DE4140506A1 - Hochspannungsabtastkopf mit grossem frequenzbereich - Google Patents
Hochspannungsabtastkopf mit grossem frequenzbereichInfo
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- G01R15/06—Voltage dividers having reactive components, e.g. capacitive transformer
Description
Die Erfindung betrifft Hochspannungsabtastköpfe für
Meßgeräte und insbesondere Oszilloskope.
Hochspannungsabtastköpfe für Oszilloskope ermöglichen
die Messung von Signalen, die den Eingangsspannungsbereich von
Oszilloskopen und anderen Meßinstrumenten, beispielsweise
Spektrum-Analysatoren übersteigen. Diese Meßinstrumente besitzen
in typischer Weise mehrere Eingangsspannungsbereiche, die von
einigen Millivolt bis zu mehren 10 Volt reichen. Sie lassen sich
zur Messung von mehreren 10 Volt auf mehrere 10 000 Volt dadurch
ausdehnen, daß der Standardtastkopf gegen einen
Hochspannungstastkopf ausgetauscht wird. Beispielsweise stehen
die Hochspannungstastköpfe Tektronix P6015 und Hewlett-Packard
1137A im Handel zur Verfügung, die eine Spannungsteilung von
1000 : 1 ergeben. Die bekannten Hochspannungstastköpfe besitzen
jedoch hinsichtlich ihrer Anwendung eine Anzahl von
Einschränkungen.
Es werden größere Frequenzbereiche, höhere
Eingangsspannungswerte und eine erhöhte Anpassungsfähigkeit
bezüglich der Leitungslänge zwischen dem Hochspannungs-Meßkopf
und dem Oszilloskop sowie einfachere Eicheinstellungen benötigt.
Einige Hochspannungstastköpfe verwenden umweltschädliche CFC-
Materialien, beispielsweise Freon, zur Verbesserung ihrer
Isolationseigenschaften. Solche Materialien sollten möglichst
beseitigt werden, während gleichzeitig die Güte verbessert wird.
Bekannte Hochspannungstastköpfe erfordern außerdem bis
zu sieben Einstellungen für die Eichung. Darüber hinaus führt
die verhältnismäßig hohe Eingangskapazität bekannter
Hochspannungstastköpfe zu einer starken Belastung des
Spannungsmeßpunktes für hohe Frequenzen, so daß es erforderlich
wird, die Spannungsfestigkeit des Tastkopfes oberhalb einer
verhältnismäßig niedrigen Frequenz zu verringern.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde,
einen Hochspannungstastkopf zu schaffen, der gleichzeitig einen
großen Frequenzumfang, hohe Eingangsspannungsfestigkeit, erhöhte
Flexibilität im Hinblick auf die Leitungslänge zwischen dem
Hochspannungsmeßpunkt und dem Meßgerät besitzt und einfache
Eicheinstellungen ermöglicht. Die Lösung der Aufgabe ist in den
unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Weiterbildungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Kurz zusammengefaßt, weist ein Hochspannungstastkopf
nach der Erfindung ein übliches Hochfrequenz-Koaxialkabel auf,
das über den größten Teil seines Hochfrequenzbereiches mit
seinem Wellenwiderstand abgeschlossen ist, sowie eine Schaltung
mit Widerständen und Kondensatoren, die ein festes
Teilungsverhältnis unabhängig von der Eingangsfrequenz liefert.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein
großer Arbeitsfrequenzbereich erzielbar ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß
eine hohe Eingangsspannungsfestigkeit erreicht wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die erhöhte
Flexibilität hinsichtlich der Leitungslänge zwischen dem
Hochspannungsmeßpunkt und dem Meßgerät, beispielsweise einem
Oszilloskop.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß Eicheinstellungen
einfach sind.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen
beschrieben werden. Es zeigen:
Fig. 1 das Schaltbild eines Hochspannungstastkopfes
nach der Erfindung;
Fig. 2 ein mechanisches Blockdiagramm des
Hochspannungstastkopfes nach Fig. 1;
Fig. 3 das Schaltbild der Ersatzschaltung nach Fig. 1
von Gleichstrom bis etwa 270 Hz für einen bevorzugten Satz von
Bauteilwerten;
Fig. 4 das Schaltbild der Ersatzschaltung gemäß Fig. 1
bei etwa 270 Hz bis 1 MHz für den bevorzugten Satz von
Bauteilwerten;
Fig. 5 das Schaltbild der Ersatzschaltung gemäß Fig. 1
bei etwa 1 MHz bis 100 MHz für den bevorzugten Satz von
Bauteilwerten;
Fig. 6 das Schaltbild der Ersatzschaltung gemäß Fig. 1
oberhalb von etwa 100 MHz für den bevorzugten Satz von
Bauteilwerten.
Fig. 1 zeigt einen Hochspannungstastkopf, der
allgemein die Bezugszahl 10 trägt und Kondensatoren 11 bis 18,
Widerstände 19 bis 26 und ein Koaxialkabel 28 mit einem
Wellenwiderstand von 50 Ohm enthält. Die Widerstände 19 bis 23
sind spezielle Hochspannungswiderstände, die je für ein Fünftel
der angelegten Spannung ausgelegt sind. Die Kondensatoren 11 bis
15 sind spezielle Hochspannungstypen, die je ein Fünftel der
angelegten Spannung aushalten. Der Kondensator 17 ist
einstellbar und wird zur Eichung des Tastkopfes 10 bezüglich der
Eingangsimpedanz des Meßgerätes benutzt. Ein typisches
Oszilloskop, an das der Tastkopf 10 angeschaltet wird, besitzt
einen Eingangswiderstand Ri und eine Eingangskapazität Ci. In
typischer Weise hat Ri einen Wert von etwa 1 Megohm und Ci einen
Wert von etwa 0,03 nF. Die Kapazität des Koaxialkabels wird
durch den Kondensator Cc dargestellt und beträgt etwa 0,3 nF.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Kondensator 16
einen Wert von 3 nF, der Kondensator 18 von 2,7 nF, der
Widerstand 25 hat einen Wert von 110 Kiloohm und die Widerstände
24 und 26 haben je einen Wet von 50 Ohm. Das Kabel 28 ist etwa 3 m
lang.
Fig. 2 zeigt den grundsätzlichen mechanischen Aufbau
des Tastkopfes 10. Eine Erdleitung 30 und eine Meßleitung 32
verbinden das zu messende Gerät (DUT von device under test) mit
einem Meßkopf 34, der die Widerstände 19 bis 25 und die
Kondensatoren 11 bis 17 enthält. Der Meßkopf 34 ist über das
Koaxialkabel 28 mit einer Abschluß- und Verbindereinheit 36
verbunden. Die Einheit 36 enthält einen Widerstand 26, einen
Kondensator 18 und einen BNC-Stecker zum schnellen Anschluß an
ein Oszilloskop. Aus Sicherheitsgründen sind der Tastkopf 10 und
insbesondere der Meßkopf 34 nicht dafür ausgelegt, mit der Hand
gehalten zu werden. Da der Meßkopf 10 für eine Messung
gefährlicher und tötlicher Spannungen geschaffen ist und es
Schwierigkeiten bereitet, einen mit der Hand gehaltenen Tastkopf
bei Beobachtung des Oszilloskops unter Kontrolle zu halten, ist
der Tastkopf 10 statt dessen so ausgelegt, daß er sich auf einer
Arbeitsfläche befestigen läßt. Ein haftendes Gewebe,
beispielsweise Velcro ® wird benutzt, um den Meßkopf 34 nahe dem
zu messenden Kopf auf einer geerdeten oder isolierten Fläche
festzuhalten. Die Hochspannungs-Eingangsmeßleitung 32 führt von
dem Spannungsteiler-Meßkopf 34 mit maximalem Abstand von der
Befestigungsebene weg, um für einen Kriechabstand zum Zweck
einer Hochspannungsisolation zu sorgen. Bei einem alternativen
Ausführungsbeispiel kann der Widerstand 25 für einen
Gleichstrom-Maßstabsfaktor aus dem Meßkopf 34 zur Einheit 36
verlegt werden, ohne den Betrieb der Schaltung wesentlich zu
ändern. Für bestimmte Maßstabsfaktoren kann der Widerstand 25
vollig weggelassen werden, so daß der Eingangswiderstand Ri des
Oszilloskops allein für den Abfühlzweig eines niederfrequenten
Spannungsteilers benutzt wird.
Fig. 3 zeigt das Ersatzschaltbild von Fig. 1 für
Eingangsfrequenzen von Gleichstrom bis etwa 270 Hz. Die
Kondensatoren 11 bis 18 haben bei diesen Frequenzen eine so hohe
Impedanz, daß sie vernachlässigt werden können. Die
Spannungsteilung beträgt etwa 10 000 : 1, da die Hochspannungs-
Eingangswiderstände 19 bis 23 in Reihe einen Wert von insgesamt
1 000 Megohm haben und die Parallelschaltung des Widerstandes 25
mit dem Eingangswiderstand Ri etwa 100 Kiloohm beträgt.
Fig. 4 zeigt das Ersatzschaltbild von Fig. 1 für
Eingangsfrequenzen von etwa 270 Hz bis 1 MHz. Jetzt herrschen
die Kapazitäten vor und die Spannungsteilung beträgt weiterhin
etwa 10 000 : 1. Die Reihenkapazität der Hochspannungs-
Eingangskondensatoren 11-15 beträgt 0,6 pF und die
Parallelkapazität der Kondensatoren 16 und 18 sowie Cc und Ci
etwa 6 nF. Für längere Kabel 28 steigt die Niederfrequenz-
Kapazität Cc an. Der Wert des Kondensators 18 wird dann
verringert um die Gesamtkapazität der Parallelschaltung auf
insgesamt 6 Nf zu halten.
Fig. 5 ist das Ersatzschaltbild des Tastkopfes 10 für
Eingangsfrequenzen zwischen etwa 1 MHz und 100 MHz. Die
Spannungsteilung erfolgt in zwei Stufen. Zunächst tritt eine
Spannungsteilung von 5 000 : 1 im Spannungsteiler mit den
Kondensatoren 11 bis 16 auf. Danach ergibt sich eine Teilung von
2 : 1 für den Widerstandsspannungsteiler mit den Widerständen 24
und 26. über den größten Teil dieses Frequenzbereiches ist das
Koaxialkabel 28 mit 50 Ohm mit seinem Wellenwiderstand durch die
Widerstände 24 und 26 abgeschlossen. Dadurch wird das
Frequenzansprechen im wesentlichen unabhängig von der
Kabellänge.
Fig. 6 zeigt das Ersatzschaltbild des Tastkopfes 10
für Eingangsfrequenzen oberhalb von etwa 100 MHz. Der
Kondensator 17 ist so eingestellt, daß er der Eingangskapazität
Ci des Oszilloskops entspricht. Die Spannungsteilung beträgt
etwa 10 000 : 1 in zwei Schritten. Zunächst ergibt sich eine
Teilung von 5 000 : 1 für den kapazitiven Spannungsteiler mit den
Kondensatoren 11 bis 16 und dann eine Teilung von 2 : 1 für den
kapazitiven Spannungsteiler mit den Kondensatoren 17 und Ci. Die
Einstellung des Kondensators 17 für das hochfrequente Ende der
Bandbreite des Tastkopfes 10 ist die einzige erforderliche
Eicheinstellung.
