Tastköpfe und Stromzangen für Oszilloskope

Tastköpfe und Stromzangen für Oszilloskope von Rohde & Schwarz

Hochwertige aktive und passive Tastköpfe für Oszilloskope

Rohde & Schwarz bietet Oszilloskop-Tastköpfe für eine Vielzahl von Anwendungen wie die Fehlersuche in komplexen elektronischen Schaltungen, Signalintegritätsmessungen schneller Bussignale sowie die Charakterisierung von Leistungselektronik mit berührungsgefährlichen Spannungen. Die Messgenauigkeit eines Oszilloskops und die Sicherheit des Bedieners hängen in hohem Maße von den verwendeten Tastköpfen und Zubehörteilen ab.

Das Portfolio von Rohde & Schwarz umfasst hochwertige aktive und passive Oszilloskop-Tastköpfe, Power-Rail-Tastköpfe, Mehrkanal-Leistungstastköpfe, Hochspannungstastköpfe, Stromzangen und EMV-Nahfeldsonden. Neben hervorragenden technischen Daten bieten sie Zuverlässigkeit und Bedienkomfort.

Tastköpfe
Tastkopf
Bandbreite
Max. Dynamikbereich
Bandbreite
38 MHz bis 500 MHz
Max. Dynamikbereich
400 V
Bandbreite
8 GHz
Max. Dynamikbereich
20 V
Bandbreite
1 GHz bis 6 GHz
Max. Dynamikbereich
± 8 V
Bandbreite
1 GHz bis 4,5 GHz
Max. Dynamikbereich
± 5 V, ±60 V (mit R&S®RT-ZA15)
Bandbreite
1,5 GHz bis 16 GHz
Max. Dynamikbereich
5,0 V
Bandbreite
4 GHz
Max. Dynamikbereich
±0,85 V, (±60 V Offset)
Bandbreite
1 MHz
Max. Dynamikbereich
± 15 V / ± 10 A
Bandbreite
25 MHz bis 400 MHz
Max. Dynamikbereich
6 kV
Bandbreite
20 kHz bis 120 MHz
Max. Dynamikbereich
2000 A
Bandbreite
9 kHz bis 3 GHz
Max. Dynamikbereich
-

FAQ: Tastköpfe

Was ist ein Oszilloskop-Tastkopf?

Ein Oszilloskop-Tastkopf ist ein Gerät, das dazu dient, eine Signalquelle – häufig einen Testpunkt in einer Schaltung – mit einem Oszilloskop zu verbinden. Über diese physische Verbindung wird die elektrische Verbindung hergestellt. Je nach Signalquelle und der durchzuführenden Messung kann ein Tastkopf so einfach wie ein Draht (z. B. ein passiver Tastkopf) oder so komplex wie ein aktiver differenzieller Tastkopf sein. Letzterer enthält einen Verstärker, um die Eingangskapazität des Tastkopfs sehr niedrig zu halten und so den Einfluss des Tastkopfs auf das zu messende Signal zu minimieren.

Welchen Oszilloskop-Tastkopf brauche ich für meine Messung?

Der erste Schritt bei der Wahl des richtigen Tastkopfes ist die Analyse der Messaufgabe: Ist die zu prüfende Schaltung mit Masse verbunden (d. h., wird ein massebezogener oder ein differenzieller Tastkopf benötigt)? Was ist die maximal mögliche Frequenz des Signals (welche Bandbreite ist erforderlich)? Welche maximalen Eingangsspannungen können auftreten?

Differenzielle oder massebezogene Messung

Differenzielle Tastköpfe werden benötigt, wenn die zu prüfende Schaltung nicht mit Masse verbunden ist, um z. B. Spannungsmessungen an Schaltnetzteilen oder störungsarme Messungen an differenziell geführten Signalen durchzuführen. Es gibt zwar keinen physikalischen Grund, einen differenziellen Tastkopf nicht an einem mit Masse verbundenen Schaltkreis zu verwenden. In diesem Fall schlagen sich massebezogene Modelle jedoch besser: Sie bieten eine höhere Eingangsimpedanz, eine geringere Eingangskapazität und einen größeren Dynamikbereich.

Bandbreite und Anstiegszeit

Die Bandbreite ist einer der wichtigsten Parameter bei der Wahl des passenden Tastkopfs. Von ihr hängt die effektive maximale Frequenz ab, die mit dem Tastkopf genau gemessen werden kann. Ab dieser Grenzfrequenz wird ein Signal um mehr als 3 dB (ca. 30 %) schwächer dargestellt, als es tatsächlich ist. Für eine wirklichkeitsgetreue Signaldarstellung muss die Maximalfrequenz sowohl des Oszilloskops als auch des Tastkopfs deutlich größer als die höchste zu messende Frequenz sein. Bei Messungen an digitalen Signalen sollte die Messbandbreite 3- bis 5-mal größer als die Taktrate sein. Zur Fehlersuche in digitalen Designs reicht eine 3-mal größere Bandbreite aus; bei Konformitätstests digitaler Schnittstellen muss die Bandbreite 5-mal größer als die Taktrate sein.

