Ein Anleitung über den richtigen Umgang mit passiven Tastköpfen. Insbesondere bei der Darstellung schneller Rechtecksignale können Fehler gemacht werden. Zwei Videofilme erklären, was zu beachten ist.
Viele kaufen sich ein schönes Digitaloszilloskop und geben viel Geld für eine möglichst hohe Grenzfrequenz aus, die sie dann buchstäblich ruinieren, weil sie Fehler beim Umgang mit den Tastköpfen vornehmen. Messfehler sind vorprogrammiert. Übrigens habe ich versucht einen passiven Tastkopf selbst zu bauen. Es hat nicht funktioniert. Es ist besser sich die Tastköpfe fertig zu kaufen. Sie sind zudem nicht besonders teuer.
Zwei Tastköpfe chinesischer Fertigung für 100 MHz. Bei dem oberen ist die Kappe entfernt. Zum Vorschein kommt der Ring mit dem Masseanschluss. Der Schiebschalter am Griff dient zur Umschaltung von 1:1 auf 1:10 Teilerverhältnis.
Und sind an den BNC-Steckern die Abgleichglieder zu sehen.
Folgende Fehler beim Umgang mit Tastköpfen sind typisch:
1. Der Tastkopf hat eine niedrigere Grenzfrequenz als das Oszilloskop: Dann verschenkt man natürlich die obere Grenzfrequenz, für die man beim Oszilloskop Geld ausgegeben hat. Der Tastkopf bildet dann das schwächste Glied. Man kauft sich immer einen Tastkopf, der eine möglichst hohe Grenzfrequenz hat. Hat man ein 20-MHz-Oszilloskop, kauft man sich z.B. einen für 100 MHz.
2. Der Tastkopf steht auf 1:1: Dann sinkt die obere Grenzfrequenz von zum Beispiel 100 MHz auf 6 MHz gebenüber der Stellung 1:10. Schuld daran ist die hohe Eingangskapazität bei der Stellung 1:1. Das Datenblatt des Tastkopfes gibt Auskunft.
3. Der Tastkopf ist nicht abgeglichen: Der Tastkopf muss mit einem Rechtecksignal an der Einstellschraube des BNC-Anschlusses abgeglichen werden, um einen linearen Frequenzgang zu erzielen. Der Abgleich (siehe Video) erfolgt für den linken und rechten Kanal getrennt. Das Rechtecksignal liefert das Oszilloskop. Nach dem Abgleich dürfen die Tastköpfe nicht vertauscht werden. Bei mir ist der rot gekennzeichnete Tastkopf immer für den rechten Kanal reserviert. „Rot und „rechts“ kann ich mir leicht merken.
4. Der Tastkopf ist mit einem Stück Kabel mit der Masse des Messobjekts verbunden: Schon wenige cm Massekabel können auf dem Rechtecksignal Überschwinger erzeugen, die es in Wirklichkeit nicht gibt. Besser ist es die Kappe des Tastkopfes abzuziehen. Der Metallring, der dann zum Vorschein kommt, ist auf kürzestem Wege mit der Masse zu verbinden. Dazu gibt es als Zubehör Kontaktfedern.
5. Die Spannungsfestigkeit des Tastkopfes wird nicht beachtet: Diese steht im Datenblatt. Bei Überspannung, die mit zunehmender Messfrequenz sinkt, schlägt der Tastkopf durch und kann die Messeingänge des Oszilloskops beschädigen. Kritisch kann es bei der Arbeit an Röhrenschaltungen werden.
Zwei Videos über den richtigen Umgang mit Tastköpfen:
Wie der Tastkopf richtig anzuschließen ist.
Das Datenblatt des Tastkopfes. Spannungsfestigkeit, Grenzfrequenz und Eingangskapazität bei der Stellung 1:1 und 1:10.
Alle Filme des Oszilloskop-Video-Tutorials sind unter „Wie arbeite ich mit einem Oszilloskop? – Eine Videoreihe“ zu finden.
Experimente mit einem 12-MHz-Rechtecksignal: Nachfolgend in Bildern ein paar Ergebnisse bei der Messung mit einem Rechtecksignal aus einem TTL-Quarzoszillator.
Als Testsignal dient ein 12 MHz-Signal eines TTL-Rechteck-Signals. Das Bild zeigt allerdings ein 33,333-MHz-Oszillator, um die immer gleich Anschlussbelegung zu zeigen. Es gibt übrigens noch Quarzoszillatoren, welche für 3,3 Volt Speisespannung ausgelegt sind.
1. Versuch – Anschluss ohne Kabel:
Der Oszillator wird so dicht wie möglich und ohne Kabel mit dem Eingang des Oszilloskops verbunden. Das Gehäuse ist direkt mit der Masse der BNC-Eingangsbuchse verbunden.
So sieht das 12-MHz-Rechtecksignal dann auf einem 150-MHz-Oszi aus.
2. Versuch – Masseverbindung direkt am Massering:
Tastkopf mit entfernter Kappe. Der Massering ist direkt mit dem Masseanschluss des Oszillators verbunden. Der Tastkopf steht auf 1:10. Es gibt übrigens als Zubehör federnde Kontaktstifte für die Masseverbindung.
Trotz kurzer Masseverbindungen und Abgleich sind noch leichte Überschwinger zu erkennen. Der Tastkopf hat mit 100 MHz eine niedrigere Grenzfequenz als das Oszilloskop.
3. Versuch – Tastkopf steht auf 1:1:
Signal des Tastkopfs bei der Stellung 1:1. Dann hat er nur noch eine Grenzfrequenz von 6 MHz. Von einem 12-MHz-Rechtecksignal bleibt dann im Prinzip eigentlich nur ein Sinus übrig.
4. Versuch: Tastkopf wird über das Massekabel mit der Krokoklemme angeschlossen:
Der Tastkopf ist nun über das Massekabel mit der Krokodilklemme verbunden.
Durch das kurze Stück Massekabel am Tastkopf entstehen oben und unten starke Überschwinger.