Ratgeber
Einen Tastkopf verwendet man in der Messtechnik bei Messungen, die mit einem Oszilloskop durchgeführt werden. Er kommt immer dann zum Einsatz, wenn das Oszilloskop nicht unmittelbar an das Messobjekt angeschlossen werden kann. In unserem Ratgeber stellen wir Ihnen unterschiedliche Arten von Tastköpfen vor und erläutern deren Aufbau und Funktionsweise. Zudem erfahren Sie, was Sie beim Kauf von Tastköpfen beachten sollten.
Was versteht man unter einem Tastkopf?
Das Oszilloskop ist in der modernen Messtechnik ein unverzichtbares Werkzeug. In vielen Fällen kann das Messgerät allerdings nicht direkt an das Messobjekt angeschlossen werden. Damit dennoch eine Messung durchgeführt werden kann, ist der Einsatz eines Tastkopfes erforderlich. Es handelt sich dabei um eine Sonde, die sich am Ende einer koaxialen Messleitung befindet. Der Anschluss an das Oszilloskop erfolgt in der Regel über BNC-Stecker.
Für Oszilloskope sind aktive, passive und differentielle Tastköpfe erhältlich. Die passiven Tastköpfe stellen faktisch den Standard dar. Ein passiver Tastkopf besitzt keine aktiven Bauteile und benötigt dementsprechend auch keine eigene Stromversorgung. Häufig befindet sich im Oszilloskop-Tastkopf ein Eingangswiderstand, der als Spannungsteiler fungiert. Dadurch wird die an der Prüfspitze gemessene Spannung nicht 1:1 an das Oszilloskop weitergeleitet, sondern zum Beispiel auf 10:1 reduziert. Es sind aber auch Modelle mit anderen Teilern im Handel verfügbar. Die Vorteile von passiven Tastköpfen liegen hauptsächlich im günstigen Preis und der hohen Robustheit. Als nachteilig erweist sich dagegen die durch die Eingangskapazität beschränkte, gering nutzbare Bandbreite.
Ein aktiver Oszilloskop-Tastkopf verstärkt das Signal, bevor es an das Messgerät weitergeleitet wird. Durch die eingebaute Elektronik benötigen aktive Tastköpfe eine zusätzliche Stromversorgung. Die Vorteile einer solchen Lösung sind unter anderem der hohe Eingangswiderstand, die geringe Eingangskapazität und eine höhere Signalgenauigkeit. Daraus resultiert eine nur minimale Beeinflussung des Messsignals. Allerdings haben aktive Tastköpfe nur einen begrenzten dynamischen Bereich, sind wesentlich teurer in der Anschaffung und darüber hinaus deutlich empfindlicher als passiv arbeitende Tastköpfe. Hinzu kommt der Umstand, dass die meisten aktiven Tastköpfe nur mit einem Oszilloskop des gleichen Herstellers kompatibel sind.
Während ein passiver oder aktiver Tastkopf immer die Differenz zwischen einem einzelnen Punkt und dem Massepotenzial misst, erfolgt bei einem differentiellen Tastkopf eine Messung zwischen zwei beliebigen Messpunkten.
Verwendet werden diese Tastköpfe zum Beispiel beim Messen von Hochfrequenz-Signalen.
Damit ein differentieller Tastkopf seine Arbeit verrichten kann, ist ein Differenzverstärker nötig. Dieser wandelt die Differenz zwischen den beiden gemessenen Signalen in eine Spannung um, die dann an das Oszilloskop geschickt wird.
Eine geringe Eingangskapazität und eine große Bandbreite stellen die Vorteile des differentiellen Tastkopfs dar. Dem gegenüber stehen der hohe Anschaffungspreis, ein nur begrenzter dynamischer Bereich und eine geringe mechanische Stabilität.
Der Einsatzzweck bestimmt, welchen Tastkopf-Typ Sie benötigen. Falls Sie Messungen an einer Schaltung vornehmen möchten, die nicht mit Masse verbunden ist, müssen Sie in jedem Fall zu einem differentiellen Tastkopf greifen. Ein aktiver Tastkopf ist nur vonnöten, wenn die Messung eine besonders hohe Präzision erfordert oder über ein breites Frequenzspektrum gemessen wird. Für die alltäglichen, normalen Messungen ist gewöhnlich ein passiver Tastkopf ausreichend. Grundsätzlich sollte ein guter Tastkopf die folgenden Bedingungen erfüllen: Er darf nicht dämpfen und muss eine gute und stabile Verbindungsqualität ermöglichen. Darüber hinaus darf der Tastkopf weder zu Verzerrungen beim gemessenen Signal führen noch darf es zu einer Belastung der Signalquelle kommen. Zudem ermöglicht ein guter Tastkopf einen linearen Phasenverlauf. Beachten Sie auch, dass nicht jeder Tastkopf mit jedem Oszilloskop kompatibel ist. Bei passiven Tastköpfen ist dieser Umstand meist noch zu vernachlässigen, bei einem differentiellen oder aktiven Tastkopf wird aber meist ein Oszilloskop vom gleichen Hersteller vorausgesetzt. Neben der Bandbreite müssen beim Kauf das Teilerverhältnis und die Nennspannung berücksichtigt werden.
Unser Praxistipp: Korrekte Dämpfung des Tastkopfs einstellen!
Damit mit einem Oszilloskop valide Messungen durchgeführt werden können, muss dem Gerät die korrekte Dämpfung des Tastkopfes bekannt sein. Es sind Kombinationen aus Messgerät und Tastkopf erhältlich, bei denen die Dämpfung ohne weitere Einstellungen erkannt und entsprechend angepasst wird. In den meisten Fällen muss der Dämpfungswert allerdings manuell am Oszilloskop eingestellt werden.
FAQ – häufig gestellte Fragen zu Tastköpfen
Was ist ein Transmission-Line-Tastkopf?
Transmission-Line-Tastköpfe weisen einen niedrigeren Eingangswiderstand auf. Die Impulstreue wird durch den breiteren Frequenzbereich und die geringere Eingangskapazität verbessert. Ein solcher Tastkopf ist speziell für die Messung hochfrequenter Signale gedacht.
Wo liegen die Unterschiede zwischen einem digitalen und einem analogen Oszilloskop?
Bei einem analogen Oszilloskop liegen die Messdaten in rein analoger Form vor, sie lassen sich daher nicht ohne Weiteres zur Bearbeitung an einen Computer übertragen. Ebenfalls ist eine Speicherung der Messergebnisse nicht möglich. Mit einem analogen Oszilloskop sehen Sie also immer nur eine Momentaufnahme. Bei einem digitalen Gerät werden die ermittelten Daten digitalisiert und meist auch direkt abgespeichert. Vergleiche zwischen Messwerten sind damit ebenso leicht möglich wie eine Verarbeitung der gewonnenen Daten am PC. Das analoge Oszilloskop hat eine klassische Bildröhre, während digitale Modelle über ein LC-Display verfügen
Welche Messungen können mit einem Oszilloskop durchgeführt werden?
Mit einem Oszilloskop können die Größe und der zeitliche Verlauf einer Gleich- oder Wechselspannung gemessen werden. Darüber hinaus lässt sich unter anderem die Frequenz eines Signals ermitteln. Weiterhin sind Pulsweiten-, Anstiegszeit und Phasenverschiebungsmessungen möglich.