Wie kommt die Störung ins Oszi?

BNC-Kabel mit Bananensteckern, diese ineinander gesteckt und dann ein Ende an den Shunt gelegt ergibt ein Signal. Das gleiche auch mit Tastköpfen - Krokoklemme an Spitze und das wieder an den Shunt ergibt das Signal. Es handelt sich um eine Schwingung mit 1 mV Amplitude und etwa 30 MHz Frequenz (6 Perioden auf 200ns), die gelegentlich "Pakete" von 5 Schwingungen aufweist, die bis auf 2,5 mV Amplitude gehen - sieht wie Amplitudenmodulation aus. Also kein Rauschen, sondern ein gut erkennbares Signal.

Hat hier jemand eine Ahnung, was das sein kann? Der Handy-Mast in Sichtweite? Auf die gleiche Art kann ich auch die USV meines PCs sehen, die ergibt sogar 200 mV Amplitude, aber das genannte Signal blieb über, nachdem hier in der Firma alles ausgeschaltet wurde.

Wie kommt das überhaupt in das Oszi - das müsste in Bezug auf den Eingang doch eigentlich eine Gleichtaktstörung sein, die auch noch über einen Kurzschluß läuft, mir ist das gerade etwas schleierhaft.

Ich hatte schon den Verdacht, dass ich irgend etwas Dummes mache, denn das geht einfach nicht weg, ob ich nun im Keller messe, das Oszi potentialfrei an die USV hänge, oder versuche das mit einem PC-Gehäuse abzuschirmen. Aber was soll ich da schon falsch machen? Habe ich eine Möglichkeit übersehen, das weg zu bekommen?

Zum Hintergrund:

Ich bin auserwählt als weiteren Meilenstein der Ingenieurskunst eine Glühbirne zu betreiben. Das Problem ist nur, dass der Strom im Bereich bis 12 A auf 1 mA genau und stabil sein soll, also mit einer Genauigkeit von 4 bis 5 Stellen bestimmt werden muss. Die Glühbirne wird für Messungen verwendet und ich will ja nicht, dass die nächste physikalische Weltsensation eine Störung der Stromquelle ist. ;o) Habe aber auch keine echte Vorstellung, wie schwierig diese Anforderung ist - schwerer als erwartet scheint mir.

Bei der Messung der Langzeitstabilität ist mir aufgefallen, dass da ein erhebliches Rauschen vorhanden zu sein scheint und das wollte ich genauer wissen, weil ich ein Problem damit hatte, die Stabilität (Temperaturdrift) eines Stroms auf 1 mA genau zu bestimmen, wenn der schon Störungen von 10 mA hat. Ich wollte also zuerst einmal einen ganz sauberen Strom erzeugen. Den habe ich mir dann mit Wechselstromkopplung angesehen und bin auf diese Störung gestoßen - 1 mV Störung am 0.1 Ohm Shunt entspricht schon 10 mA, verhindert also, dass ich echte Störungen im Bereich um 1 mA sehen kann.

Noch etwas - ich habe jetzt über Birne und Shunt gemessen, weil ich damit etwa 20 mal mehr Rauschabstand habe und so zumindest qualitativ etwas sagen kann, auch wenn ich das nicht mehr auf einen Strom umrechnen kann. Da sehe ich jetzt, dass der Op-Amp das Brummen vom Siebelko nicht vollständig wegregelt - am Eingang habe ich ein Brummen mit 1 V Amplitude und das wird zu Dreiecken von +/- 5 mV an den "Umkehrpunkten", also ungefähr Faktor 100 weniger. Bei einer Schleifenverstärkung von

250000 kommt mir das etwas wenig vor, ich hätte eigentlich eine vollständige Unterdrückung des Brumms erwartet. Ist das real, oder messe ich da wieder irgendetwas, das nichts mit dem tatsächlichen Strom zu tun hat?

Als Schaltung vergleicht übrigens ein LT1077 eine Referenzspannung mit der Spannung am Shunt und regelt über einen MOSFET nach. Also Referenz am positiven Eingang und negativer Eingang über Widerstand am Shunt und zur Einstellung des Verstärkungsfaktors mit weiterem Widerstand an Ausgang. Der Ausgang geht dann auf das Gate des FET, der mit Source am Shunt liegt und die Birne liegt dann zwischen Drain und der Eingangsspannung. Also so richtig einfach, dachte ich...

