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Die Erfindung betrifft einen Adapter für einen Tastkopf zur Messung eines differenziellen Signals.
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Die Messung eines differenziellen Signals mithilfe eines Oszilloskops ist in Entwicklungslabors und in Prüffeldern eine weit verbreitete Aufgabe. Zur Erfassung der beiden Teilsignale des differenziellen Signals wird ein Tastkopf mit zwei Messkontaktspitzen verwendet, die jeweils ein Teilsignal erfassen und an das Oszilloskop zur weiteren Signalverarbeitung und Darstellung auf einem Bildschirm weiterreichen.
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Da die Messkontaktstellen auf einer Leiterplatte, an denen die beiden Teilsignale des differenziellen Signals mit dem Tastkopf erfasst werden, einen gewissen Abstand aufweisen, der zwischen den einzelnen Messungen von unterschiedlichen differenziellen Signalen auf einer Leiterplatte differieren kann, ist ein Tastkopf erforderlich, bei dem der Abstand zwischen den beiden Messkontaktspitzen an den unterschiedlichen Abstand zwischen zwei Messkontaktstellen angepasst werden kann.
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Aus der
US 7 102 370 B2 ist ein derartiger Tastkopf bekannt, dessen Messkontaktspitzen in unterschiedlichen Abständen zueinander eingestellt werden können. Hierzu weist der Tastkopf in der in
6 dargestellten Ausführungsform zwei zueinander drehbare Rotationskörper auf, die jeweils mit einer zu ihrer Drehachse exzentrisch angeordneten Messkontaktspitze verbunden sind.
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Bei einer derartigen technischen Ausführung eines Tastkopfes kann es unter Umständen an den Kontaktstellen zwischen den beiden zueinander drehbaren Rotationskörpern zu einem Schlupf kommen. Dieser Schlupf bedingt bei einem vom Anwender des Tastkopfes gewünschten Verstellen des Abstands zwischen den beiden Messkontaktspitzen nachteilig zu einem nicht gleichzeitigen Drehen der Rotationskörper um ihre eigene Drehachse und damit zu keiner symmetrischen Positionsveränderung der beiden Messkontaktelemente. Außerdem ist bei einem derartigen Tastkopf aufgrund des Schlupfes nicht zwingend ein Verharren der beiden Messkontaktelemente in dem vom Benutzer eingestellten Abstand garantiert. Weiterer Stand der Technik ist aus den Druckschriften
US 2003/ 0 193 341 A1 und
DE 20 2010 009 370 U1 bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Tastkopf zur Messung eines differenziellen Signals zu schaffen, bei dem einerseits ein gleichzeitiges symmetrisches vom Benutzer gewünschtes Positionsverstellen der beiden Messkontaktelemente und andererseits ein Verharren der beiden Messkontaktelemente in dem vom Benutzer eingestellten Abstand garantiert ist.
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Die Aufgabe wird durch einen Adapter für einen ein differenzielles Signal messenden Tastkopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte technische Erweiterungen sind in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.
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Der Adapter besteht, aus zwei elektrisch leitenden Messkontaktelementen, die exzentrisch zu jeweils einer Drehachse angeordnet sind und jeweils ein Teilsignal des differenziellen Signals erfassen, und aus zwei um jeweils eine der beiden Drehachsen drehbaren Einstellteilen zum Einstellen eines variablen Abstands zwischen den beiden Messkontaktelementen, die erfindungsgemäß miteinander in einer kraftschlüssigen Verbindung stehen.
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Durch die Exzentrizität jedes Messkontaktelements zu einer Drehachse und durch die Drehbarkeit jedes Einstellteils zu jeweils einer der beiden Drehachsen ist es prinzipiell möglich, stufenlos jeden beliebigen Abstand zwischen den beiden Messkontaktelementen innerhalb eines bestimmten Verstellbereichs, der durch die doppelte Länge der Exzentrizität gegeben ist, einzustellen. Die Einstellung des variablen Abstands zwischen den beiden Messkontaktelement erfolgt durch die Einstellteile, die bevorzugt elektrisch isolierend und deshalb während der Messung des differenziellen Signals über die Finger der dem Tastkopf benutzenden Person berührbar und somit einstellbar ausgeführt sind.