Für die Messung schnell ansteigender Signale (die auf dem Oszilloskop-Display mit steilen Flanken erscheinen), wie bei der Charakterisierung von Schaltnetzteilen, ist die Anstiegszeit von Oszilloskop und Tastkopf entscheidend. Für eine genaue Messung sollte die Anstiegszeit um einen Faktor 3 bis 5 kleiner als die Anstiegszeit des zu messenden Impulses sein.

Dynamikbereich

Der Aussteuerbereich eines Tastkopfes ist definiert als maximal messbare Eingangsspannung. Er ist für Gleichspannung spezifiziert und reduziert sich oft mit zunehmender Frequenz. Bei differenziellen Tastköpfen wird zusätzlich zwischen Gleichtakt- und Differenzaussteuerbereich unterschieden. Der Gleichtaktaussteuerbereich bestimmt den gültigen Eingangsspannungsbereich eines einzelnen Differenzeingangs gemessen in Bezug auf Masse. Der Differenzaussteuerbereich definiert die maximal messbare Eingangsdifferenzspannung.

Um Signale mit großen Amplituden und schnellen Anstiegs-/Abfallzeiten präzise messen zu können, muss bei hohen Messfrequenzen ein ausreichend großer Aussteuerbereich nutzbar sein. Bei der Messung der Restwelligkeit von DC-Schaltnetzteilen sind zusätzlich sehr kleine Signale mit hohem Gleichspannungsanteil zu messen. Um die volle A/D-Wandler-Auflösung verfügbar zu haben, bieten moderne Tastköpfe die Möglichkeit, einen Gleichspannungsoffset einzuspeisen.

Bei Hochspannungstastköpfen steht die Anwendersicherheit im Vordergrund. Hochspannungstastköpfe werden daher mit spezieller Isolierung und weiteren Schutzmechanismen versehen, um vor versehentlicher Berührung zu schützen. Diese Tastköpfe sind durch die maximale Spannung gegen Masse und die Messkategorie charakterisiert. Die Messkategorie definiert, in welchen Messumgebungen die Sicherheit für den Anwender gegeben ist. Der Tastkopf darf also nur in den für ihn definierten Messkategorien eingesetzt werden.

Belastung des Messobjektes

Ein Messsystem darf die zu messende Schaltung nicht belasten, um verfälschte Signale zu verhindern und die Funktionsweise des Messobjektes nicht zu beeinträchtigen. Entscheidend sind ein hoher Eingangswiderstand und eine geringe Eingangskapazität des Tastkopfes. Die resultierende Eingangsimpedanz ist stark frequenzabhängig und beträgt bei der Grenzfrequenz des Tastkopfes typischerweise weniger als 500 Ω.

Passive Tastköpfehaben typischerweise einen Eingangswiderstand von 10 MΩ bei einer Eingangskapazität von über 10 pF. Aktive Tastköpfe haben typischerweise eine Eingangskapazität von weniger als 1 pF. Bei der Messung ist die Wahl des Tastkopfzubehörs zur Kontaktierung mit dem Testobjekt entscheidend. Lange Pins und Kabel erhöhen Kapazität und Induktivität, verringern die maximale Messbandbreite und führen zu übermäßigem Überschwingen und Nachschwingen an Pulsflanken.

Erweiterte Funktionen und Tastkopfzubehör

Neben den Leistungsparametern sind die Zusatzfunktionen des Tastkopfs zur Vereinfachung der täglichen Arbeit zu berücksichtigen. Viele aktive Tastköpfe von Rohde & Schwarz enthalten beispielsweise ein in den Tastkopf integriertes, digitales Voltmeter oder einen Mikrotaster. Mit dem Voltmeter können Sie die Spannung überprüfen, ohne Zeit durch Umstecken zu verlieren. Der Mikrotaster kann für die direkte Steuerung des Oszilloskops über den Tastkopf konfiguriert werden.

Vielfältiges Zubehör bietet Flexibilität bei der Testpunkt‐Kontaktierung, erleichtert die tägliche Arbeit und hilft, Messfehler zu vermeiden. Dazu zählen starre oder gefederte Tastkopfspitzen, Browser, Adapter und Verlängerungskabel. Rohde & Schwarz bietet für alle Tastköpfe umfangreiches Zubehör.

