Das Messen winziger Unterschiede in Hochspannungs-Schaltungen erfordert normalerweise spezielle differentielle Prüfsonden, die oft teuer sind. Zum Glück ist es möglich, eine eigene Hochspannungs-Sonde mit erschwinglichen Bauteilen zu bauen – und dabei wertvolle praktische Erfahrungen zu sammeln.

Eine intelligente, kostengünstige Lösung

Hohe Spannungen treten an vielen Stellen auf: Stromversorgungen, Röhrenschaltungen und zunehmend in Hybrid- und Elektrofahrzeugen, wo hohe Batterie-Spannungen und Ströme helfen, Verluste und Kabelquerschnitte zu minimieren. Während ein Standard-Multimeter eine gute Lösung zum Messen absoluter Hochspannungen ist, reicht es nicht aus, wenn kleine Schwankungen oder Unterschiede zwischen zwei Hochspannungs-Pegeln beobachtet werden sollen. Denken Sie an Situationen wie den Vergleich von Anodenspannungen in einem Gegentaktverstärker oder die Analyse von Schaltknoten in einer Vollbrücken-Transformator-Schaltung. Beides erfordert präzise Messungen relativer Unterschiede – nicht nur absolute Spannungswerte.
 
Hochspannungs-Sonden-Projekt
Die fertige Schaltung mit der Leiterplatte im Druckguss-Aluminiumgehäuse.
Alfred Hesener’s DIY-Hochspannungs-Sonden-Projekt von 2010 bietet einen zugänglichen Weg, diese Messungen vorzunehmen, ohne ein Vermögen für kommerzielle Geräte auszugeben. Gleichzeitig bauen Sie nicht nur ein nützliches Werkzeug für Ihr Labor, sondern vertiefen auch Ihr Verständnis für das Verhalten von Hochspannungs-Schaltungen, Sicherheitsaspekte und Messtechniken.

Hochspannungs-Schaltung der Sonde

Sehen Sie sich die vollständige Hochspannungs-Sonden-Schaltung an (ohne die beiden 10-MΩ-Eingangswiderstände). Hesener erklärte:

„Auf der linken Seite sind die beiden zusätzlichen Keramikkondensatoren parallel zu den Trimmern zu sehen, ebenso der zweite Teilerwiderstand. Die Dioden an den Eingängen (D11/12 und D21/22) dienen dem Überspannungsschutz; sie arbeiten viel schneller als Zenerdioden und ihre Kapazität ist deutlich geringer. Die hohen Eingangswiderstände (10 MΩ) begrenzen zuverlässig Überspannungen der Dioden sowie jegliche Leckströme aus der Stromversorgung. Für eine gute Frequenzantwort ist es entscheidend, parasitäre Kapazitäten an den Knotenpunkten im Layout zu minimieren.“
 
Hochspannungs-Sonden-Schaltung
Komplette Schaltung (ohne die beiden 10-MΩ-Eingangswiderstände). Klicken für PDF
Die fertige Hochspannungs-Sonden-Schaltung wurde auf einer Leiterplatte aufgebaut und in ein Druckguss-Aluminiumgehäuse eingebaut. Die Eingangsstufe (links) erhielt darunter eine Kupferfolie und wurde vom Haupt-Differenzverstärker auf der rechten Seite abgeschirmt, um kapazitive Kopplung zu minimieren. Die Kupferstreifen wurden mit Erdungsstiften an die Leiterplatte gelötet. Hesener achtete im Eingangsbereich auf ausreichende Isolierung und Abstand zwischen den Hochspannungsleitern. Die 10-MΩ-Eingangswiderstände und ihre Anschlussleitungen wurden mit Schrumpfschlauch abgesichert.

Das ursprüngliche Sonde-Projekt

Der ursprüngliche Artikel „Hochspannungs-Sonde“ erschien im Elektor im September 2010. Sie können den Artikel zwei Wochen nach Veröffentlichung dieses Beitrags kostenlos abrufen. Wenn Sie eine ähnliche Schaltung bauen, teilen Sie Ihr Projekt gerne auf der Elektor-Labs-Plattform!
Hinweis der Redaktion: Dieser Artikel erschien erstmals im Jahr 2010. Aufgrund des Alters des Projekts sind einige Bauteile oder Produkte möglicherweise nicht mehr verfügbar, und einige wichtige Designtechniken wirken inzwischen veraltet. Dennoch sind wir überzeugt, dass dieses Projekt Sie zu neuen Entwicklungen in der Zukunft inspirieren wird.