentlich kleiner als der Innendurchmesser des Rohres sein. Die Zugentlastung besteht aus Draht und Kabelbindern. Der FET ist möglichst weit vorne anzubringen, um die Leitungen zur Messspitze kurz zu halten.


Die Tastspitze wurde mit Heißkleber fixiert. Ein Verlöten auf die Lötaugen lieferte nicht genügend mechanische Stabilität. Der FET im Bild lässt sich bei einem Defekt leicht austauschen.

Abschirmung: Ohne Abschirmung zeigte der Tastkopf einen Brumm von etwa 50 mVs. Eine Abschirmung aus Alufolie brachte eine leichte Verbesserung auf etwa 20 mVs.



Eine versuchsweise Abschirmung mit Aluminiumfolie setzte den Brumm von 50 mVs auf 20 mVs herab. Leider war das Gebilde dadurch zu dick für das PVC-Rohr.

Wer es perfekt machen möchte, kann als Abschirmung ein Heizungskupferrohr aus dem Baumarkt über das PVC-Rohr schieben. Das Kupferrohr muss natürlich mit der Masse verbunden werden.


Ein 50-Ohm-Abschlusswiderstand mit T-Stück am Oszilloskop, wie er in der Netzwerktechnik üblich war. Es gibt kapazitätsärmere Lösungen, die sich Durchgangswiderstand nennen. Viele Oszilloskope haben einen 50-Ohm-Widerstand bereits zuschaltbar eingebaut.

Abschlusswiderstand am Oszilloskop: Für HF-Messungen kann ein 50-Ohm-Abschlusswiderstand eingesetzt werden. Selbstverständlich setzt dieser Widerstand die Verstärkung herab. Für NF-Messungen kann der Abschluss am Oszilloskop entfallen.

Weiterer Link: Unter http://www.multiforum.se/afu/viewforum.php?f=22&mforum=afu gibt es interessante Diskussionen und Versuche zu Tastköpfen.

Zuletzt aktualisiert am Samstag, den 07. März 2015 um 08:11 Uhr
 

3. Februar 2017

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