|
Hauptnachteile
ohne Trenntrafo:
gut
bekannt die "50 Hz-Brummschleifen" enstanden durch eine
galvanische Verkopplung über Masse und Schutzleiter verschiedener Geräte. Natürlich finden
so auch hochfrequente Signale ihren Weg. Sie sind galvanisch verkoppelt und werden
zusätzlich übertragen
durch parasitäre Koppelkapazitäten der Netzteile. Diese Aussagen
sind prinzipielle Grundlagen aus der Schulmedizin für Elektrotechnik.
Oft beobachtet - viele Entwickler sind sich für eine konsequente Beachtung der
einfachsten Grundlagen zu schade oder schlicht zu faul. |
Immer
die gleiche Frage, wo soll die Krokoklemme des Tastkopfs hin?
Ohne
Trenntrafo ist es immer das gleiche Problem, meist ohne eindeutige Antwort.
Wo ist beim Messen welche Masse anzuschließen? Soll die Krokoklemme des
Tastkopfes angeschlossen werden oder ist es besser die Erdung des Scopes
über einen anderen Weg durchzuführen? Fragen über Fragen, die besten
Antworten liefert meistens das Probieren - nur bei jeder Konstellation ein anderes
Ergebnis; buuh! das nervt abartig, ich will messen
und nicht rumspielen. |
Aber muß das so sein?
Ich habe die Erfahrung gemacht - eindeutig
nein!
Warum bin ich mir da so sicher?
Mein
Erfahrungsweg war dieser: den schulisch gelernten Weg, schön
brav alles in die gleiche Steckdosenleiste und immer an der gleichen
Masse messen, sonst gibt's Kurzschluß, ist ja ok. Und wenn Du doch mal ein
Signal messen mußt, das sich nicht gegen Masse bezieht, dann mach das
gefälligst so: Kanal A vom Scope auf der High Side gegen Masse und mit dem Kanal B von der Low Side gegen
Masse. Abschließend Kanal B invertieren und dann die beiden Kanäle addieren,
schon hat man das Differenzsignal. Wenn's nur so einfach wäre, mit
zunehmenden Frequenzen reicht die ohnehin schlechte
Gleichtaktunterdrückung dieses Pseudo Differenz Verstärker nicht mehr
aus, er zeigt Blödsinn an.
Ein
Beispiel: insbesondere bei einem Digitalscope ist die
Differenzbildung besonders interessant. Miss mal eine 100mV
Wechselspannung aufgesetzt auf einem High Side Signal von 70 Volt low
frequency (CommonMode). Geschätzt 95% aller Digitalscopes haben 8
Bit Vertikalauflösung, Nimm an, Deine Voltage per Division steht
auf 10V/div, dann liegt der Wandleranschlag bei deutlich über 100 Volt,
z.B. 110Volt. (Sogar noch weit mehr, damit die manuelle vertikale Strahlpositionierung
gut funktioniert. Genaue Zahlen sind für diese Rechnung unwichtig).
Milchmädchenrechnung: 110Volt dividiert durch 2exp+8
(256). Ein Bit des AD-Wandlers: 110Volt/256 = 0,4296 Volt
Und
jetzt würde ich mal gern sehen wie Du da noch den überlagerten Sinus
darstellen willst? Sage bitte nicht:
"da ist nichts drauf ausser einem blöden Rauschen. Ich bin mir da
sicher, ich habe es mit einem neuen 25.000 Euro 5 Gigasample/Sekunde 500
MHz Scope gemessen". Und ich sage
Dir, Du hast soeben ein ganz tolles 25 kilo Euro Scope falsch
angewandt - es ist nicht Deine Schuld, genügend Spezialisten haben es Dir
in steuerfinanzierten Anstalten schließlich so lange eingeprägt,
daß Du es bis heute glaubst - dafür weißt Du aber sicherlich heute noch wie
mit asynchroner Logik ein Vorwärtszähler zu realisieren ist.
Hoffentlich liest das mal ein Pädagoge oder besser ein
Lehrplanverantwortlicher und nimmt die Schl**mütze runter.
