Die interaktive Grafik zeigt den Abgleich eines Tastkopfes. Durch Klicken auf den Tastkopf-Trimmer kann die Kapazität geändert werden. Die meisten Oszilloskope geben eine Testfrequenz von 1kHz aus. Diese Frequenz liegt an dem Tastkopf an und das gemessene Signal wird auf dem Oszilloskop dargestellt.
Schaltbild
Warum muss ein Tastkopf abgeglichen werden? Das folgende Schaltbild erläutert, warum die Kalibration notwendig und sinnvoll ist und wie die Kompensation abläuft.
Tastkopf abgleichen: Schaltbild.
Die obige Abbildung zeigt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild von Oszilloskop (weiß), Kabel (schwarz) und Tastkopf (rot). Der Schaltplan und die Simulation wurden mit der kostenlosen Software LTSpice erstellt (hier für Windows und MacOS verfügbar). Das Schematic kann für eigene Experimente auf dieser Unterseite runtergeladen werden.
Das Oszilloskop hat einen Eingangswiderstand von einem Megaohm und eine Eingangskapazität von ca. 20pF. Die Werte sind nicht exakt und variieren von Gerät zu Gerät leicht. Das Kabel (schwarz) hat eine Kapazität von ca. 100pF, ebenfalls mit Toleranzen von Kabel zu Kabel. Der Tastkopf hat hier einen Eingangswiderstand von 9 Megaohm. Damit ergibt sich ein Teilerverhältnis von 10:1. Die Kapazität des Tastkopfes C4 ist variabel in Form eines Trimkondensators. Meist ist dies eine kleine Schraube an der Spitze des Tastkopfes oder an dem BNC-Stecker. Mit einem Schraubendreher kann man die Schraube drehen und damit die Kapazität zwischen 5-20pF variieren.
Alle oben genannten Kapazitäten sind nur grob, aber nicht genau bekannt. Dadurch kommt es bei einem nicht abgeglichenem Tastkopf zu einer frequenzabhängigen Verzerrung der Signalform. Der obige Simulator und die folgenden Abbildungen zeigen die Verzerrungen eines falsch eingestellten Trimmkondensators.
Unterkompensation
Tastkopf abgleichen: Trimkapazität zu niedrig.
Die Abbildung zeigt eine Simulation des gemessenen Eingangssignals am Oszilloskop, falls am Tastkopf eine Rechteckspannung mit einer Frequenz von 1000Hz anliegt. Die Simulation zeigt den Fall einer Unterkompensation. Die Trimkapazität des Kondensators wurde zu niedrig gewählt. Man erkennt, dass sowohl Anstieg als auch Abfall der Kurve zu langsam sind.
Überkompensation
Tastkopf abgleichen: Kapazität Trimkondensator zu hoch.
Eine Überkompensation liegt vor, wenn die Trimkapazität zu hoch gewählt wurde. In diesem Fall schießt die ansteigende Flanke über den Zielwert zunächst hinaus. Die Absteigende Flanke geht unter den Nulllevel, bevor die Kurve sich der Nulllinie langsam annähert.
Korrekte Kompensation
Tastkopf abgleichen: Richtig kompensiert.
Der Tastkopf ist korrekt kalibriert, wenn die Rechteckschwingung am Oszilloskopeingang saubere Flanken hat und der Eingangsschwingung korrekt folgt.
Tastkopf abgleichen
Tastkopf abgleichen: Probe Compensation-Kontakt am Oszilloskop.
Wie gleicht man nun den Tastkopf bei einem Oszilloskop ab? Die meisten Oszilloskope haben dazu einen speziellen Kontakt auf dem Frontpanel. Auf diesem Kontakt liegt eine Rechteckschwingung an, die man mit der Tastkopfspitze berühren kann. Man schließt den Tastkopf also an einen Oszilloskop-Kanal an und berührt den Pin "Probe Compensation". Auf dem Oszilloskopschirm erscheint eine (evtl. verformte) Rechteckschwingung. Wie oben in den Diagrammen dargestellt, muss man nun den Trimkondensator am Tastkopf so lange drehen, bis eine Rechteckschwingung mit scharfen Flanken auf dem Oszilloskop erscheint. Dann hat man den Tastkopf korrekt kompensiert und kann mit der eigentlichen Messung fortfahren. Der Trimmkondensator befindet sich entweder auf dem oberen Teil des Tastkopfes oder auf dem BNC-Stecker.
Tastkopf mit Kompensationsschraube am BNC-Stecker.
Eine englischsprachige Videoanleitung zur Tastkopf-Kompensation gibt es hier: