Ausgangsspannung 74HCT14

Was soll daran wirr sein?

Du hast 100% Reflexion am Ende, und die Welle läuft bis zum Anfang zurück, wo sie im Serienwiderstand absorbiert wird.

Überall entlang der Leitung siehst Du die 2 Stufen, am Ende hast Du allerdings das ungestörte Signal mit vollem Pegel.

Wieso? Durch den 50Ohm-Abschluß gibt es keine Reflexion und damit keine rücklaufende Welle - dafür hast Du am Leitungsende halt einen

50:50-Spannungsteiler.

cu Michael

Mit Spezialkabel mit hoher Dämpfung auf dem Innenleiter:

Der beschriebene 21:1-Tastkopf mit 1k-Serienwiderstand funktioniert bestens:

cu Michael

stefan schrieb:

Überredet. Dann nochmals langsam, Impulselektrik Grundlagen.

Q: Wie bekomme ich einen Impuls form- und amplitudentreu durch eine impedanzkontrollierte Leitung (typischerweise 50 Ohm Koax). A: Kommt drauf an. Es gibt viele unterschiedliche Situationen mit unterschiedlichen Antworten. Man schaut mal auf die Extremfälle, studiert die und entscheidet, ob die hinreichend genug zutreffen. Oder zutreffend gemacht werden können.

Eine der idealisierte Situationen könnte sein: Sender mit 0 (Ohm) Impedanz, Empfänger mit unendlich Impedanz. (Hält man ein Voltmeter an ein Netzteil geht man implizit von diesem Grenzfall aus, so instinktiv.)

Hinsichtlich der Pulsübertragung gibt es da grundsätzlich zwei Lösungen. Manchmal "50 Ohm" und "high-Z" genannt; aber ich kann mir kaum vorstellen, dass das standardisiert ist. Es könnte also auch was anders an den Einstellschaltern einschlägiger Geräte stehen, etwa von ND, BNC¹, SRS, Tennelec, Ortec, Canberra, Oxford Instruments, ... (Letztere hatte ich noch nie in den Fingern)

Lösung 1: Die Leitung kommt direkt an den 0 Ohm Sender und wird beim Empfänger mit 50 Ohm respektive Kabelimpedanz abgeschlossen. Damit entsteht vom Sender aus gesehen eine unendlich lange Leitung ohne Reflexionen. Damit ist auch volle Leistungsübertragung sichergestellt². Auch ist offensichtlich ein DC-Abschluss so gegeben. Das gibt natürlich Verlustleistungen im Sender und Empfänger bei konstanten Signalen ungleich Null. Also eventuell aufpassen bei Bus-Abschlüssen.

Lösung 2: Die Leitung kommt über einen 50 Ohm-Widerstand an den Sender und wird beim Empfänger nicht abgeschlossen. Wechselt der Sender etwa von 0 Volt auf 1 Volt, dann bildet dieser Widerstand einen Spannungsteiler mit dem Wellenwiderstand der Leitung. An der Leitung startet so eine Welle mit 0.5 Volt Amplitude. Ohne Abschlusswiderstand entsteht am Empfänger eine Reflexion, von 0 Volt auf 1 Volt. Eine Welle von 1 Volt rennt die Leitung zurück. Dort trifft sie aber auf die 1 Volt vom Sender, sodass keine weiteren Reflexionen auftreten.

Diese Lösung hat Leo neu erfunden. Diese Lösung hat diverse Vorteile und auch Nachteile, aber ich bin gerade kurz vorm Einpennen...

Lösung 1 funktioniert mit jeder Quellimpedanz, was eben auch ein Vorteil sein kann. Die Quellimpedanz kann auch unendlich sein (Stromquelle). Bei jeder Quellimpedanz grösser Null muss man halt daran denken, dass der Empfänger nicht die Spannung, sondern eigentlich den Strom misst (mit 50 Ohm shunt) und dementsprechend muss man das beobachtete Signal interpretieren.

¹ Berkeley Nucleonics Corporation, nicht die Stecker. ² Auch Hochspannungsleitungen arbeiten vorzugsweise so nah wie möglich an dieser Lösung.

Jain. Zurück am Anfang trifft die Welle auf das identische Ausgangssignal des Senders, da sind dann 0 V am Widerstand.

Aber danke für die Rückmeldung. Ich hatte wohl wieder einmal recht konfus geschrieben, sorry.

Am 11.10.2022 um 23:44 schrieb Rolf Bombach:

Das ist gar nicht die Frage.

Die Frage ist, was ist die Ursache der "Überschwinger" auf dem von Leo verlinktem Bild?

oder: wie muss ich das Oszilloskop mit der Schaltung verbinden damit das Signal möglichst unverfälscht abgebildet wird?

50 Ohm Koax kommt da üblicherweise nicht vor

Zuerst schaut man mal, ob man was falsch angeschlossen hat, ob die Masseverbindung in Ordnung ist, ob der Tastkopf korrekt abgeglichen wurde und ob er für die Messaufgabe geeignet und in Ordnung ist.

50 Ohm ist ein Sonderfall. Wenn man Messungen in einer Schaltung wie der von Leo beschriebenen machen will, verwendet man einen Tastkopf, der das Signal möglichst nicht belastet und der das Signal möglichst nicht verfälscht. Wobei eine Abschwächung des Signals durch einen 10:1 oder 100:1 Tastkopf durchaus üblich und sinnvoll ist.

Anders ist es, wenn man Quellen / Sender untersucht, die eine Ausgangsimpedanz von 50 Ohm haben oder die an einem 50 Ohm Verbraucher angeschlossen werden sollen, z.B. HF-Sender. Da verwendet man in der Regel eine Dummy-Load, also einen 50 Ohm Abschlusswiderstand.

Theoretisch korrekt, ein Oszilloskop schließt man aber üblicherweise so nicht an eine zu untersuchende Schaltung.

Wenn es um einen Sender geht, der an 50 Ohm betrieben wird oder betrieben werden soll, dann ist das korrekt. Wenn es darum geht, abzubilden, was ein Sender an eine (unbekannte) Last schickt, ist das falsch.

Ist bei einem Messaufbau nicht gefordert und meist nicht sinnvoll.

Ist bei einem Messaufbau nicht gefordert. Da geht es eher darum, dass die Messung die Schaltung nicht belastet.

ist trotzdem Murks weil nicht das abgebildet wird, was im Normalbetrieb am Senderausgang anliegt, sondern was sich ergibt, wenn man ein solches Leitungssystem anschließt.

Es geht hier nicht darum, das Signal eines Senders (mit möglichst geringen Verlusten) auf einen Empfänger (oder eine Antenne) zu übertragen, sondern darum, mit Hilfe eines Oszilloskops ein Signal in einem Versuchsaufbau zu untersuchen.

Lösung 3: Man verwendet einen funktionstüchtigen 10:1 Tastkopf und schließt diesen korrekt an.

Am 11.10.2022 um 17:34 schrieb Carla Schneider:

Dave hat das hier sehr gut rübergebracht.

Gruß Andreas

Hi Stefan,

Nein, Genau davon schrieb eo. Das dürfte auch die Ursache des Problems gewesen sein, wie der Einbau eines 50 Ohm Widerstandes in Reihe zur Quelle eindrucksvoll beschreibt. Wahrscheinlich wären 39 Ohm noch besser gewesen. So eng lag das Problem aber dann wohl doch nicht.

Marte

Hi Carla,

Nimm mal ein Oszi-Kabel, schalte auf 1:1 und messe den Widerstand zwischen Spitze und Mittelpin des Steckers. Nicht wundern, da ist nicht nur ein Stück niederohmiges Kupfer drin. In der Messleitung des Tastkopfes liegt ein Widerstandsdraht, der die Reflektionen schlicht verheizen soll.

Marte

Hi Stefan,

Der höhere Leiterwiderstand bewirkt in Bezug auf den Wellenwiderstand nur eine kleine Änderung. Was er einfügt, ist schlicht ein Verlustwiderstand, der die Koaxleitung zu einer verlustbehafteten Leitung macht. Wenn eine Leitung genügend Verlust macht, ist sie quasi von selbst angepasst, weil die Reflektionen eben intern absorbiert werden.

