Warum ist der Masseanschluss beim Oszilloskop problematisch? Der Grund dafür ist, dass die Oszilloskop-Masse über den Geräteanschluss mit dem Masse-Potential der Steckdose verbunden ist. Dies kann zum Problem werden, je nachdem wie die zu untersuchende Schaltung gespeist ist.
Masse bei batteriebetriebener Schaltung
Masse Oszilloskop: Schaltung mit Batterie.
Untersucht man eine Schaltung die mit einer Batterie gespeist ist, kann man normalerweise problemlos arbeiten, sofern keine weiteren Anschlüsse wie USB oder sonstige Verbindungsleitungen ein Massepotential beinhalten. Der Masse-Anschluss des Tastkopfes ist über den BNC-Stecker mit dem Oszilloskop verbunden. Intern ist diese Gehäusemasse an das Erd-Potential der Steckdose angeschlossen. Man legt also das Erdpotential an die zu messende Schaltung an. Bei Batteriebetrieb ist dies kein Problem, es entsteht kein Kurzschluss. Man kann den Masseanschluss des Tastkopfes überall anschließen und mit der Prüfspitze Spannungsverläufe messen.
Masse bei netzbetriebener Schaltung
Masse Oszilloskop: Schaltung mit Netzbetrieb.
Anders stellt sich die Situation bei Netzbetrieb der Schaltung dar. In diesem Fall hängt es vom Netzteil ab. Im Falle einer galvanischen Trennung ist die Situation analog zum Batteriebetrieb. Hat das Netzteil keine galvanische Trennung, erzeugt man unter Umständen einen Kurzschluss, der Schaltung und Oszilloskop zerstören kann! Bei nicht vorhandener galvanischer Trennung hat die Schaltung ein Massepotential. Berührt man nun mit dem Masseanschluss des Tastkopfs einen Pin, der nicht auf Massepotential liegt, z.B. die Versorgungsspannung, erzeugt man einen Kurzschluss. Über den Pin verbindet man die positive Spannung über den Masseanschluss des Tastkopfes und das Gehäuse des BNC-Steckers mit dem Erdpotential. Da die Schaltung mit der gleichen Masse verbunden ist, hat man einen niederohmigen Stromkreis zwischen Plus und Minus erzeugt. Je nachdem, wieviel Strom das Netzteil in der Steckdose erzeugen kann, können sehr hohe Kurzschlussströme fließen und zur Zerstörung von Geräten bzw. zu Verbrennungen und Verletzungen führen. Also eine sehr gefährliche Angelegenheit. Selbst wenn einem die Gefahr bewusst ist, kann z.B. bei fliegender Verdrahtung sich der Tastkopf lösen und der Masse-Anschluss auf einen spannungsgeführten Teil der Schaltung fallen. Sofort hat man einen Kurzschluss mit großem Zerstörungspotential.
USB-Verbindungen
Eine weitere Gefahr sind USB-Verbindungen der Schaltung mit einem PC. Die USB-Leitung führt die Masse über den Rechner an die Schaltung. Es entsteht das gleiche Gefährundspotential wie im obigen Fall. Wenn möglich, sollte man einen Laptop im Batteriebetrieb verwenden oder spezielle USB-Verbinder mit galvanischer Trennung verwenden.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, um das Gefährungspotential zu minimieren. Wenn möglich, sollte man immer die Schaltung mit Batterien speisen und darauf achten, dass keine weitere Steuerungsleitung eine Masseverbindung hat. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz zweier Tastköpfe und einer differentiellen Messung von Kanal1 minus Kanal2. Allerdings bleibt hier das Risiko, dass man die Tastkopf-Masse versehentlich mit einem spannungsgeführten Teil verbindet und man einen Kurzschluss erhält. Als dritte Alternative gibt es differentielle Tastköpfe, die die Masse vom Oszilloskop entkoppeln und ein sicheres Arbeiten ermöglichen.
Detaillierte Infos zur Masseproblematik gibt es auch im (englischsprachigen) EEVBlog auf Youtube. David Jones berichtet anschaulich, wann es zu Kurzschlüssen kommen kann und wie man sie vermeidet.