Was ist ein Power-Rail-Tastkopf?

Power-Rail-Tastköpfe sind für die Messung kleiner AC-Komponenten auf DC-Versorgungsspannungen konzipiert. Aufgrund ihres typischen 1:1-Teilerverhältnisses belasten Power-Rail-Tastköpfe die Messung mit nur sehr geringem Rauschen. Manche Power-Rail-Tastköpfe verfügen über einen integrierten Offset von bis zu ±60 V, der die maximale Ausnutzung der vertikalen Empfindlichkeit des Oszilloskops ermöglicht (d. h. mehr bit des A/D-Wandlers des Oszilloskops werden genutzt). Daraus resultiert eine genauere Messung mit geringerem Rauschen. Darüber hinaus werden durch den Offset AC-Koppelkondensatoren und DC-Sperrkondensatoren unnötig, die die Bestimmung von wahrem DC-Wert und Drift erschweren. Power-Rail-Tastköpfe mit Bandbreiten von bis zu 2 GHz und langsamem Rolloff helfen bei der Erfassung hochfrequenter Transienten und eingekoppelter Signale; die hohe Eingangsimpedanz (typischerweise 50 kΩ) minimiert Störungen der gemessenen Spannungsversorgungssignale.

Wie funktioniert ein differenzieller Tastkopf?

Differenzielle Tastköpfe messen den Unterschied im Signalpegel zwischen zwei beliebigen Messpunkten. Im Gegensatz dazu misst ein massebezogener Tastkopf die Differenz zwischen einem einzelnen Punkt und dem Massepotential. Differenzielle Tastköpfe werden insbesondere zum Messen von hochfrequenten Signalen oder Signalen mit sehr geringer Amplitude (d. h. nahe dem Grundrauschen) eingesetzt. Differenzielle Tastköpfe erfordern einen Differenzverstärker, der die Differenz zwischen den beiden Signalen in eine Spannung umwandelt, die an den (massebezogenen) Oszilloskop-Eingang gesendet werden kann.

Welcher Tastkopf wird für Messungen an Leistungselektronik benötigt?

Bei der Bewertung von Leistungselektronik gibt es mehrere typische Messszenarien:

  • Kleine Spannungen bei großen Gleichtaktspannungen
  • Unterschiedliche Spannungspegel bei gleichzeitig unterschiedlichen Potentialen
  • Schnelle Anstiegs-/Abfallzeiten – insbesondere für Materialien mit großer Bandlücke (WBG) wie GaN, SiC
  • Potenzialfreie Messungen an mehreren Signalkanälen
  • Strommessungen

Grundsätzlich sind differenzielle Hochspannungstastköpfe die ideale Wahl für diese Messungen. Mit bis zu 200 MHz Bandbreite und einem ausgezeichneten Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR) über einen breiten Frequenzbereich sind die R&S®RT-ZHD differenziellen Hochspannungstastköpfe ideal für Messungen an schnell schaltenden Halbleitern. Das außerordentlich geringe zusätzliche Rauschen sorgt für hochwertige Messergebnisse. Mit einer garantierten Verstärkungsgenauigkeit von 0,5 % im Signalpfad und einem integrierten DC-Voltmeter (R&S®ProbeMeter) mit einer Genauigkeit von 0,1 % bieten die R&S®RT-ZHD Tastköpfe eine in dieser Klasse unerreichte Präzision. Die sehr niedrige Drift macht regelmäßige Kalibrierungen während der Messungen überflüssig. Zum Messen von Welligkeiten auf dem Zwischenkreis müssen hohe Offsetspannungen ausgeglichen werden, um eine Messung mit hoher vertikaler Empfindlichkeit zu ermöglichen. Dank einer integrierten Offsetschaltung bieten die R&S®RT-ZHD Tastköpfe einen Offsetspannungsbereich, der unabhängig von der Vertikaleinstellung des Oszilloskops und dem Teilerverhältnis des Tastkopfs ist. So können Sie auch kleinste Welligkeiten auf großen Zwischenkreisspannungen messen, ohne die Empfindlichkeit zu beeinträchtigen.

Typische Messparameter zur Bewertung von Leistungselektronik sind:

  • Stromverbrauch / Effizienz / Standby-Strom
  • Leistungsqualität / Leistungsfaktor
  • Analyse von Strom- und Spannungsverlauf
  • Welligkeit
  • Einschaltstrom / Transienten
  • Anlauf-/Abschaltverhalten
  • Lastregelung
  • PWM-Analyse (Pulsbreitenmodulation)
  • Elektromagnetische Verträglichkeit / Oberschwingungsanalyse

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