Jeder Hochspannungs-Eingangswiderstand 19 bis 23 muß
einem Anteil der angelegten Spannung ohne Durchschlag oder
Funkenbildung widerstehen. Für eine maximale Meßspannung von
50 000 Volt müssen die Widerstände 19 bis 23 je für eine
Spannung von 10 000 Volt ausgelegt sein. Jeder Widerstand 19 bis
23 muß eine Belastbarkeit haben, die nicht kleiner als 10 000
zum Quadrat geteilt durch den Widerstandswert (V2/R< ist. Ein
hoher Widerstandswert für die Widerstände 19 bis 23 belastet
zwar den Spannungsmeßpunkt weniger, die Messung ist aber
empfindlicher gegen Rauschen. Ein annehmbarer Kompromiß für die
maximale Energiebelastbarkeit ist ein halbes Watt für jeden
Widerstand. Dies führt zu einem Widerstandswert von 200 Megohm
für jeden Widerstand 19 bis 23. Der Gesamteingangswiderstand des
Tastkopfes 10 beträgt daher etwa 1 Gigaohm (1000 Megohm). Jeder
Hochspannungs-Eingangskondensator 11 bis 15 muß ebenfalls einer
Spitzenspannung von 10 000 Volt widerstehen. Außerdem bestimmt
die Stromführungsmöglichkeit der Kondensatoren 11 bis 15 die
Grenzfrequenz, bei der die Spannungsfestigkeit des Tastkopfes
mit der Frequenz abzunehmen beginnt. Für eine gegebene
Stromführungskapazität ermöglicht ein kleinerer Kapazitätswert
eine höhere Grenzfrequenz. Sehr kleine Kapazitätswerte (im
niedrigen Pikofaradbereich) sind jedoch schwierig mit genauen
Werten zu erhalten und Streukapazitäten üben dann einen größeren
Einfluß aus. Durch Reihenschaltung mehrerer Kondensatoren ergibt
sich eine Anzahl von Vorteilen. Zunächst können Kondensatoren
mit verhältnismäßig großen Werten bei brauchbarer Genauigkeit
benutzt werden und trotzdem ist die Gesamtreihenkapazität klein.
Der verringerte Kapazitätswert führt zum anderen zu einer
kleineren Belastung des Spannungsmeßpunktes. Zum dritten wird
der Spannungsgradient über mehrere Zentimeter ausgedehnt, statt
das er (bei einem einzigen Kondensator) konzentriert ist. Ein
brauchbarer Kompromiß für die Anzahl der Kondensatoren ist fünf,
wobei jeder Kondensator eine Kapazität von 3 pF und eine
Stromgrenze von 1 A hat. Nimmt man ein sinusförmiges
Eingangssignal und eine Spitzenspannung von 10 KV für jeden der
Kondensatoren 11 bis 15 an, so beträgt die Grenzfrequenz etwa
7,5 MHz. Diese Grenzfrequenz ist höher als bei jetzt
handelsüblichen Hochspannungstastköpfen. Für fünf Kondensatoren
mit je 3 pF beträgt die Tastkopf-Eingangskapazität 0,6 pF oder
etwa 1 pF unter Berücksichtigung von
Verdrahtungsstreukapazitäten. Diese Eingangskapazität ist
niedriger als die der im Augenblick handelsüblichen
Hochspannungstastköpfe.
Die Widerstände 24 und 26 sollen beide gleich dem
Wellenwiderstand des Kabels 28 sein, um einen optimalen Abschluß
zu erreichen. Die beiden Widerstände 24 und 26 ergeben eine
Spannungsteilung von 2 : 1, was bedeutet, daß der kapazitive
Eingangsspannungsteiler einer Teilerfaktor für
Wechselstromsignale haben muß, der gleich dem halben Faktor des
Widerstandsspannungsteilers für Gleichstromsignale ist. Es
besteht die Möglichkeit, einen Wert für den Widerstand 24 zu
wählen, der zu einer unterschiedlichen Spannungsteilung führt,
und dann für eine Kompensation durch Abänderung der kapazitiven
Spannungsteilung zu sorgen. Normalerweise erreicht man dadurch
jedoch keinen Vorteil gegenüber einer Verwendung gleicher
Widerstandswerte für die Widerstände 24 und 26. Bei Verwendung
ungleicher Widerstandswerte ist außerdem das Kabel 28
eingangsseitig schlechter abgeschlossen. Der Widerstand 25 wird
durch das gewünschte Teilverhältnis des Tastkopfes 10 bestimmt.
Wenn der Tastkopf 10 für Spannungen bis zum 50 000 Volt benutzt
werden soll, ist eine Spannungsteilung von 1000 : 1 nicht
befriedigend, weil dies zu einem Ausgangssignal von maximal 50
Volt führen würde (das oberhalb des normalen Eingangsbereiches
der meisten Oszilloskope liegt). Für ein Teilerverhältnis von
10 000 : 1 läßt sich die höchste Spannung bequem messen. Bei einer
maximalen Empfindlichkeit eines Oszilloskops von 2 mV je Teilung
entspricht ein voll ausgeschriebenes Schirmbild in typischer
Weise einer Sinusspannung von etwa 57 VRMS. Bei einem
Teilerverhältnis von 10 000 : 1 kann daher der Tastkopf 10 zur
Messung von Spannungen benutzt werden, die von Netzspannungen im
Haushalt bis zu mehreren 10 000 Volt reichen. Für ein
Widerstands-Spannungsteilerverhältnis des Abtastkopfes von
10 000 : 1 und einen Wert von 1 Megohm für Ri hat der Widerstand
25 einen Wert von etwa 111 Kiloohm. In ähnlicher Weise ist für
ein kapazitives Spannungsteilerverhältnis von 10 000 : 1 die Summe
der Kapazitäten 16, 18 und der Kapazitäten Cc und Ci (etwa 6 pF)
10 000 mal 0,6 pF, nämlich der Kapazität der Reihenschaltung aus
den Hochspannungskondensatoren 11 bis 15. Da die Kapazität des
Kabels 28 in typischer Weise 100 pF/m beträgt ist Cc etwa 300 pF
für ein Koaxialkabel mit 3 m Länge. Bei einer typischen
Oszilloskop-Eingangskapazität Ci von 25 pF beträgt der
entsprechende Wert des Kondensators 18 2,675 nF. Für ein Kabel
28 mit einer Länge von 9 m beträgt Cc etwa 900 pF und der
entsprechende Wert des Kondensators 18 ist 2,075 nF. Der
variable Kondensator 17 ist so eingestellt, daß er an die
Oszilloskop-Eingangskapazität Ci angepaßt ist, die in typischer
Weise zwischen 20 pF und 30 pF liegt. Alternativ kann das Kabel
28 ein verdrilltes Adernpaar oder eine Bandleitung mit zwei
Adern sein (eine Bandleitung, beispielsweise eine Bandleitung
mit einem Wellenwiderstand von 300 Ohm für private
Fernsehantennen).
Die vorliegende Erfindung ist zwar anhand von
bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Das soll
aber eine Einschränkung darstellen. Für den Fachmann sind
zahlreiche Abänderungen möglich. Demgemäß sollen die
Patentansprüche alle Abänderungen und Abweichungen erfassen.
Claims (8)
1. Hochspannungstastkopf zum Anschluß an
elektronische Instrumente mit einem Teilerverhältnis, das den
Eingangsspannungsbereich des Instruments erweitert,
gekennzeichnet durch:
einen Spannungsteiler mit wenigstens einem ersten Kondensator (11) und einem zweiten Kondensator (16), die unter Bildung eines gemeinsamen elektrischen Knotenpunktes in Reihe geschaltet sind, eine Einrichtung (32) zur Anschaltung eines zu prüfenden Gerätes an den Spannungsteiler, derart, daß eine angelegte Spannung sich auf den ersten und den zweiten Kondensator (11, 16) verteilt,
ein Koaxialkabel (28) mit einem vorbestimmten Wellenwiderstand, das einen Innen- und einen Außenleiter aufweist und ein erstes sowie ein zweites Ende besitzt, wobei der Außenleiter am ersten Ende an den zweiten Kondensator (16) angeschaltet ist,
einen Eingangswiderstand (24), der mit einer ersten Seite an den Verbindungspunkt zwischen dem ersten und zweiten Kondensator (11, 16) im Spannungsteiler angeschaltet ist und mit einer zweiten Seite mit dem Innenleiter am ersten Ende des Koaxialkabels (28) verbunden ist,
eine Abschlußschaltung mit einem Widerstand (26) in Reihe mit einem Kondensator (18), wobei der Widerstand einen Wert etwa gleich dem Wellenwiderstand des Koaxialkabels (28) hat und die Abschlußschaltung zwischen den Innen- und den Außenleiter am zweiten Ende des Koaxialkabels geschaltet ist, und
eine Einrichtung zur Verbindung der Abschlußschaltung mit dem elektronischen Instrument (36).
einen Spannungsteiler mit wenigstens einem ersten Kondensator (11) und einem zweiten Kondensator (16), die unter Bildung eines gemeinsamen elektrischen Knotenpunktes in Reihe geschaltet sind, eine Einrichtung (32) zur Anschaltung eines zu prüfenden Gerätes an den Spannungsteiler, derart, daß eine angelegte Spannung sich auf den ersten und den zweiten Kondensator (11, 16) verteilt,
ein Koaxialkabel (28) mit einem vorbestimmten Wellenwiderstand, das einen Innen- und einen Außenleiter aufweist und ein erstes sowie ein zweites Ende besitzt, wobei der Außenleiter am ersten Ende an den zweiten Kondensator (16) angeschaltet ist,
einen Eingangswiderstand (24), der mit einer ersten Seite an den Verbindungspunkt zwischen dem ersten und zweiten Kondensator (11, 16) im Spannungsteiler angeschaltet ist und mit einer zweiten Seite mit dem Innenleiter am ersten Ende des Koaxialkabels (28) verbunden ist,
eine Abschlußschaltung mit einem Widerstand (26) in Reihe mit einem Kondensator (18), wobei der Widerstand einen Wert etwa gleich dem Wellenwiderstand des Koaxialkabels (28) hat und die Abschlußschaltung zwischen den Innen- und den Außenleiter am zweiten Ende des Koaxialkabels geschaltet ist, und
eine Einrichtung zur Verbindung der Abschlußschaltung mit dem elektronischen Instrument (36).
2. Tastkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler einen ersten
Widerstand (19) parallel zum ersten Kondensator (11) und einen
zweiten Widerstand (25) parallel zum zweiten Kondensator (16)
besitzt.
3. Tastkopf nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch einen Eingangskondensator (17) parallel zum
Eingangswiderstand (24), derart, daß das Produkt aus dem Wert
des Eingangskondensators und des Eingangswiderstandes etwa
gleich dem Produkt aus dem Wert der Eingangskapazität des
elektronischen Instruments und dem Widerstand (26) in der
Abschlußschaltung ist.
4. Tastkopf nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Teilerverhältnis des Tastkopfes
gleich ist
der Summe der Kapazitäten des ersten und des zweiten Kondensators (11, 16) im Spannungsteiler, der Kapazität des Koaxialkabels (28), des Kondensators (18) in der Abschlußschaltung und der Eingangskapazität des elektronischen Instruments (36) geteilt durch die Kapazität des ersten Kondensators (11) im Spannungsteiler, wenn die Frequenz des Eingangssignals zwischen etwa 270 Hz und 1 MHz liegt,
der Summe der Kapazität des ersten und zweiten Kondensators (11, 16) im Spannungsteiler geteilt durch die Kapazität des ersten Kondensators (11) im Spannungsteiler multipliziert mit der Summe der Widerstandswerte des Eingangs- und des Abschlußwiderstandes (24, 26) geteilt durch den Widerstand des Abschlußwiderstandes (26), wenn die Frequenz des Eingangssignals zwischen etwa 1 MHz und 100 MHz liegt,
dem Produkt aus dem Eingangswiderstand des elektronischen Instruments (36) und dem Widerstandswert des zweiten Widerstandes (25) parallel zum zweiten Kondensator (16) im Spannungsteiler zuzüglich dem Produkt aus dem ersten und dem zweiten Widerstand (19, 25) im Spannungsteiler zuzüglich dem Produkt aus dem Eingangswiderstand des elektronischen Instruments (26) und dem Widerstandswert des ersten Widerstandes (19) im Spannungsteiler, insgesamt dividiert durch das Produkt aus dem Eingangswiderstand des elektronischen Instruments und dem Widerstandswert des zweiten Widerstandes (25) parallel zum zweiten Kondensator (16) im Spannungsteiler, wenn die Frequenz des Eingangssignals zwischen Gleichstrom und etwa 270 Hz beträgt.
der Summe der Kapazitäten des ersten und des zweiten Kondensators (11, 16) im Spannungsteiler, der Kapazität des Koaxialkabels (28), des Kondensators (18) in der Abschlußschaltung und der Eingangskapazität des elektronischen Instruments (36) geteilt durch die Kapazität des ersten Kondensators (11) im Spannungsteiler, wenn die Frequenz des Eingangssignals zwischen etwa 270 Hz und 1 MHz liegt,
der Summe der Kapazität des ersten und zweiten Kondensators (11, 16) im Spannungsteiler geteilt durch die Kapazität des ersten Kondensators (11) im Spannungsteiler multipliziert mit der Summe der Widerstandswerte des Eingangs- und des Abschlußwiderstandes (24, 26) geteilt durch den Widerstand des Abschlußwiderstandes (26), wenn die Frequenz des Eingangssignals zwischen etwa 1 MHz und 100 MHz liegt,
dem Produkt aus dem Eingangswiderstand des elektronischen Instruments (36) und dem Widerstandswert des zweiten Widerstandes (25) parallel zum zweiten Kondensator (16) im Spannungsteiler zuzüglich dem Produkt aus dem ersten und dem zweiten Widerstand (19, 25) im Spannungsteiler zuzüglich dem Produkt aus dem Eingangswiderstand des elektronischen Instruments (26) und dem Widerstandswert des ersten Widerstandes (19) im Spannungsteiler, insgesamt dividiert durch das Produkt aus dem Eingangswiderstand des elektronischen Instruments und dem Widerstandswert des zweiten Widerstandes (25) parallel zum zweiten Kondensator (16) im Spannungsteiler, wenn die Frequenz des Eingangssignals zwischen Gleichstrom und etwa 270 Hz beträgt.
5. Hochspannungstastkopf zur Verwendung zusammen
mit einem Meßinstrument,
gekennzeichnet durch:
einen Spannungsteiler mit einem oder mehreren, in Reihe geschalteten Hochspannungswiderständen (19 bis 23) und einem oder mehreren, in Reihe geschalteten Hochspannungskondensatoren (11 bis 15), wobei die Widerstandsreihenschaltung an beiden Enden mit der Kapazitätsreihenschaltung verbunden ist,
eine erste Seite des Spannungsteilers eine Einrichtung (32) zur Anschaltung an einen Spannungsmeßpunkt aufweist und eine zweite Seite des Spannungsteilers mit einem geerdeten Kondensator (16) und einem geerdeten Widerstand (25) verbunden ist, die parallel geschaltet sind,
eine Eingangsschaltung mit einem Eingangswiderstand (24) parallel zu einem variablen Eingangskondensator (17), ein Koaxialkabel (28), das mit einem ersten Ende an der Eingangsschaltung und einem zweiten Ende an einer Abschlußschaltung liegt, die einen Abschlußwiderstand (26) mit einem Wert etwa gleich dem Wellenwiderstand des Koaxialkabels (28) in Reihe mit einem Kondensator (18) aufweist, dessen Wert so bemessen ist, daß er die Kapazität des Koaxialkabels kompensiert, und
eine Einrichtung zur Verbindung der Abschlußschaltung mit dem Meßinstrument.
einen Spannungsteiler mit einem oder mehreren, in Reihe geschalteten Hochspannungswiderständen (19 bis 23) und einem oder mehreren, in Reihe geschalteten Hochspannungskondensatoren (11 bis 15), wobei die Widerstandsreihenschaltung an beiden Enden mit der Kapazitätsreihenschaltung verbunden ist,
eine erste Seite des Spannungsteilers eine Einrichtung (32) zur Anschaltung an einen Spannungsmeßpunkt aufweist und eine zweite Seite des Spannungsteilers mit einem geerdeten Kondensator (16) und einem geerdeten Widerstand (25) verbunden ist, die parallel geschaltet sind,
eine Eingangsschaltung mit einem Eingangswiderstand (24) parallel zu einem variablen Eingangskondensator (17), ein Koaxialkabel (28), das mit einem ersten Ende an der Eingangsschaltung und einem zweiten Ende an einer Abschlußschaltung liegt, die einen Abschlußwiderstand (26) mit einem Wert etwa gleich dem Wellenwiderstand des Koaxialkabels (28) in Reihe mit einem Kondensator (18) aufweist, dessen Wert so bemessen ist, daß er die Kapazität des Koaxialkabels kompensiert, und
eine Einrichtung zur Verbindung der Abschlußschaltung mit dem Meßinstrument.
