Differential-Tastkopf

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    Moin,

    der andere Thread zu aktiven Tastköpfen hat mich daran erinnert, das ich eigentlich mal einen Differential-Tastkopf benötigen könnte. Die sind aber richtig teuer. Gibt es da was zum Selbstbau?

    Es geht darum, potentialfreie Digitalsignale zu messen, die über eine H-Bridge verstärkt werden. Akt. behelfe ich mir damit, dass ich Ground nicht anschließe, aber das ist nicht sauber. Es geht auch nicht darum die absolute Spannung zu messen, das kann mein TrueRMS Multimeter ganz gut, sondern um die Bits sauber darzustellen und die Umschaltmomente (shot through) der H-Bridge zu prüfen.

    73, Tom

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    Moin Tom,
    ist denn dabei High Voltage nötig und 1:100?
    Bei digitalen Signalen hab ich immer die diff Funktion des Scopes benutzt mit zwei normalen 1:10 Tastköpfen und wenn nötig das Scope mit einem Trenntrafo am Netz.
    Ich kann mir nicht vorstellen, dass Du das nicht auch so machst - also was ist denn die besondere Mess-Situation?
    [ach wie gern würde ich noch ein TEK 535 irgendwo abstauben für Messungen in Röhrengeräten]

    73 de Eike KY4PZ / ZP5CGE

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    Moin Eike,

    ne', es sind maximal 20V. Das Problem ist, das Signal ist erdfrei und sobald eine Verbindung mit der Erde vorhanden ist, fließt halt ein Strom gegen unendlich, d.h. mein Netzteil oder die Kurzschlußsicherung der H-Bridge spricht an.

    Exemplarisch als Beispiel diese Schaltung. Messen muss ich zwischen DCC A und DCC B. Im Prinzip sind diese Schaltungen aber alle identisch aufgebaut.

    73, Tom

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    Tja das sehe ich und ich frage mich, ob ein Trenntrafo zur erdfreien Messung ausreichend ist, denn da kommen ja auch signifikante Kapazitäten nach Erde ins Spiel, welche selbiges dann wieder verderben können.
    Da hab ich jetzt keine Lösung als z.B. Link im Sinn. Ich denke da an einen Op-Amp mit hoher Eingangsimpedanz. Bandbreite ist ja auch wichtig. Ich werde meine Augen offen halten, denn das interessiert mich auch.
    Einen HV-Tastkopf hatte Mr. Carlson in seinem Repertoire IIRC.
    Aber Diff-Tastkopf ist mir noch nicht untergekommen als Bastelprojekt.
    Ich melde mich wieder.

    73 de Eike KY4PZ / ZP5CGE

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    Moin Eike,

    eine Schaltung in der Art wie im Text wäre vermutlich vollkommen ausreichend. Das Signal hat max. 10kHz, also eher wackelnde Gleichspannung für uns Funkamateure ;) Wenn ich sowas baue, wäre aber bis 1MHz schon nicht schlecht, wer weiß, was noch kommt. Aber mehr wird es kaum sein müssen.

    Akt. messe ich einfach mit beiden Kanälen ohne Masse. Aber manchmal weiß man dann nicht, ist der Zacken nun ein Problem im Signal oder einfach eine Einstreuung. Besonders der Umschaltmoment der H-Bridge ist interessant, es stehen Versuche mit diversen MOSFET und Gate-Treibern an, weil viele Gate-Treiber einfach zu schnell sind (angestrebt werden 2,5µs/V). Der IXF007 liest sich ganz vielversprechend. Hatte das Projekt den Sommer über liegen gelassen und will da mal wieder bei.

    73, Tom

    Edited once, last by DL7BJ (October 31, 2025 at 12:50 PM).

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    Quote from DF9TS

    Platinen gibt es vom Autor laut seiner Webseite

    Interessant ist, dass bei 12V Spannungsreglern 15V herauskommen. Oder habe ich bei der Schaltung technologisch was verpasst?

    73, Michael, DF2OK.
    ~ AFU seit 1975 ~ DARC ~ G-QRP-Club ~ DL-QRP-AG GM ~ AGCW ~ FISTS ~ QRPARCI ~ SKCC ~ QRZ.COM ~ YouTube ~
    - Morsecode ~ The ART of communication. - (DF2OK) - No computer required, just skill.

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    Moin,

    die Schaltung wäre mal ein Versuch wert, Netzteil benötige ich gar nicht, mein Hameg Labornetzteil liefert 3 Spannungen.

    Also muss ich mich auch nicht auf die Suche nach 78L12 machen, bei denen 15V rauskommen¹, die sind bestimmt schwer beschaffbar ;)

    73, Tom

    ¹ Den Trick mit der Masse kenne ich, ist hier aber nicht angewandt.

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    Quote from DF9TS

    Platinen gibt es vom Autor laut seiner Webseite https://www.alfredrosenkraenzer.de/produkt7.html

    Hallo zusammen,

    ich denke, ich stehe da etwas auf dem Schlauch: Die Eingangssignale des AD8421 (IN+ und IN-) sind auf Schaltungsmasse der Stromversorgung bezogen (Pad2 zwischen den beiden Eingängen). Es ist also kein echter differenzieller EIngang, auch wenn am Ausgang die Differenz (oder Summe?) der beiden EIngangssignale rauskommt. Das ist dann aber doch nichts anderes, als wenn ich die Differenzfunktion eines normalen Oszilloskops verwende, dessen Schaltungsmasse mit dem Schutzleiter verbunden ist. Also muss ich hier auch darauf achten, dass die Schaltungsmasse der Stromversorgung erdfrei ist!

    Deshalb habe ich mir schon vor einiger Zeit ein digitales Oszilloskop angeschafft, dass ich aus dem internen Akku und ohne irgendeine Verbindung zum Stromnetz oder Schutzleiter betreiben kann. Außerdem stellt das Netzteil bzw. Ladegerät (was ich aber meist gar nicht während der Messung nutze) eine Schutzkleinspannung zur Verfügung, die erdfrei ist. Es gibt an dem Gerät auch keine zufällig berührbaren Metallteile - selbst die BNC-Buchsen sind aus Kunststoff und haben nur auf der Innenseite, tief unten drin, einen Kontakt, um den Schirm des Koackabels zu kontaktieren.

    vy 72 de DH8DAP, Frank aus Schwelm nr Wuppertal, JO31PG

    Ich bin Westfale von Geburt und Europäer aus Überzeugung!

    http://www.golf19.de

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    Differenz-Tastkopf bedeutet nicht auch implizit eine galvanische Trennung. Wenn die nötig ist, dann wird es wesentlich komplizierter. Aber zur Differenzmessung muss die Erdung nicht an die zu messende Schaltung angeschlossen werden. GND heißt übrigens auch nicht zwingend, dass GND mit Schutzerde verbunden ist. Den GND-Pfad zu unterbrechen ist gängige Technik in der Messpraxis. Z.B. trennt man ja auch GND im digitalen Teil vom GND im analogen Teil bei D/A oder A/D Wandlung.

    Bei niedrigen Frequenzen wird ein Trenntrafo oder die Versorgung des Osziloskops per Batterie wohl ausreichend sein. Der Wiki Artikel über Tastköpfe, Unterthema Differenz Tastköpfe, betont allerdings, dass ein per Trenntrafo ans Netz angeschlossenes Oszilloskop eine Gefahr darstellt. Allerdings ohne näher darauf einzugehen.

    Um eine völlige galvanische Trennung zu gewährleisten, denke ich, wird es nötig sein, das Eingangssignal mit einer ausreichend hohen Frequenz zu zerhacken und dann die galvanische Trennung mit einem genügend breitbandigen Übertrager zu trennen. Eine Alternative nach dem Zerhacken wäre die Übertragung mit Optokopplern. Die Beispielschaltung, welche Tom angegeben hat, kommt selbst ja auch nicht ohne gemeinsamen GND aus. Brückenspannungen zu messen ist ja wirklich nichts Ungewöhnliches und bedingt keine galvanische Trennung..

