Messspitze

passiver 10:1 Tastkopf

Der Tastkopf, auch Tastteiler, ist ein Messmittel in der Elektronik, hauptsächlich bei Messungen mit dem Oszilloskop. Mit dem Tastkopf wird die zu messende Leiterstelle berührt und so das Signal an das eigentliche Messgerät geführt.

Einfache Prüf- und Kontaktierhilfen ohne elektrische Komponenten sind die Prüfspitze (Nadel mit Bananenstecker-Buchse) und Prüf-Clips, die mechanisch betätigte Haken oder Krallen besitzen, um Bauteilbeine zu umfassen. Sie werden vorrangig bei Spannungsmessungen verwendet.

Anforderungen und Aufbau

Passiver 10:1-Tastkopf, der das Oszilloskop per Kontakt-code konfiguriert

An den Tastkopf werden verschiedene Anforderungen gestellt:

Der Tastkopf soll das zu messende Signal nicht verändern, also eine möglichst hohe Eingangsimpedanz haben. Daher sollte insbesondere seine Eingangskapazität gering und sein Eingangswiderstand möglichst groß sein. Reflexionen auf der Messleitung sollen möglichst nicht auftreten.

Diese Forderungen können nicht miteinander vereint werden: entweder ist die Eingangsimpedanz gering und entspricht dem Wellenwiderstand des Kabels (Koaxialkabel, 50 Ohm) oder es werden Kompromisse hinsichtlich der oberen Grenzfrequenz bzw. Impulstreue hingenommen.

Tastköpfe werden deshalb oft so ausgeführt, dass sie mit dem Eingang des Oszilloskops einen kompensierten Spannungsteiler bilden, der die Kabeleigenschaften mit einbezieht. Hierzu befinden sich vorn im Tastkopf ein Widerstand und ein dazu parallel geschalteter Kondensator, deren Verhältnis demjenigen der Eingangsimpedanz des Oszilloskop gleichen muss. Dazu ist im Anschlussstecker des Tastkopfes ein verstellbarer zweiter Kondensator untergebracht, mit dessen Justage sich der Tastkopf an die Eingangskapazität des Oszilloskops anpassen lässt.

Abgleichschaltkreis

Um die Signalquelle möglichst wenig zu belasten, also eine möglichst geringe Eingangskapazität zu haben, besitzen solche Tastköpfe meist ein Spannungsteilerverhältnis von 10:1.

Zum Abgleichen der Tastköpfe geben Oszilloskope in der Regel ein Rechtecksignal aus, mit dessen Hilfe man den Tastkopf so abgleichen kann, dass auch ein solches dargestellt wird.

Die Kabellänge bestimmt die Signallaufzeit, bei Messungen im Nanosekundenbereich müssen deshalb bei der Verwendung mehrerer Kanäle des Oszilloskops identische Tastköpfe oder zumindest gleiche Kabellängen verwendet werden.

Zur Messung höherer Spannungen als etwa 500 Volt gibt es kompensierte Tastköpfe auch mit Teilerverhältnissen von 100:1 und 1000:1.

Zur Messung des Pegels sehr hoher Frequenzen gibt es Hochfrequenz-Tastköpfe. Sie besitzen hinter der Spitze eine Diode und liefern den Gleichrichtwert der hochfrequenten Spannung.

Passive/Aktive Tastköpfe

Es werden passive und aktive Tastköpfe unterschieden. Die passiven bestehen im Wesentlichen aus einer Metallspitze, dem oben beschriebenen Spannungsteiler und der Zuleitung zum Messgerät. Bei aktiven Tastköpfen wird das Signal bereits im Tastkopf verstärkt, was eine besonders kleine Eingangskapazität ermöglicht. Allerdings benötigt ein aktiver Tastkopf eine externe Stromversorgung und kann nur Signale innerhalb des Arbeitsbereichs des Verstärkers messen.

Aktive Tastköpfe sind oft proprietär, das heißt sie passen nur zu den Oszilloskopen der Herstellers.

Der abgebildete Tektronix-Tastkopf ist passiv, er ist jedoch durch Kontaktstifte in der Lage, dem Oszilloskop mitzuteilen, dass eine 10:1-Teilung angeschlossen ist. Dieses besitzt am BNC- Eingang einen Metallring, welcher durch den Kontaktstift berührt wird. In Folge wird die horizontale Skale korrekt eingestellt. Nicht alle Geräte sind jedoch in der Lage diese Kodierung zu erkennen und sich selbst darauf einzustellen.

Zubehör

Um die tägliche Arbeit zu erleichtern, wurde im Laufe der Zeit eine Reihe von Zubehör für Tastköpfe entwickelt.

Zubehör für Tastköpfe

Hierzu zählen:

• Erdklammer
• Tastkopfablage
• flexibler Adapter
• Lötfahnen
• gefederter Kontakthaken
• Farbringe
• Isolationskappe für den Tastkopf
• Tastspitzenkappe

Insbesondere die Erdklammer ist bei Schaltungen deren Spannungsreferenz von der des Messgerätes abweicht notwendig, um sinnvolle Signale zu erhalten. Es ist dabei aber zu beachten, dass bei unterschiedlichen Potentialen Ausgleichsströme auftreten, welche Sicherungen oder Schutzschaltungen zerstören können. Für bedrahtete integrierte Schaltungen empfiehlt sich der Kontakthaken, welcher an den Anschlüssen sehr einfach montiert werden kann.

Quellen

• Tektronix: ABCs of Probes: Primer