Welcher Tastkopf passt zu welcher Messaufgabe?

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Die Wahl zu einem Single-Ended-Tastkopf liehgt nahe, wenn ein Single-Ended-Signal gemessen werden muss. Differenzielle Signale müssen mit einem Differenzial-Tastkopf gemessen werden. Ein differenzielles Signal liegt vor, wenn ein positives Signal gegen ein negatives Signal gemessen werden muss. Die effektive Masse-Ebene ist bei differenziellen Signalen und einem differenziellen Tastkopf idealerweise besser ausgeführt wie bei den meisten Single-Ended-Tastköpfen.

Die Masseebene verbindet den Massebezug jedes einzelnen Mess-Tastpunktes sehr niederohmig mit dem Massebezug des DUT und ist oft besser als bei einem Single-Ended-Tastkopf. Es kann daher von Vorteil sein, einen Differenzal-Tastkopf zu nutzen. Die InfiniiMax Tastköpfe vom Typ 1130 A lassen sich für differenzielle oder Single-Ended-Signale verwenden.

Wie sich die Eingangsimpedanz des Tastkopfes auswirkt

Die höhere Bandbreite ist ein klarer Vorteil der aktiven Tastköpe. Wird die Verbindung zum Messpunkt nicht beachtet, ist der Vorteil schnell zunichte. Bei einer langen Leitung zwischen Tastkopf und Messpunkt wird ein großer Teil der Bandbreite verschenkt.

Zwar mag die Bandbreite der aktiven Tastköpfe mit den entsprechenden idealen Kontaktierungen vom Hersteller spezifiziert sein, doch durch das zusätzlich angebrachte Kabel wird die Bandbreite erheblich beeinflusst und stellt meist den limitierenden Faktor dar, wobei die parasitären Komponenten von der Eingangsspannung des Spannungsteilers die Verursacher der Bandbreitenreduktion sind.

Die Eingangsimpedanz eines Tastkopfes ist nur im unteren Frequenzbereich konstant. Durch die parasitäre Eingangskapazität nimmt die Impedanz zu höheren Frequenzen ab und kann bei sehr hohen Frequenzen einen Kurzschluss darstellen. Je höher die Eingangskapazität ist, desto eher und schneller nimmt die spezifizierte Eingangsimpedanz ab. Bei ungefähr 70 MHz ist die Impedanz des passiven Tastkopfes bereits auf ca. 150 Ω abgesunken, während der aktive Tastkopf noch eine Impedanz von ca. 2,5 kΩ aufweist.

Bei einer Systemimpedanz von 50 bzw. 100 Ω ist die Last des Tastkopfes erheblich und beeinflusst das zu testende Signal deutlich. Wird die Anstiegszeit eines Impulses von einem Generator, der direkt am Oszilloskop angeschlossen ist, ohne Tastkopf und mit Tastkopf gemessen, so erkennt man, dass der Einfluss des passiven Tastkopfs auf die Messergebnisse der Anstiegszeit auswirkt. Die Bandbreite beträgt ungefähr 300 MHz = 0,35/1,1 ns [2]. Die gelbe Kurve (Bild 3) entspricht der Messung mit aktivem Tastkopf und deckt die grüne Kurve ab. Das ist das korrekte Ergebnis einer Anstiegszeitmessung. Beim passiven Tastkopf (rot), spezifiziert mit einer Bandbreite von 500 MHz, ist der Messwert bereits deutlich schlechter und ergibt eine Anstiegszeit von 1,5 ns.

Quellen:

[1] ELEKTRONIKPRAXIS, Heft 15, 2014, Seiten 14 -15

[2] ELEKTRONIKPRAXIS Heft 20, 2014, Seiten 44 bis 45

* Klaus Höing ist für die Öffentlichkeitsarbeit bei dem Messtechnik-Distributor dataTec in Reutlingen zuständig.

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