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Die beiden Einstellteile sind erfindungsgemäß kraftschlüssig miteinander verbunden. Dadurch werden die beiden Einstellteile bevorzugt gleichzeitig gedreht und somit vorteilhaft immer beide Messkontaktelemente in ihrer Position symmetrisch verändert. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Einstellteilen ermöglicht als weiteren technischen Vorteil eine Selbsthemmung des Adapters, durch die die beiden Messkontaktelemente nach der Einstellung durch den Benutzer im vom Benutzer eingestellten Abstand zueinander verharren.
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Die kraftschlüssigen Verbindung zwischen den beiden Einstellteilen erfolgt in einer bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung durch die auf einem wesentlichen rotationssymmetrischen Körper der beiden Einstellteile aufgebrachten Außenverzahnungen, die sich zueinander in kämmendem Eingriff befinden. In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird die kraftschlüssige Verbindung durch die Reibungskräfte realisiert, die zwischen den beiden auf dem im wesentlichen rotationssymmetrischen Körper der beiden Einstellteile ausgebildeten Laufflächen, die beschichtet sein können oder mit elastischen Bändern, insbesondere Gummibändern versehen sein können, wirken.
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In jedem Einstellteil ist, bevorzugt jeweils ein elektrisch leitender, um die Drehachse des Einstellteils drehbarer und mit einem Anschluss eines Tastkopf-Grundkörpers drehbar verbundener Schaft, ein Messkontaktelement und ein elektrisch leitendes Verbindungsteil zur exzentrischen Verbindung zwischen jeweils einem Schaft und einem Messkontaktelement integriert.
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Auf diese Weise sind einerseits eine elektrische Verbindung zwischen einem Messkontaktelement und einem Anschluss des Tastkopf-Grundkörpers und andererseits eine drehbare Verstellung des Messkontaktelements um eine durch den Anschluss des Tastkopf-Grundkörpers verlaufende Drehachse verwirklicht.
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Die Realisierung der Exzentrizität über ein Verbindungsteil ermöglicht die Verwendung eines Standardbauteil, das in Kombination mit einem als Einzelbauteil jeweils herstellbaren Schaft und Messkontaktelement als Mehrteile-Lösung kostengünstiger als ein als Einzelteil-Lösung realisierter Schaft mit exzentrischen Messkontaktelement zu fertigen ist.
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Zusätzlich sind die beiden Verbindungsteile und damit die beiden Einstellteile bevorzugt so zueinander orientiert, dass die Messkontaktelemente für jeden eingestellten Abstand jeweils symmetrisch zu einer Ebene angeordnet sind, die in der Mitte der beiden Schafte in einem rechten Winkel zu einer Verbindungsgeraden zwischen den beiden Schaften angeordnet ist.
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Die beiden Messkontaktelemente können je nach Anwendungsfall bevorzugt entweder als Messkontaktspitze oder als Messkontaktbuchse ausgeführt sein.
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Um Unebenheiten zwischen den beiden Messkontaktstellen, an denen die beiden Teilsignale des differenziellen Signals erfasst werden, auszugleichen, sind die Messkontaktelemente in axialer Richtung vorzugsweise gefedert gelagert.
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Die drehbare Verbindung zwischen jeweils einem Schaft und einem zugehörigen Anschluss des Tastkopf-Grundkörpers erfolgt bevorzugt durch eine Ausnehmung, die an dem dem Tastkopf-Grundkörper zugewandten Ende des Schaftes angebracht ist und in die ein in einem Anschluss des Tastkopf-Grundkörpers integrierter, elektrisch leitender Stift eingeführt ist. Das dem Tastkopf-Grundkörper zugewandte Ende des Schaftes ist konisch ausgeführt und weist vorzugsweise mindestens einen sich in Richtung des Endes des Schaftes verjüngenden Schlitz auf. Der in einem Anschluss des Tastkopf-Grundkörpers integrierte Stift weist bevorzugt ein spitzes Ende auf. Auf diese Weise kann der Tastkopf mit seinen beiden Schaften vergleichsweise einfach mit den beiden in den Anschlüssen des Tastkopf-Grundkörpers integrierten Stiften in Verbindung gebracht und wieder gelöst werden. Andererseits gewährleistet diese Verbindung einen vergleichsweise festen Sitz während der Durchführung der einzelnen Messungen.