6. Tastkopf nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler fünf
Kondensatoren (11 bis 15) mit je drei pF und fünf Widerständen
(19 bis 23) mit je 200 Megohm aufweist,
daß das Koaxialkabel (28) einen Wellenwiderstand von 50 Ohm und eine Länge von etwa 3 m besitzt,
daß der Eingangswiderstand (24) und der Abschlußwiderstand (18) einen Wert von je 50 Ohm haben und
daß die Abschlußschaltung einen BNC-Stecker zum Anschluß an das Meßinstrument aufweist.
daß das Koaxialkabel (28) einen Wellenwiderstand von 50 Ohm und eine Länge von etwa 3 m besitzt,
daß der Eingangswiderstand (24) und der Abschlußwiderstand (18) einen Wert von je 50 Ohm haben und
daß die Abschlußschaltung einen BNC-Stecker zum Anschluß an das Meßinstrument aufweist.
7. Hochspannungstastkopf zur Anschaltung an ein
elektronisches Instrument mit einem Teilerverhältnis, das den
Eingangsspannungsbereich des Instruments erweitert,
gekennzeichnet durch:
einen Spannungsteiler mit wenigstens einem ersten Kondensator (11) und einem zweiten Kondensator (16), die unter Bildung eines gemeinsamen elektrischen Knotenpunktes in Reihe geschaltet sind,
eine Einrichtung (32) zur Verbindung eines zu prüfenden Gerätes mit dem Spannungsteiler, derart, daß eine angelegte Spannung sich auf den ersten und den zweiten Kondensator (11, 16) aufteilt,
ein Adernpaar mit einem vorbestimmten Wellenwiderstand, wobei die Adern je ein erstes und ein zweites Ende besitzen und die zweite Ader am ersten Ende mit dem zweiten Kondensator (16) verbunden ist,
einen Eingangswiderstand (24), der mit einer ersten Seite mit dem Verbindungspunkt des ersten und zweiten Kondensators (11, 16) im Spannungsteiler und mit einer zweiten Seite mit der ersten Ader am ersten Ende verbunden ist,
eine Abschlußschaltung, die einen Widerstand (26) in Reihe mit einem Kondensator (18) aufweist, wobei der Widerstand einen Wert etwa gleich dem Wellenwiderstand des Adernpaares hat und die Abschlußschaltung zwischen die erste und zweite Ader am zweiten Ende geschaltet ist, und
eine Einrichtung zur Verbindung der Abschlußschaltung mit dem elektronischen Instrument.
einen Spannungsteiler mit wenigstens einem ersten Kondensator (11) und einem zweiten Kondensator (16), die unter Bildung eines gemeinsamen elektrischen Knotenpunktes in Reihe geschaltet sind,
eine Einrichtung (32) zur Verbindung eines zu prüfenden Gerätes mit dem Spannungsteiler, derart, daß eine angelegte Spannung sich auf den ersten und den zweiten Kondensator (11, 16) aufteilt,
ein Adernpaar mit einem vorbestimmten Wellenwiderstand, wobei die Adern je ein erstes und ein zweites Ende besitzen und die zweite Ader am ersten Ende mit dem zweiten Kondensator (16) verbunden ist,
einen Eingangswiderstand (24), der mit einer ersten Seite mit dem Verbindungspunkt des ersten und zweiten Kondensators (11, 16) im Spannungsteiler und mit einer zweiten Seite mit der ersten Ader am ersten Ende verbunden ist,
eine Abschlußschaltung, die einen Widerstand (26) in Reihe mit einem Kondensator (18) aufweist, wobei der Widerstand einen Wert etwa gleich dem Wellenwiderstand des Adernpaares hat und die Abschlußschaltung zwischen die erste und zweite Ader am zweiten Ende geschaltet ist, und
eine Einrichtung zur Verbindung der Abschlußschaltung mit dem elektronischen Instrument.
8. Tastkopf nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Adernpaar ein verdrilltes
Adernpaar oder eine Bandleitung ist.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/625,361 US5107201A (en) | 1990-12-11 | 1990-12-11 | High voltage oscilloscope probe with wide frequency response |
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Publication Number | Publication Date |
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DE4140506C2 DE4140506C2 (de) | 1998-06-18 |
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Family Applications (1)
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