Über die USB-Buchse

Im Elektor-Heft Juli/August 2016 hat der Elektor-Autor Alfred Rosenkränzer einen wunderbar einfachen Differenztastkopf für Oszilloskope auf Basis des Präzisions-Differenzverstärkers AD8479 vorgestellt, den ich sofort nachgebaut habe. Er ist super für Messungen zum Beispiel im Audiobereich geeignet. Ein kleines Detail wurde aber in diesem Artikel nicht behandelt: die Stromversorgung des Tastkopfes (oder auch von mehreren). Alle modernen Oszilloskope verfügen an der Vorderseite über einen USB-Anschluss zur Datenausgabe. Da die Stromaufnahme eines Tastkopfs sehr niedrig ist, liegt es doch nahe, diese Buchse zur Versorgung des Tastkopfes zu nutzen. Bild 1 zeigt die gewählte Schaltung.
 
Bild 1. Schaltung der Tastkopfstromversorgung – ausgelegt für zwei Tastköpfe.

Zum Anschluss der Tastkopf-Stromversorgung an die USB-Buchse des Oszilloskops wird ein gewöhnliches USB-Kabel verwendet; selbst ein so genanntes Ladekabel reicht. C1 und C2 sieben die USB-Gleichspannung, LED1 fungiert als Einschaltkontrolle. Herzstück ist der isolierte DC-DC-Wandler IH0512S der Firma XP Power. Er erzeugt aus +5 V symmetrische ±12 V bei einem maximalen Ausgangsstrom von ±84 mA, und das galvanisch getrennt! Die Isolationsspannung beträgt 1.000 V, so dass es keine Masseprobleme bei den Messungen geben sollte. Die Ausgangsspannung wird über diverse Kondensatoren und Ferrite gefiltert, wobei diese bei der maximalen Messfrequenz des AD8479 von 130 kHz auch entfallen beziehungsweise durch 0-Ω-Widerstände oder Drahtbrücken ersetzt werden können.
Zum Anschluss der Rosenkränzerschen Tastköpfe habe ich Stereo-Klinkenbuchsen benutzt. Diese sind zwar angenehm klein, haben aber den Nachteil, dass beim Einstecken der Klinkenstecker die Kontakte kurzzeitig miteinander kurzgeschlossen werden. Um dadurch möglicherweise entstehende Schäden zu verhindern, befinden sich in jedem Ausgangskreis 100-Ω-Widerstände. Da die Gesamtstromaufnahme eines Tastkopfes im Bereich weniger Milliampere liegt (der AD8479 ist im Datenblatt mit circa 850 µA angegeben; allein die Betriebsspannungsanzeige-LEDs D5 und D6 ziehen mehr Strom), stellt der Spannungsabfall über diese Widerstände kein Problem dar.
Die Schaltung wurde auf einer doppelseitigen Platine überwiegend mit SMDs aufgebaut, wobei die Unterseite nur Massefläche ist. Als kleinste SMD-Bauform wurde 1206 gewählt, was noch sehr gut manuell lötbar ist. Bild 2 zeigt das in Autodesk Eagle erstellte Layout, das unten heruntergeladen werden kann.

 
Bild 2. Layout und Bestückung der Platine.

Die Platine wurde in ein kleines, transparentes Kunststoffgehäuse von Hammond Manufacturing (Typ 1551RTBU) eingebaut. 
Noch ein Hinweis: Bei meinem Aufbau habe ich für IC2 und IC3 der Tastköpfe Spannungsstabilisatoren vom Typ 78L09 und 79L09 (also ±9 V) bestückt, um den Messbereich auf ±8,7 V zu erhöhen.
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