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Die Einstellung des variablen Abstands zwischen den beiden Messkontaktelementen durch den Benutzer erfolgt vorzugsweise ergonomisch durch eine nasenförmige, radial nach außen ausgerichtete Erweiterung an jedem Einstellteil.
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Die elektrisch isolierende Ausführung der beiden Einstellteile kann jeweils kostengünstig durch ein in Spritzgußtechnologie hergestelltes Kunststoffteil realisiert sein. Zur Unterscheidung zwischen den jeweils ein Teilsignal des differenziellen Signals messenden Messkontaktelementen im Hinblick auf ein korrektes Verbinden mit einem eine bestimmte Polarität aufweisenden Anschluss des Tastkörper-Grundkörpers sind die zugehörigen Einstellteile bevorzugt jeweils in einer unterschiedlichen Farbe ausgeführt.
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Die beispielhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Adapters für einen ein differenzielles Signal messenden Tastkopf werden im Folgenden im Detail anhand der Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Adapters mit Messkontaktspitzen,
- 2 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsformeines erfindungsgemäßen Adapters mit Messkontaktbuchsen,
- 3 eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Adapters mit Messkontaktspitzen,
- 4 eine perspektivische Darstellung exzentrisch zu einem Schaft angeordneten Messkontaktspitze eines erfindungsgemäßen Adapters entsprechend der ersten Ausführungsform,
- 5 eine perspektivische Darstellung einer drehbaren Verbindung zwischen einem zu einem erfindungsgemäßen Adapter gehörigen Schaft und einem zu einem Anschluss eines Tastkopf-Grundkörpers gehörigen Stift,
- 6A eine perspektivische Gesamtdarstellung eines von einen Tastkopf-Grundkörper gelösten Adapters,
- 6B eine perspektivische Gesamtdarstellung eines auf einen Tastkopf-Grundkörper aufgesteckten Adapters und
- 7 eine Darstellung der Symmetrie zwischen den beiden Messkontaktelemente des erfindungsgemäßen Adapters in Draufsicht.
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Im Folgenden werden die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Adapters anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, übereinstimmende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Der erfindungsgemäße Adapter 15, 15' besteht in der in 1 bzw. 2 jeweils gezeigten ersten bzw. zweiten Ausführungsform der Erfindung 15 aus den beiden Einstellteilen 1 und in der in 3 gezeigten dritten Ausführungsform der Erfindung 15' aus den beiden Einstellteilen 1', die jeweils aus einem Kunststoff in Spritzgusstechnologie hergestellt sind. Zur Unterscheidung, in welchen Anschluss 8 des in 6A gezeigten Tastkopf-Grundkörpers 9 mit welcher Polarität das jeweilige Einstellteil 1 bzw. 1' mit dem über sein zugehöriges Messkontaktelement 5 erfassten Teilsignal des differenziellen Signal gesteckt wird, weisen die beiden in einem erfindungsgemäßen Adapter 15, 15' enthaltenen Einstellteile 1 bzw. 1' jeweils eine unterschiedliche Farbe auf.
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In einer ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß der 1 stehen die beiden Einstellteile 1 über jeweils eine Außenverzahnung 3, die zumindest in einem bestimmten Teilwinkelsegment der zylindrischen Oberfläche des im wesentlichen rotationssymmetrischen Körpers der beiden Einstellteile 1 angebracht ist und die miteinander in kämmendem Eingriff sind, in einer kraftschlüssigen Verbindung zueinander. Gleiches gilt für die zweite Ausführungsform der 2. Während in 1 als Messkontaktelemente 5 federnde Messspitzen vorhanden sind, sind dies in 2 Messbuchsen.
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In einer dritten Ausführungsform der Erfindung gemäß der 3 stehen die beiden Einstellteile 1' über die Reibungskräfte in einer kraftschlüssigen Verbindung zueinander, die z.B. zwischen den beiden Gummibändern 4 wirken, die jeweils auf der zylindrischen Lauffläche des im wesentlichen rotationssymmetrischen Körpers der beiden Einstellteile 1' aufgespannt sind. Anstatt von Gummibändern könnte auch eine Beschichtung aus Gummi oder einem anderen Material mit hoher Reibung auf die Laufflächen aufgebracht sein.