    Aber mir scheint, dass Tom seine Zeit nicht mit dem Konstruieren von Differenztastköpfen verbiringen wollte sondern lieber eine fertig einsetzbare Lösung sucht. Wer sich die Eigenkonstruktion vornimmt wird schnell entdecken warum die Dinger so teuer sind ;)

    73 de Eike KY4PZ / ZP5CGE

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    Moin,

    Quote from KY4PZ

    Aber mir scheint, dass Tom seine Zeit nicht mit dem Konstruieren von Differenztastköpfen verbiringen wollte sondern lieber eine fertig einsetzbare Lösung sucht. Wer sich die Eigenkonstruktion vornimmt wird schnell entdecken warum die Dinger so teuer sind ;)

    so sieht das aus Eike und es wäre völlig ausreichend nur für diesen Einsatzzweck. Es geht zwar auch so, aber ich möchte irgendwie vermeiden, dass ich etwas sehe, was da gar nicht hingehört.

    Ich hatte im April Messungen mit einer anderen Schaltung gemacht, mit einem BTS7960, der ohne Last sauber ist, aber mit Last eine seltsame Spitze zeigt, auf der blauen Kurve. Ich habe noch mehr Messungen mit unterschiedlichen Schaltungen gemacht.

    Ziel ist eine H-Bridge mit einer Slew-Rate von 2,5µs/V zu bauen. Denn leider sind gute geeignete IC wie der BTM7752 schon lange abgekündigt. Dann gibt es noch die alten Typen L298, L6203 oder so, die aber gar nicht so richtig gut sind. Beim BTM7752 ist das Signal wirklich sauber, aber aus Verfügbarkeitsgründen wäre eine H-Bridge aus Einzelteilen besser. Der IXF007 ist ein Industrial Typ und wohl bis 2032 verfügbar. Schlimm ist eben, wenn man was gut funktionierendes fertig hat und dann die Bauteile EOL sind. Ich könnte auf das OpenDCC Forum verlinken, aber ohne Anmeldung kann man da nicht lesen, da hatten wir zu meinen Messungen & Versuchen schon einen längeren Thread, aber dann war erst mal Sommer und andere Arbeiten angesagt. Ich hatte auch eine Spice Simulation gemacht und die Schaltung aufgebaut, mit dem IR2104 als Gate-Driver und MOSFETs. Das Signal sah gut aus, aber viel zu schnell beim Schalten, mögen manche Dekoder nicht so gerne und ist weit außerhalb der Spezifikation. Da waren dann die MOSFET (was halt da war) zu langsam und es gab Durchschüsse, konnte man auf VCC wunderbar sehen.

    Daher wäre schön, wenn ich das mit dem Oszilloskop messen könnte, ohne das ich rätseln muss, ob ein Zacken nun durch die freihängenden GNDs der Probes kommt oder aus der Schaltung.

    73, Tom

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    Im Elektor 2010 Heft 6 ab Seite 62 ist ein differentieller Tastkopf beschrieben, der keinen Arm und ein Bein kostet und sogar mit NE5532 auskommt. Allerdings sollte man die Anschlussdrähte nicht abschirmen und das Gerät ist bis 1MHz angegeben aber sollte wohl besser nur für max 500kHz benutzt werden. Es funktioniert offenbar auch mit +9V / GND / -9V.
    Die schnellen Tastköpfe von Alfred Rosenkränzer habe ich im Elektor jedoch nicht gefunden. Wahrscheinlich weil der Artikel, auf den er sich bezieht, nach 2020 erschien und mein Archiv geht nur bis zu dem Jahr. Leider gibt er ja nicht an in welchem Heft sich seine Artikel befinden.
    Dass man seine Platine unter arosenkr in der Bucht finden soll kann ich aber nicht bestätigen. Vielleicht hat ja jemand mit der Suche mehr Glück als ich.

    73 de Eike KY4PZ / ZP5CGE

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    Moin Eike,

    die Elektor steht mir nicht zur Verfügung. Ich habe dies hier

    External Content www.youtube.com
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    gefunden, denke mal die Schaltung wird dann ähnlich sein. In dem Video sind für die Eingänge ein paar viele Widerstände, es gibt dazu noch ein Video, wo es ums Messen von Netzspannung geht, das ist die hier gezeigte Eingangsbeschaltung. Das könnte ich minimieren, weil ich nicht mehr als 30V haben werde.

    Nur wie wirkt sich die sehr viel niedrigere Slew Rate der OPs gegenüber dem zu messenden Signal aus?

    73, Tom

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    So, jetzt hab ich die Artikel im ELEKTOR gefunden.

    Aktiver differentieller Tastkopf für Frequenzen bis 1,9 GHz
    Alfred Rosenkränzer
    ELEKTOR 7/8 2015
    Technische Spezifikationen:
    • Dämpfung: 10:1 bei differentiellem Signal und 50-Ω-Abschluss im Scope
    • Differentieller Eingangswiderstand: 5 kΩ
    • Single-Ended-Eingangswiderstand: 2,5 kΩ
    • Ausgangswiderstand: 50 Ω
    • Bandbreite: 1,9 GHz (-3 dB)
    • Rise/Fall-Time: 300 ps
    • Stromversorgung: ±8 bis 12 V DC

    Differentieller Stromtastkopf für Osziloskope V. 2.0
    Alfred Rosenkränzer
    ELEKTOR 11/12 2020
    Spezifikationen:
    Dämpfung: 10:1 bei differentiellem Signal und 50 Ω Abschluss
    Differentieller Eingangswiderstand: 5100 Ω, ±1%
    Single-Ended-Eingangswiderstand: 2550 Ω, ±1%
    Eingang Common Mode Range: ±12 V
    Ausgangswiderstand: 50 Ω, ±1%
    Bandbreite: ca. 1,9 GHz (-3 dB)
    Rise/Fall-Time: 300 ps
    Stromversorgung: USB 5 V, ca. 70 mA

    Isolierter Oszi-Tastkopf (Artikel beschäftigt sich auch mit differentiellen Tastköpfen)
    Erik Lins
    ELEKTOR 6 2014
    • Galvanische Trennung von 1 Analogsignal und 2 Digitalsignalen
    • Eingangsspannung max. ±250 mV (oder ±2,5 V/±25 V, einstellbar über Jumper)
    • Verstärkung zwischen Ein- und Ausgang: 8 x (ohne Spannungsteiler am Eingang)
    • Signal-Bandbreite Analogeingang: 60 kHz
    • Signal-Bandbreite Digitaleingänge: 1 Mbps
    • Spannungsversorgung über separates Netzteil oder Mini-USB-Buchse
    • Versorgungsspannung 5 V/ 110 mA

    73 de Eike KY4PZ / ZP5CGE

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    ... und hier nochmal der zuvor erwähnte Artikel:

    Hohe Spannungen und Differenzen
    Hochspannungs-Differenztastkopf selbst gebaut
    Alfred Henseler
    ELEKTOR 6 2010
    Spezifikation:
    Differenzabschwächung in zwei Stufen umschaltbar (-20 dB/-40 dB)
    Bandbreite 1 MHz, schaltbare Begrenzung auf 500 kHz
    Maximale Eingangsspannung +/- 1000 V (Scheitelwert)
    Maximale Ausgangsspannung +/-10 V (bei min. Abschlussimpedanz 1 kΩ)
    Gleichtaktunterdrückung 55 dB bei 6 kHz, 35 dB bei 600 kHz

    73 de Eike KY4PZ / ZP5CGE

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    Wenn darin laut Rosenkränzler ein Instrumentationsverstärker AD 8421 verwendet wird, kann das nicht stimmen. Auch der ganze Aufbau scheint mir nicht tauglich für so hohe Frequenzen.
    Ich tippe da eher auf MHz statt GHz.

    In Rosenkränzlers Produktbeschreibung steht zudem:

    "Die Bandbreite beträgt ca. 6 MHz bei Verstärkung 2 und immer noch 2 MHz bei Verstärkung 100"

    Aktiver differentieller High Speed Tastkopf

    Was daran ein "Stromtastkopf" sein soll, muss auch noch erklärt werden. Nach den Daten ist es ein Spannungstastkopf.


    73, de Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

    Edited 2 times, last by DL4ZAO (November 2, 2025 at 4:12 PM).