Die aber mit den 1:10 wenig zu tun haben.

Leo hatte den HCT14 wohl schon kurz genug am Koax, gehe ich mal davon aus.

Marte

Das funktioniert perfekt fuer niedrige Frequenzen, wo die Laenge des Kabels nur insofern eine Rolle spielt als dass es eine Kapazitaet hat. Wenn das Oszilloskop Frequenzen anzeigen soll bei denen die Laufzeit auf dem Kabel eine Rolle spielen wuerde ein normales Koaxkabel an so einem Tastkopf Artefakte erzeugen, weil beide Seiten nicht mit Wellenwiderstand abgeschlossen sind und daher reflektieren. Die Loesung scheint wohl zu sein dass das Tastkopfkabel kein normales Koaxkabel ist sondern eines mit einem Widerstandsdraht im inneren wodurch Reflexionen weggedaempft werden.

Ja, natürlich, ich schrieb ja, daß ein abgeglichener Tastkopf 10:1 die Lösung ist [1].

Ich hatte einen Tastkopf schon mal in den 1980ern zerlegt und analysiert. Besonders auffällig war, daß der Innenleiter haarfein und die Isolierung drumherum dennoch normal dickwar.

Ich habe auch einen Funktionsgenerator Tektronix AFG310, ...

[1] Nach Abgleich wird ein Rechteck mit sehr steilen Flanken korrekt . auf dem Schirm dargestellt - messerscharf rechteckig, ohne Unsauberkeiten.

Carla Schneider schrieb:

So ganz richtig ist das nicht. An beiden Enden liegen Kapazitäten an, was mit steigender Frequenz zu immer tieferen Impedanzen führt.

Auch wird ein spezielles widerstandsbehaftetes Koaxkabel verwendet. Damit steigt, leider ebenfalls frequenzabhängig, der Wellenwiderstand.

20, plusminus.

So ein Trick wird auch in der Telefonie verwendet, eine Art resitiver Pupinisierung.

Verlustbehaftete Leitungen zeigen nebst erwarteter Dämpfung auch Dispersion:

Einfachst möglicher Tastkopf: (Die meisten Komponenten sind sehr kritisch, da muss auf Promille abgeglichen werden. Bessere Tastköpfe haben ein Vielfaches an Komponenten; die Hersteller sind da aber nicht sehr gesprächig.)

Version 4 SHEET 1 880 680 WIRE -384 80 -416 80 WIRE -320 80 -384 80 WIRE -288 80 -320 80 WIRE -176 80 -208 80 WIRE -384 128 -384 80 WIRE -320 160 -320 80 WIRE -288 160 -320 160 WIRE -176 160 -176 80 WIRE -176 160 -224 160 WIRE -144 160 -176 160 WIRE 224 160 -48 160 WIRE 288 160 224 160 WIRE 320 160 288 160 WIRE 224 176 224 160 WIRE 288 176 288 160 WIRE -144 192 -160 192 WIRE -32 192 -48 192 WIRE -496 272 -496 80 WIRE -384 272 -384 208 WIRE -160 272 -160 192 WIRE -32 272 -32 192 WIRE 224 272 224 240 WIRE 288 272 288 256 FLAG -160 272 0 FLAG -32 272 0 FLAG -384 272 0 FLAG 288 272 0 FLAG -496 272 0 FLAG 224 272 0 FLAG 320 160 OSC IOPIN 320 160 Out SYMBOL ltline -96 176 R0 WINDOW 0 3 -23 Bottom 2 SYMATTR InstName O1 SYMATTR Value MyLossyTline SYMBOL res -400 64 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 1 SYMBOL res 272 160 R0 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 1Meg SYMBOL current -384 208 R180 WINDOW 123 -50 76 Left 2 WINDOW 39 0 0 Left 0 WINDOW 3 -91 -6 Left 2 WINDOW 0 -38 11 Left 2 SYMATTR Value2 AC 10 SYMATTR Value PULSE(0 10 0 2n 2n 50n 100n) SYMATTR InstName I1 SYMBOL res -192 64 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName R3 SYMATTR Value 9Meg SYMBOL cap 208 176 R0 SYMATTR InstName C1 SYMATTR Value 15p SYMBOL cap -224 144 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName C2 SYMATTR Value 10.33p TEXT -208 72 Left 2 !.model MyLossyTline LTRA(len=1.5 R={Z} L=0.8u C=52p TruncNr NoControl) TEXT -8 192 Left 2 !.ac oct 32 100k 1000meg TEXT -144 88 Left 2 !.step param Z list 247 257 267 277 288 302 311 321 TEXT -8 216 Left 2 ;.tran .15u TEXT -144 104 Left 2 !.param Z 314