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In jedem Einstellteil 1 bzw. 1' ist jeweils gemäß 4 ein Messkontaktelement 5, ein Schaft 6 und ein Verbindungsteil 7, das das Messkontaktelement 5 exzentrisch zum drehbar gelagerten Schaft 6 verbindet, integriert. Während das Verbindungsteil 7 bevorzugt vollständig im jeweiligen Einstellteil 1 bzw. 1' verborgen ist, ist das Messkontaktelement 5 an einer Stirnfläche des im wesentlichen rotationssymmetrischen Körpers des jeweiligen Einstellteils 1 bzw. 1' herausgeführt, um mit dem aus dem jeweiligen Einstellteil 1 bzw. 1' deutlich herausragenden Ende des Messkontaktelements 5 ein Teilsignal des differenziellen Signals an einer Messkontaktstelle beispielsweise auf einer Leiterplatte zu erfassen. Der Schaft 6 des jeweiligen Einstellteils 1 bzw. 1' ist ebenfalls an der jeweils anderen Stirnseite des jeweiligen Einstellteils 1 bzw. 1' aus dem jeweiligen Einstellteil 1 bzw. 1' herausgeführt, um eine elektrische und mechanische Verbindung zu einem Anschluss 8 des Tastkopf-Grundkörpers 9 herzustellen.
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Die beiden Einstellteile 1 bzw. 1' des erfindungsgemäßen Adapters sind für jeden eingestellten Abstand zwischen dem beiden Messkontaktelementen 5 jeweils so zueinander orientiert, dass die beiden Messkontaktelemente 5, wie aus 7 hervorgeht, symmetrisch zu einer Ebene 14 angeordnet sind, die in der Mitte zwischen den beiden Schaften 8 und im rechten Winkel zur Verbindungsgerade zwischen den beiden Schaften 8 angeordnet ist. Um diese symmetrische Orientierung der beiden Messkontaktelemente 5 zu realisieren, sind die in den beiden Einstellteilen 1 bzw. 1' jeweils integrierten Verbindungsteile 7 ebenfalls symmetrisch zu dieser Ebene angeordnet.
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Zur Einstellung der Orientierung der beiden Einstellteile 1 bzw. 1' zueinander und damit zur Einstellung des Abstandes zwischen den beiden Messkontaktelementen 5, die jeweils aus einem der beiden Einstellteile 1 bzw. 1' heraustragen, weist jedes Einstellteil 1 bzw. 1' jeweils eine nasenförmige, radial nach außen gerichtete Erweiterung 10 auf der zylindrischen Oberfläche auf. Es ist aber auch möglich, dass die Erweiterung 10 nur an einem der beiden Einstellteile 1 bzw. 1' vorhanden ist.
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Die Messkontaktelemente 5 können, wie es in den 1, 3, 4, 6A und 6B dargestellt ist, als Messkontaktspitzen ausgeführt sein, um Messkontaktstellen auf einer Leiterplatte zu kontaktieren, die durch eine sehr kleine geometrische Ausmessung gekennzeichnet sind (beispielsweise sehr schmale Leiterbahnen) oder die von weit aus der Leiterplatte herausragenden Bauelementen umgeben sind. Die Messkontaktelemente 5 können aber alternativ, wie in 2 dargestellt ist, als Messkontaktbuchsen ausgeführt sein, um Messkontaktstellen an Pfosten, Stiften, oder bedrahteten Bauelementen zu kontaktieren oder um einen Steckkontakt mit zwei Kontaktstiften, die in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, zu kontaktieren.
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Die Messkontaktelemente 5 sind typischerweise gefedert gelagert, wie in den 1, 3, 4, 6A und 6B durch die gestufte und zweiteilige Ausführung der Messkontaktelemente 5 angedeutet ist. Auf diese Weise können Unebenheiten zwischen den beiden Messkontaktstellen, die mit den beiden Messkontaktelemente 5 eines Tastkopfs 9 erfasst werden, überbrückt werden.
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Die drehbare Verbindung zwischen jeweils einem Schaft 6 des erfindungsgemäßen Adapters und einem zu einem Anschluss 8 gehörigen Stift 11 des Tastkopf-Grundkörpers 9 besteht gemäß 5 aus einer Ausnehmung 12, die an einem dem Tastkopf-Grundkörper 9 zugewandten Ende des jeweiligen Schaftes 6 angebracht ist, und dem in dieser Ausnehmung 12 eingeführten und drehbar gelagerten Stift 11 eines Anschlusses 8 des Tastkopf-Grundkörpers 9. Der Schaft 6 weist im Bereich der Ausnehmung 12 mindestens einen Schlitz 13, bevorzugt zwei Schlitze 13, auf. Jeder dieser Schlitze 13 verjüngt sich in Richtung des dem Tastkopf-Grundkörper 13 zugewandten Endes des Schaftes 6.
