Low-Side-Anschluss des Oszilloskops

Alle diese Punkte, die mit roten Pfeilen markiert sind, sind physikalisch durch Metall und Drähte miteinander verbunden:

Die „Low-Side“ des Oszilloskops ist beispielsweise die äußere metallische Abschirmung an der BNC-Buchse an der Gerätevorderseite, die über das Chassis und Netzkabel des Oszilloskops direkt mit der Netzerde verbunden ist.

Die Erdungsklemme des Tastkopfs ist direkt mit der Abschirmung des eigenen BNC-Steckers verbunden, der beim Einstecken in das Oszilloskop auch über das Gehäuse des Oszilloskops mit der Netzerde verbunden wird.

Der Minuspol des Tischnetzteils kann intern mit der Netzerde verbunden sein oder nicht . Ich gehe davon aus, dass es sich um dieses Bild handelt, da ich keinen separaten grünen Erdungsanschluss sehe.

Nehmen wir an, Sie bauen die folgende Schaltung, die von der Tischversorgung gespeist wird, und Sie möchten die Spannung über der LED mit dem Oszilloskop messen:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Ihnen wurde gesagt, dass die Spannung an einer grünen LED etwa 2 V beträgt, richtig? Das will man einfach selbst sehen. Das sieht harmlos aus, bis Sie die "versteckten" Masseverbindungen einzeichnen:

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Wenn Sie genau hinsehen, werden Sie sehen, dass Sie den Widerstand vollständig kurzgeschlossen haben. Es könnte genauso gut ein direkter Draht darüber sein, denn genau das passiert, wenn Sie die "Low-Side" Ihres Oszilloskops mit der Unterseite der LED verbinden.

Effektiv legen wir die vollen 12 V der Stromversorgung direkt an die LED an, was "den magischen Rauch freisetzt" und einen wirklich schrecklichen Tod stirbt. Wenn Sie nicht besonders vorsichtig sind, können Sie auch das Oszilloskop schwer beschädigen. Stellen Sie sich den enormen Strom vor, der über das Oszilloskop um die Erdschleife fließen würde, wenn Sie versehentlich den Low-Side-Clip der Sonde direkt mit dem Pluspol der Stromversorgung berühren würden.

Das "Mitnehmen" ist, dass Sie ein netzbetriebenes Oszilloskop wirklich nicht verwenden können, um Spannungen an "irgendeinem alten Ding" zu messen, wie Sie es mit einem batteriebetriebenen Multimeter können. Sie müssen sich immer bewusst sein, dass die niedrige Seite der Sonde permanent mit der Netzerde verbunden ist, und wenn ein Teil Ihres zu testenden Schaltkreises auch mit der Netzerde verbunden ist, haben Sie das „Potenzial“ für eine Katastrophe (Wortspiel beabsichtigt).

Batteriebetriebene Geräte haben keine "versteckten" Verbindungen zur Netzerde und können daher diese Art von katastrophaler Zerstörung nicht verursachen/erleiden. Es gibt natürlich noch andere großartige Möglichkeiten, einwandfreie und teure Ausrüstung zu zerstören.

Ja, Ihr Prof gibt Ihnen gute Ratschläge: Stellen Sie sicher, dass Sie die Erdung des Oszilloskops niemals mit etwas anderem verbinden, das auch Erdung ist. Viele Systeme sterben einen frühen Unfalltod, wenn diese Regel nicht befolgt wird, zum Beispiel durch eine fehlgeleitete, baumelnde Erdung des Zielfernrohrs, die gegen eine Hochstromkomponente streift und diese kurzschließt. Sei nicht diese Person, sei sehr vorsichtig.

Wohin geht die Zielfernrohrerde? An das geerdete Gehäuse des Instruments, das am Netzeingang mit der Schutzerde verbunden ist. Dieser Pfad ist sehr niederohmig: Sie haben 2,6 Ohm gemessen; Dies liegt hauptsächlich an den Leitungen Ihres Messgeräts, nicht am Erdungspfad des Oszilloskops, der niedriger sein wird.

Wenn Sie beabsichtigen, eine Differenzmessung durchzuführen, verwenden Sie 2 Sonden im „Differenzialmodus“ (invertieren Sie eine, summieren Sie die Kanäle). Mehrkanal-Oszilloskope unterstützen dies. Jede Sonde ist weiterhin für sich geerdet.

