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Grundlagen eines Oszilloskops Die verlässliche Signalaufnahme mit dem Oszilloskop

Autor / Redakteur: Klaus Höing * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Der Tastkopf ist der Flaschenhals bei einer Messung mit dem Oszilloskop.In unserem Beitrag stellen wir Ihnen 8 Grundregeln vor, um zuverlässige Messwerte zu erhalten.

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Der Tastkopf ist für die Arbeit mit dem Oszilloskop ein wesentliches Werkzeug: Wir geben Ihnen insgesamt acht Tipps, um möglichst zuverlässige Messwerte zu erhalten.
Der Tastkopf ist für die Arbeit mit dem Oszilloskop ein wesentliches Werkzeug: Wir geben Ihnen insgesamt acht Tipps, um möglichst zuverlässige Messwerte zu erhalten.
(dataTec)

Für verlässliche Messergebnisse entscheidet nicht nur die Wahl des Oszilloskops. Auch die passenden Tastköpfe sind wichtig. Ansonsten kommt es zu verzerrten oder irreführenden Messergebnissen. Wir stellen Ihnen 8 Grundregeln vor, um möglichst zuverlässige Messwerte mit einem Oszilloskop und dem passenden Tastkopf zu erhalten.

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Tipp 1: Ein Passiver oder aktiver Tastkopf?

Für allgemeine Anwendungen im unteren Frequenzbereich bis ca. 600 MHz sind passive Hochimpedanz-Tastköpfe mit ohmschen Eingangsteilern die Wahl. Die robusten und kostengünstigen Tastköpfe bieten einen weiten Dynamikbereich >300 V bei einem hohen Eingangswiderstand, um auch eine Anpassung an den hohen Eingangswiderstand des Oszilloskops zu erreichen. Sie haben zwar eine höhere kapazitive Last und bieten daher eine geringere Bandbreite wie die passiven Tastköpfe mit niederer Impedanz oder gar wie die aktiven Tastköpfe. Über alles betrachtet sind die hochohmigen passiven Tastköpfe für die meisten analogen und digitalen Signalen bis ca. 600 MHz zur Fehlersuche geeignet, sofern die zu betrachtenden Frequenzanteile <600 MHz liegen.

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Für Anwendungen mit mehr als 600 MHz und einer höheren Messgenauigkeit sind aktive Tastköpfe vorzuziehen. Sie sind in der Anschaffung teurer als passive Tastköpe und ihre maximale Eingangsspannung ist limitiert. Durch die geringere Eingangskapazität lassen sich genauere Messungen durchführen und sie geben daher bei schnellen Signalen mit hohen Frequenzanteilen ein genaueres Bild der Signalrealität wieder. Für die Signalaufnahme wurde im linken Teil des Bildes 1 der passive Tastkopf N2873A mit einer Bandbreite von 500 MHz verwendet, im rechten Bild ein Single-ended aktiver Tastkopf N2796A mit einer Bandbreite von 2 GHz.

Die gelben Kurven geben in beiden Bildern jeweils das originale Generator-Signal wieder. Beide Kurven sehen gleich aus. Die grünen Kurven geben das Testpunkt-Signal wieder, wenn der jeweilige Tastkopf angeschlossen ist. In der linken Bildhälfte ist bereits die kapazitive Belastung spürbar. Die violette Kurve zeigt das mit den jeweiligen Tastköpfen gemessene Signal. Die Eingangsimpedanz (Widerstand, Kapazität und Induktivität) des passiven Tastkopfs belastet das Signal.

Auch wenn es den Anschein hat, dass der passive Tastkopf das zu messende Signal originalgetreu wiedergibt, so ist das Gegenteil der Fall: Die Anstiegszeit vergrößert sich auf 4 ns anstatt der erwarteten 600 ps. Hintergrund ist, dass durch die Eingangsimpedanz und die Bandbreite von 500 MHz des passiven Tastkopfs auf ein 583-MHz-Signal (=0,35 / 600 ps) [1] reduziert wird. Die parasitäre Kapazität und Induktivität führt am Tastkopfausgang zu Überschwingen und Einschwingeffekten (violette Kurven).

Das Messsignal wird nicht verfälscht, wenn man einen aktiven Tastkopf mit 2 GHz an den Testpunkt bringt. Die Signalkurve ist nahezu identisch mit der ohne den angeschlossenen aktiven Tastkopf. Ebenso sind die Messwerte für die Anstiegszeit mit Tastkopf bei 600 ps (grüne Kurve). Beim passiven Tastkopf mit einer Bandbreite von 3 MHz mit einer 15 cm langen Masseleitung und Krokodilklemmen hat sich die Anstiegszeit auf 740 ps vergrößert und das Ausgangssignal des passiven Tastkopfes auf bis zu 1,4 ns.

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