Helmut Schellong schrieb:

Und 10 p am Tastkopf. Das sind dann eben auch 50 Ohm bei 300 MHz. Und genau dieser Mist lässt sich durch andere Ankopplung vermeiden.

Gerhard Hoffmann schrieb:

Diese Insiderwitze aber besser nicht machen, wenn Studenten da sind. Die kriegen das dann in den falschen Hals. Mit Heisenberg hat das genau gar nichts zu tun.

Hi Rolf,

Die trotzdem nichts von der Leistungswelle absorbieren werden.

That's it.

Das ist recht egal. interessant daran ist nur, dass die reflektierte Welle verheizt wird, bevor sie wieder zur Tastkopfspitze zurückkommt.

Ganz so schlimm ist es nicht. Aber wenn man teure Tastköpfe verticken will, muss man sich schon ein bisschen vom Billigkram absetzen ;-)

Marte

Hi Rolf,

OK, nehmen wir 9 MOhm, dann stimmts.

Das wäre eher viel, wie Du selbst erkannt hast. Wenn der Tastkopf nicht ganz lausig ist, kommen vielleicht 2-5 pF parasitär dazu. Freiwillig will man da wirklich nichts ergänzen. Bei 10 pF müsste man ja zu den 20 pF am Eingang noch einmal 70 pF ergänzen

Die 10 pF macht man eher parallel zur Koaxleitung als Trimmer.

Die da wäre? Man kann die 9 MOhm versuchen sehr kapazitätsarm zu machen. Unter 2 pF wird das sehr schwer werden, wenn man da gleichzeitig auch noch mit einer Abschirmung arbeiten will und der Kopf trotzdem schlank bleiben und möglicherweise auch noch ein Schalter verbaut sein soll. Wenn man jetzt noch bedenkt, dass es auch 12 pF und 30 pF Eingänge gibt, muss man sich entscheiden, wie hoch die ausgleichende Kapazität des Trimmers sein soll. Raketentechnik ist das keine. Schon eher, wie man ein möglichst hochohmiges Stück Innenleiter in die Koaxleitung bekommt, die dennoch einigermaßen haltbar ist.

Marte

Hi Rolf,

Aber es kommt gut ;-)

Wir haben das seit ein paar Jahren mit unseren LM324, die plötzlich, seit wir eine Charge mit ST-Logo kauften, Probleme mit Schwingungen machen, die wir all die Jahre früher nie gekannt hatten. Die Teile schwingen mit großer Amplitude > 100 kHz. So schnell waren früher die LM324 nie! Niemals nicht. Da ist auf nichts mehr Verlaß. Wenn ich dann mit dem Oszi dran gehe (1:1 versteht sich), dann schwingt auch gar nichts mehr. Erst wenn ich auf 1:10 umschalte, ist die Schwingung sichtbar - und lange Gesichter der Studenten.

Dabei ist die Belastung durch das Messgerät eigentlich erst im vierten Versuchsteil dran, nicht schon im 3. Versuch. Eine Woche später in Versuch 4 schaffen es trotzdem keine 10 % den Effekt der Vorwoche wiederzuerkennen :-(

Marte

Die 1 MOhm des Scope kommen hinzu: 9 + 1 MOhm = 10 MOhm

Das ist aber allenfalls ein Faktor 5, wahrscheinlich noch weniger, da die entfernteren C eben schon zu entfernt sind. 1 mm sind rund 1 nH. Da sind mit abgestuften C ganz andere Sachen möglich.

Das wird eher gemacht worden sein, um den ESR runter zu kriegen oder mehr Platz auf der Platine, oder, oder, ...