Sie können auch eine Differentialsonde verwenden (mehr $$$, aber besser.)

Ich bin mir nicht sicher, warum Sie diese Messung durchgeführt haben, aber es hat Sie dazu gebracht, eine gute Frage zu stellen. Normalerweise wird die niedrige Seite oder Masse der Sonde über den dritten Stift im Stecker im Netzkabel des Oszilloskops mit Erde verbunden. Wenn Sie damit einen stromführenden Stromkreis berühren, dessen eine Seite geerdet ist, wird der Strom durch die Oszilloskopmasse geleitet, und wenn Sie Glück haben, wird etwas in die Sonde geblasen. Der Strom wird wahrscheinlich durch die Verkabelung in der Sonde und im Oszilloskop begrenzt, die meisten sind nicht für den Betrieb mit Netzstrom ausgelegt. Ihr Zielfernrohr enthält empfindliche elektronische Komponenten, und wenn eine statische Entladung das Blei erreicht, könnten einige elektrostatisch empfindliche Teile des Zielfernrohrs beschädigt werden. Diese Masseverbindung ist bei vielen Tischinstrumenten üblich, jedoch nicht bei batteriebetriebenen tragbaren Instrumenten. Seien Sie vorsichtig, wenn Sie Tischinstrumente verwenden.

Ich [...] habe den Widerstand zwischen der niedrigen Seite eines Oszilloskops und der Erdung an einem Netzteil gemessen und einen Widerstand von 2,6 Ohm gesehen.

Ich bin mir nicht sicher, was ich davon in Bezug auf die interne Verbindung der Low-Side des Oszilloskops mitnehmen soll.

Er ist über eine Impedanz mit dem Realteil = 2,6 Ohm mit Masse verbunden. Das wäre ein guter Ausgangspunkt und eine durchaus vernünftige Beobachtung. Ich habe es an meinem speziellen Oszilloskop und meiner Sonde ausprobiert und Re (Z) = 1,8 Ohm erhalten. Die tatsächliche Impedanz ist natürlich komplex, und der Imaginärteil kann erheblich sein.

Es liegt also an Ihnen zu entscheiden, wie wichtig dieser Imaginärteil ist. Gehen Sie zunächst davon aus, dass das Oszilloskop Signale bei jeder Frequenz innerhalb seiner Bandbreite messen muss. Sie haben also zwei einschränkende Szenarien: f=0und f=BW. Beides untersuchen.

Dann erkennen Sie hoffentlich auch, dass die Impedanz bis zu einer bestimmten Grenzfrequenz allein durch den Widerstand angenähert werden könnte. Sie beginnen mit der Auswahl eines Schwellenwerts, oberhalb dessen Sie sagen würden, dass der Imaginärteil der Impedanz signifikant ist. Mit dieser Schwellenfrequenz können Sie die Bandbreite in zwei Teile aufteilen: einen, bei dem das Verhalten so ist, als ob nur eine ohmsche Impedanz vorhanden wäre, und einen anderen, bei dem die Impedanz komplex ist (können Sie erraten, ob sie eher kapazitiv oder eher induktiv ist?).

Was die physikalischen Komponenten betrifft, die für die "Erzeugung" dieser Impedanz verantwortlich sind - es können einige sein, und viele von ihnen können sich außerhalb des Oszilloskops innerhalb der Gebäudeverkabelung befinden. Denken Sie daran, dass an der Steckdose, an die das Oszilloskop angeschlossen ist, eine Induktivität zwischen dem Neutralleiter und dem Erdungsleiter angeschlossen ist. Diese Induktivität ist auf die Neutral-Masse-Verbindung zurückzuführen. Denken Sie dann daran, dass das Oszilloskop einen Stromleitungseingang hat, der wahrscheinlich einen Kondensator zwischen Neutralleiter und Erde platziert. Sie könnten diese dann unabhängig untersuchen, natürlich unter Berücksichtigung der elektrischen Sicherheit. Erwarten Sie nicht, dass die Nullleiter-Erde-Spannung Null ist, und schließen Sie keine LCR-Messgeräte zwischen diesen Anschlüssen an!