Elektronikwissen im Bereich "Messtechnik"

Elektronikwissen zu: Kurzschluss vermeiden beim Messen mit Oszilloskopen

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Widmet man beim Messen mit einem Oszilloskop dem Masseproblem nicht die nötige Aufmerksamkeit, kann es schnell zu einem Kurzschluss mit der Folge zerstörter Technik oder gar eines elektrischen Unfalls kommen.

Sind sowohl die zu messende Schaltung als auch das Oszilloskop selbst ohne gegenseitige galvanische Netztrennung an das Erdpotential des Stromnetzes angeschlossen, kann es zum Beispiel zu einem Kurzschluss kommen, falls der Masseanschluss des Tastkopfes versehentlich an einen anderen Schaltungsteil als die Schaltungsmasse der zu untersuchenden Schaltung kommt. Denn der Tastkopf ist über seinen Masseanschluss immer (außer eben bei einem WLAN-Oszilloskop) über das Oszilloskop selbst oder über die USB-Masse bei PC-Anschluss mit dem Erdpotential des Stromnetzes verbunden. Besonders bei der Anbindung und Stromversorgung von per USB versorgten Schaltungen wird dieses Problem oft vernachlässigt. Dies ist allerdings kein Problem, solange nur eines der beteiligten Geräte an das Stromnetz angeschlossen ist bzw. Messgerät und Messobjekt vollständig galvanisch entkoppelt sind, z. B. über Trenntransformatoren, vollständig galvanisch trennende Netzteile („schwebende Masse“, Floating Ground), USB-Isolatoren oder Differential-Tastköpfe.

Lösung Batteriebetrieb
Ist die zu untersuchende Schaltung vollständig vom Netz getrennt, also durch Akkus/Batterien betrieben, tritt die fatale Masseverbindung nicht auf, es kann ohne Probleme gemessen werden, also auch mit Masseanschluss an „schwimmende Potentiale“ usw.

Lösung Laptop oder USB-Isolator
Bei per USB versorgten bzw. angeschlossenen Schaltungen kann es über den angeschlossenen PC, sofern er ebenfalls netzbetrieben ist, ebenfalls zum Kurzschluss über die Masseleitung kommen, da auch die USB-Masse auf dem Erdpotential liegt. Eine Lösung ist ein nicht an ein Netzteil angeschlossener PC (akkubetriebener Laptop), der allerdings auch nicht per USB an irgend ein anderes netzbetriebenes Gerät angeschlossen werden darf. Eine andere Lösung ist ein USB-Isolator, der die USB-Schnittstelle vollständig, inklusive 5-V-Spannung, galvanisch trennt. Diese USB-Isolatoren finden z. B. auch in der Audiotechnik zur Vermeidung von Brummschleifen ihre Anwendung.

Lösung Floating Ground
Viele (Labor-)Netzteile haben neben den Ausgängen Plus und Minus noch eine dritte Buchse, GND. Über diese kann man das Netz-Erdpotential auf Minus legen (massebezogenes Potential). Dazu ist oft eine massive Brücke installiert, die man abnehmen kann. Ist die GND-Buchse dann nicht mit Minus verbunden, haben wir einen potentialfreien Netzteilausgang mit „schwebender Masse“ (Floating Ground). Also GND-Brücke abnehmen bzw. GND-Anschluss nicht verbinden!

Lösung Trenntransformator
Spezielle Trenntransformatoren mit Wicklungen in getrennten Kammern verfügen über eine sicher und vollständig isolierte, somit potentialfreie Sekundärseite. Über derartige Transformatoren kann kein Schluss zum Netz-Erdpotential entstehen.