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Edzard Egberts
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Batteriebetriebenen Oszi ausprobieren, sowas kleines Tragbares.

Dann bist wech vom Stromnetz.

w.

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Helmut Wabnig

Helmut Wabnig schrieb:

Habe ich doch schon ausprobiert - Oszi mit USV ist Batteriebetrieb ohne Stromnetz, "potentialfrei" war vielleicht etwas ungenau.

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Edzard Egberts

Am 20.05.2011 10:11, schrieb Edzard Egberts:

Upps, Oszi aus,

Störung weg :)?

Peter

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Peter Thoms

Edzard Egberts schrieb am 20.05.2011 10:11: ...

Mit ca. 0,008%? Das ist schon nicht mehr ganz trivial...

Thomas

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Thomas Einzel

Edzard Egberts schrieb:

Klingt nach einem deterministischen (externen) Störer. Die Regelung selber ist stabil?

Nicht nur das Oszi, sondern den ganzen Aufbau mit Batterie betreiben? Mal im geerdeten Stahlschrank messen? Nachts messen? Den ganzen Aufbau mal mit nach Hause nehmen und dort nachsehen? Spannungsabfall am Shunt mit ordentlichem Instrumentation Amplifier mit gutem CMRR auch bei AC messen?

Die open loop gain ist stark frequenzabhängig. Bei deren Eckfrequenz von 1Hz liegst Du bei 100Hz schon 40dB schlechter, bei Oberwellen noch schlechter.

Und ungünstige Masseführung kann das weiter verschlechtern. Du hast getrennte Speisungen für Regler und Glühlampe? Und Dir Gedanken über eine vernünftige Masseführung gemacht? Und darüber, dass nichts hochfrequent kapazitiv aus dem Leistungsteil in den Regler (auch masseseitig!) einkoppeln kann?

12A auf 1mA zu regeln ist normalerweise kein Problem, weder in Bezug auf Rauschen noch in Bezug aus Temperaturabhängigkeit oder Langzeitstabilität. Aber so ganz simpel mit "man nehme einen OpAmp, einen Shunt, einen FET" gehts denn doch nicht...

Viel Erfolg!

V.

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Volker Staben

Edzard Egberts wrote in news:ir57nd$hdi$ snipped-for-privacy@hoshi.visyn.net:

Oh, um was gehts denn da?

Gruß R.R.

--
Ich bin unschuldig, ich hab sie nicht gewählt!
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Robert Rohling

Volker Staben schrieb:

Das Signal ist garantiert unabhängig von der Regelung - mit "dann ein Ende an den Shunt gelegt" meinte ich, dass nach Beseitigung der möglichen Fehlerquellen von der Schaltung gerade mal der (zusätzliche Mess-) Shunt über geblieben ist. Also ohne Tastkopf gerade Linie, mit Tastkopf kleine Amplituden und Tastkopf an Shunt (so ein dicker quadratischer Widerstand auf Kühlkörper) ergibt dann das gut erkennbare Signal. Tastkopf an Ed seltsamerweise nicht, habe wohl nicht die richtigen Abmessungen.

Die Spannungsversorgung besteht aus Trafo, Gleichrichter und Siebelko, das muss ich wohl nicht durch eine Batterie ersetzen.

Das mache ich gleich mal in der Mittagspause.

An Messverstärker habe ich schon gedacht, das wäre einen Versuch wert. Kann ja eigentlich einen beliebigen OpAmp nehmen...

Das muss ich mir mal ansehen, das würde anders gesagt also heißen, dass der OpAmp nicht so schnell ist, wie ich das gerne hätte (Bandbreite). "Open loop" ist das übrigens nicht, sondern 56 k auf 0.22 Ohm.

Nein. Allerdings hängt die Spannungsreferenz hinter einem weiteren Spannungsregler und der ist über RC-Glied abgetrennt. Meine Referenz sollte stabil sein.

Bei 12 A? Ja, das ist eine echt massive Masse und alles kompakt aufgebaut.