Ich will niemandem zu Nahe treten - nein- ich kann es nur
nicht fassen, wie aus einer meßtechnischen Notlösung ein
allgemeingültiger Standard gepredigt wurde.
|
|
Meßtechnische
Notlösung: verwende die beschriebene Zweikanallösung, nur
wenn das Meßsignal groß genug gegenüber dem Common Mode Signal ist. Wer weiß das schon vor der Messung
genau? Die Methode ist nur
ratsam wenn das Common Mode Signal nicht hochfrequent ist.
Chaotische
lebensgefährliche Notlösung: Klebestreifen
|
Gute
meßtechnische Lösung: nimm einfach einen schnellen
aktiven Differenztastkopf mit hoher Gleichtaktunterdrückung von
mehrenen hundert MHz. Genau das Ding von dem der Tektronix Vertreter
zurecht immer so geschwärmt hat, Ein Entscheider aber nie ganz versteht
für was man das bräuchte. |
|
Zusätzliche meßtechnische Lösung
für wenig Kosten: verwende Trenntransformatoren, als
Eigenbau oder noch besser als Fertiggerät, günstig am Gebrauchtmarkt
erhältlich. Auch an empfindlichen Signale läßt sich solch eine
Kombination noch sinnvoll anschließen. Bei sehr empfindlichen Signalen
verwende eine galvanische Trennung z.B Trenntrafo, besser noch
Akkubetrieb + zusätzlich einen Differenzverstärker. Der einzige
wesentliche übrigbleibende Kopplungsweg, ist die kapazitive Verkopplung
des Messgeräts über die Umgebung zur messenden Schaltung zurück.
Selbst dies läßt sich durch geschickte Positionierung der Anordnung
Schaltung - Meßequipment optimieren. Wer es ständig mit
empfindlichsten Signalen zu tun hat, kann mir bestimmt auch ein paar
nützliche Tipps geben, ich würde mich freuen. |
Wie messe ich?
Ganz einfach, ich habe es mir
angewohnt an jedes Gerät grundsätzlich einen Trenntrafo vorzuschalten.
Es wurde stellenweise sogar auf die Spitze getrieben, viele meiner
Geräte sind mit Akkubetrieb nachgerüstet worden, die Low Frequency Spectrumanlyzer, manche Voltmeter und auch ein akkubetriebenes AC Power
Supply z.B. für ein Scope.
Da mag übertrieben klingen,
ist es manchmal auch - aber warum soll ich mir beim Messen immer wieder
den Kopf zerbrechen, wo ich einen Trafo oder eine Batterie brauche und
wo nicht?, ich tue es einfach. Ich verwende meine Zeit und Gedanken für
das zu messenden Problem. Das wie? - uninteressant - solange es ein
sicheres Ergebnis liefert. Mittlerweile haben sich ettliche Batterien
und sieben Trenntransformatoren angesammelt. Die Methode mit vielen
Trenntrafos benötigt dazu aber auch die enstprechende Anzahl von
Oszilloskopen - selbst die sind gebraucht günstig zu erwerben, es
müssen nicht immer 200 oder 500 MHz Bandbreite sein. Ein oder zwei Top
Scopes sind empfehlenswert, die zusätzlichen je nach Finanzierung und
Sammelleidenschaft. In aller Regel ist es mit dieser Methode möglich,
beliebig viele galvanisch getrennte Meßkanäle zu schaffen. Ich habe
mich mittlerweile daran gewöhnt mit fünf bis sieben Scopes
gleichzeitig an einer größeren Schaltung zu arbeiten. Auch der Aufwand
mit Akkumulatoren ist nur eine Frage einer sinnvollen Organisation.
Mit diesen Arbeitsweisen machte
ich in den letzten Jahren nur die allerbesten Erfahrungen. Eine
Brummschleife, dubiose Effekte und Masseanbindungen kenne ich nur noch
aus vergangenen Tagen oder vom Hörensagen anderer.
Ausblick
Aufbau
eines aktiven Mini Low Frequency Differenztastkopfs aus modernen
Instrumenten Verstärkern. Aufbau
eines Trenntrafos, mit speziellen Überlegungen selbstgewickelt um
minimalste kapazitive Kopplung zu erreichen.
|