Ja, das ist der Teil mit Trafo und Siebelko - "hochfrequent" ist da gar nichts mehr.

Aha, das wollte ich auch noch bestätigt haben. Als Problem habe ich ja auch die Messung entdeckt, das passt also. ;o)

Das sehe ich im Moment noch anders. Was würdest Du denn da drauflegen?

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Edzard Egberts

Edzard Egberts schrieb:

Spielt thermisches Rauschen eine Rolle?

--

Alzheimer ist ganz toll. Man lernt ständig neue Leute kennen.
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Holger

Edzard Egberts schrieb:

Würde ich schon mal ausprobieren. Du weißt nicht, ob Du Dir irgend etwas externes über kapazitive Kopplungen aus dem Netz fängst.

Um so schlimmer. Wenn die open loop gain bei 100Hz schon so hundsmiserabel ist, dann wird ja bei hoher Verstärkung die loop gain richtig mies.

Das Problem steckt oft auf der Masseseite. Ohne getrennte Versorgungen für Last und Regelung kriegst Du keinen vernünftigen Massepunkt (Sternpunkt) hin. Bei Deinen Anforderungen wirds ohne getrennte Versorgungen mMn nicht gehen.

Es geht nicht um "kompakt", sondern vernünftig sternförmig. Wenn Dein Laststrom nur durch 1uOhm fließt, dessen Spannungsabfall in Deine Regelung masseseitig einkoppelt, hast Du 12uV masseseitiges Störsignal. Bei einem Shunt von 10mOhm ist Dein Nutzsignal 120mV. 12uV von 120mV sind 100ppm. Du möchtest 80ppm über alles - das geht so nicht.

Du wirst Dich wundern, was masseseitig alles geht...

Ich würde vermuten, bei Dir ist der Hund in der Masseführung begraben.

Nun, Du möchtest 83ppm über alles sicherstellen - incl. aller Fehlerquellen (Offsetspannungen, Driften, Rauschen, Temperatureffekte).

Die Referenz ist nicht das Problem. Aber mit dem Shunt geht es schon los: 20K Temperaturänderung und vielleicht 20ppm von der Gesamtabweichung auf dem Shunt "abgeladen" bedeuten 1ppm/K Temperaturkoeffizient des Shunts. Die hast Du? Gut. Die hast Du nicht? Vergiss es.

10mOhm Shunt macht 120mV Nutzsignal. 10ppm von der Gesamtabweichung auf die Temperaturdrift der Offsetspannung des Messverstärkers abgeladen macht bei 20K Temperaturänderung 60nV/K TK der Offsetspannung. Die hast Du? Gut. Die hast Du nicht - Dein LT1077 hat typ. 500nV/K, max. 2500nV/K? Vergiss es.

Das Problem loop gain hatten wir ja schon angesprochen. Mit 200V/mV wirst Du kaum hinkommen, ein Micropower-OpAmp ist da auch nicht gerade erste Wahl. Um 1V Ripple bei 100Hz auf weniger als

10ppm ausszuregeln, brauchst Du über den Daumen eine open loop gain des OpAmps bei DC von 10.000mV/V. Dann wäre da noch ein Blick auf CMRR und PSRR nötig. Und man könnte auch mal über einen anderen Regler als einen reinen P-Regler nachdenken.

Und - wie oben geschrieben - unverzichtbar ist ein ordentliches Setup mit getrennten Versorgungen. Ein lausiges Mikroohm gemeinsamer Strompfad in der Masse versaut Dir alles.

V.

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Volker Staben

Robert Rohling schrieb:

Lichtquelle als Laborzubehör. Mit diesem Licht wird dann etwas anderes gemessen (oder auch nur beleuchtet, wie in der Mikroskopie). Was genau damit gemacht wird, weiß ich also gar nicht, aber da das als Basis für Messungen verwendet wird, muss ich davon ausgehen, das irgendwelche Schwankungen auch irgendwann in irgendwelchen Messungen auftauchen...

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Edzard Egberts

Edzard Egberts schrieb: [...]

[...]

Und das soll Probleme machen?

Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Volker Staben schrieb:

BTW: selbstverständlich in Vierpolmessung. Allein deswegen solltest Du einen vernünftigen Differenzverstärker oder Instrumentation Amplifier einsetzen.

V.

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Volker Staben

Volker Staben schrieb:

Da ich die Störung auch ganz ohne Schaltung habe, bin ich mir ganz sicher, dass ich mir da nichts aus dem Netz einfange. Übrigens gerade mal ed home gemessen und da habe ich eine andere Störung. :o( Elektrosmogmäßig kann man Oszi-Messungen unter 1 mV scheinbar vergessen.

Puh, da wußte ich mal mehr drüber, aber ich glaube trotzdem, dass Dir hier etwas durcheinander gekommen ist: Die open loop gain ist doch die maximale Verstärkung, wieso soll dann bei hoher Verstärkung die Schleifenverstärung richtig mies werden?

Aber da war etwas mit Verstärkung und Bandbreite - geringe Verstärkung gleich hohe Bandbreite? Weia, echt keine Ahnung mehr... :o(

An einem Massepunkt habe ich mich gar nicht erst vesucht:

Der Shunt in der Schaltung (bisher war von einem zusätzlichen Meßshunt im Strompfad die Rede) hat vier Anschlüsse - über zwei geht die Last und zwei sind die Messanschlüsse. Den masseseitigen davon habe ich als Referenzmasse für die Spannungsreferenz genommen (die an den positiven Eingang des OpAmp geht), der andere geht über 0.22 Ohm an den negativen Eingang. Und der Ausgang eben an den FET. Damit geht der Strompfad komplett an der Regelschaltung vorbei und die Ansteuerung des FET ergibt sich "frei schwimmend" rein aus der Differenzverstärkung. Das ist schon was anderes, als ein NF-Verstärker oder sonst etwas mit Sternpunkt und funktioniert ja auch - ich kann nur nicht messen, wie gut.

Bei meiner Schaltung habe ich dann 12uV *(Gleichtaktunterdrückung OpAmp), da bleibt nichts übrig.

Stimmt, deshalb bin ich diesem Problem aus dem Weg gegangen.

Na ja, zumindest meine temperaturstabile und sauteuere Referenz nicht.

Für den 50 mOhm Shunt sind < 30 ppm/K angegeben und da muss ich entweder die Temperatur messen und kompensieren, oder den Shunt auf gleichmäßiger Temperatur halten. Das ist aber das nächste Problem, im Moment will ich erst einmal so weit kommen, dass meine Stabilisierung so gut wie der Shunt ist und die Stromänderung genau der Temperaturänderung entspricht.

Stimmt, das könnte eine Drift bringen. Muss ich mal ausprobieren, wenn ich das messen kann.

Ja, ich brauche also einen anderen OpAmp. Den Ripple möchte ich nun wirklich einfach ausregeln, statt noch die Spannung zu stabilisieren.

Ja, das soll auch noch mit Rampe schalten, da könnte man einen I-Regler mit reinnehmen. Also meine Testschaltung entspricht noch lange nicht dem, was ich bauen soll, ich beschäftige mich noch mit den Grundlagen...

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Edzard Egberts

Dieter Wiedmann schrieb:

Das habe ich auch mal gedacht...

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Edzard Egberts

Kann vieles sein. In einem meiner Faelle war es eine Personenrufanlage der Methusalem-Klasse auf 27MHz (ja, die gibt es tatsaechlich noch). In anderen waren es HF-Generatoren auf 13.56MHz (Oberwelle) oder 27.12MHz. Sowas kann auch schon mal Kilometer weg sein. Falls Du das in einem Industriegebiet aufgebaut hat, koennte beides vorliegen, ebenso wenn ein Krankenhaus in der Naehe ist.

Nachdem ich mal ein TDS-irgendwas aufgemacht und die "Massefuehrung" gesehen haben wundert micht das nicht. Bei manchen kann Du dann deren eigenen Backlight-Inverter sehen.

Nimm man ein anderes Oszi, anderen Hersteller. Oder aus der guten alten Analogzeit. Tek 2465 zum Beispiel, das ist noch gute Qualitaet.

Da scheitn der Wurm in der Schaltung zu sein. Kannst Du die mal als Post setzen.

Pass auf dass das bei langen Kabeln und Kapazitaeten nicht schwingt.

Wenn die Birne fuer Durchlichtmesszwecke benutzt werden soll muss man die modulieren. Alles andere ist allein wegen Fremdlicht, thermischen Faktoren und so weiter schwierig. Zudem altert die Birne noch.

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/
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Joerg

Edzard Egberts schrieb:

Glüobst ist träge. Mit 30 MHz eine Amplitudenmodulation des Lichtes zu erreichen, nun ja, sollte man nach Hogwarts weiterleiten....

Holger

--

Alzheimer ist ganz toll. Man lernt ständig neue Leute kennen.
Reply to
Holger

Edzard Egberts schrieb:

Natürlich. Bei kleinen Signalen geht ohne Vorverstärker nix. Oder man freue sich, eines der guten, alten 7000er Tek's mit Differenzverstärkereinschub sein Eigen nennen zu dürfen.

Na, dann sieh mal in den Grundlagen nach.

So ungefähr...

Manche grundlegende Tipps sind genau deswegen grundlegend, weil sie sich in der Praxis irgendwie bewährt haben. Du hast natürlich einen "Massepunkt". Nur: der eiert irgendwo in Zeit und Raum herum und Du weißt nicht, wo er ist. Und dann wunderst Du Dich, dass nix vernünftiges herauskommt?

Strompfad

Eben. Und da liegt möglicherweise Dein Hauptproblem. Du hast versucht, mit minimalem Aufwand die eierlegende Wollmilchsau zu realisieren.

Wenn Du einen Strom auf max. 80ppm regeln möchtest, dann ist erste Vorbedingung, den Strom auch vernünftig messen zu können. Und da geht kein Weg an einem ordentlichen Messverstärker vorbei.

Bevor Du Deine 12A nicht ordentlich - und das heißt: hinreichend unbeeinflusst von allen Störphänomenen - messen kannst, brauchst Du keinen Gedanken an die Regelung zu verschwenden.

Du betreibst Deinen OpAmp bei einer Nominalverstärkung von 56k/0,22 = 250.000. Wie war doch gleich noch die open loop gain des LT1077? Und welche Bandbreite soll der Regler bitte sehr haben? 100Hz ausregeln? Glückwunsch: bei der Vorgehensweise kannst Du doch überhaupt froh sein, Besseres als nur vollständigen Schrott zu sehen.

Nein. bei Deiner Schaltung hast Du den kompletten Spannungsabfall an der Masseleitung ab Fußpunkt der Referenz als Gleichtaktspannung, also 12A mal

0,3Ohm oder so. Das können mehrere Volt sein. Und da Du in Bezug auf invertierenden und nichtinvertierenden Eingang des OpAmps statisch und dynamisch völlig unsymmetrische Verhältnisse hast, taucht ein Teil der Gleichtaktspannung garantiert als Gegentaktsignal auf. Dadurch kann ein Verstärker auch gern mal schwingen. Und wenn die Masseleitung nicht hinreichend niederohmig ist, könntest Du Dir durchaus auch darüber bereits eine Rückkopplung über den Fußpunkt der Referenz einbauen, die die ganze Kiste mit ein paar kapazitiven oder induktiven Phänomenen auch locker ins Schwingen bringen könnte.

BTW: hat das irgendetwas mit optischer Messtechnik für z.B. Solarien zu tun?

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Volker Staben

Am 20.05.2011 15:02, schrieb Edzard Egberts:

Hallo,

Die Messmöglichkeit hängt auch von der Bandbreite und vom Eingangswiderstand ab.

Es gibt Oszis die bei 1MHz Bandbreite und 1Mohm Eingangswiderstand bis

50µV messen können. Die Grenze wird dabei durch das Rauschen des Eingangswiderstandes bestimmt.

Bernd Mayer

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Bernd Mayer

Ist ein HM407 "Analog Digital Scope", also durchaus "gute Qualität". Da würde ich eher auf die Messleitungen tippen.

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C8 und C9 sind nicht bestückt - die Schwingneigung ist zusammen mit der Lochrasterplatine entschwunden.

Na ja, und weil ich schon mal dabei bin:

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Nein.

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Edzard Egberts

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