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Ist in die Ausnehmung 12 kein Stift 11 eingeführt, so schließt sich der Schlitz 13 an dem dem Tastkopf-Grundkörper 13 zugewandten Ende des Schaftes 6, während bei einem in die Ausnehmung 12 eingeführten Stift 11 der Schlitz 13 sich an dem dem Tastkopf-Grundkörper 13 zugewandten Ende des Schaftes 6 öffnet. Damit wird von den Seitenwänden der Ausnehmung 12 des Schaftes 6 auf den eingeführten Stift 11 eine Presskraft ausgeübt, die einen sicheren Sitz des Stiftes 11 in der Ausnehmung 12 des Schaftes 6 garantiert. Der Stift 11 weist ein spitzes Ende auf, wodurch ein leichtes Zusammenführen der beiden Schafte 6 des erfindungsgemäßen Adapters mit den beiden Anschlüssen 8 des Tastkopf-Grundkörpers 9 möglich ist. Die Presskraft, die von den Seitenwänden der Ausnehmung 12 des Schaftes 6 auf den in die Ausnehmung 12 eingeführten Stift ausgeübt wird, ist so dimensioniert, dass neben einem sicheren Sitz des Stiftes 11 in der Ausnehmung 12 auch wieder ein leichtes Lösen des Stiftes 11 aus der Ausnehmung 12 des Schaftes 6 möglich ist.
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Der zu einem Anschluss 8 gehörige Stift 11 ist, wie aus 6A hervorgeht, konzentrisch im Mittelpunkt eines im Wesentlichen hülsenförmigen Anschlusses 8 angeordnet. Um den Stift 11 eines Anschlusses 8 des Tastkopf-Grundkörpers 9 in die Ausnehmung 12 eines in einem Einstellteil 1 bzw. 2 integrierten Schaftes 6 des erfindungsgemäßen Adapters einzuführen, sind im Bereich des Schaftes 6 eine dem hülsenförmigen Anschluss 8 entsprechende hülsenförmige Ausnehmung im jeweiligen Einstellteil 1 bzw. 1' vorzusehen.
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Um den Verschleiß der drehbaren Lagerung des zum Anschluss 8 des Tastkopf-Grundkörpers 9 gehörigen Stifts 11 in der Ausnehmung 12 des in einem Einstellteil 1 bzw. 1' des erfindungsgemäßen Adapters 15, 15' integrierten Schaftes 6 zu minimieren, werden der hart vergoldete Stift 11 und der weich vergoldete Schaft 6 bevorzugt zusätzlich mit Kupfer-Berylium gehärtet. Aufgrund der weicheren Vergoldung findet der hauptsächliche Verschleiß nicht an dem Stift 11 sondern an dem Schaft 6 statt.
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Der erfindungsgemäße Adapter ist so ausgelegt, dass die beiden Teilsignale des zu messenden differenziellen Signals durch den erfindungsgemäßen Adapter kleinstmöglich beeinflusst werden. Um eine Dämpfung der beiden Teilsignale im erfindungsgemäßen Adapter möglichst zu minimieren, werden die Signalpfade der beiden Teilsignale innerhalb des erfindungsgemäßen Adapters 15, 15' weitestmöglich reduziert, indem die geometrischen Längen des im jeweiligen Einstellteil 1 bzw. 1' befindlichen Abschnitts des Messkontaktelements 5, des Verbindungsteils 7 und des Schaftes 6 möglichst kurz ausgelegt sind.
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Um ein Aufladen des erfindungsgemäßen Adapters durch Ladungen der zu erfassenden Teilsignale möglichst zu minimieren, sind die Eingangskapazitäten durch Minimierung der Querschnitte der Messkontaktelemente 5, der Verbindungsteile 7 und der Schafte 6 des erfindungsgemäßen Adapters 15, 15' minimal gehalten.
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In der vorgestellten Ausführung des erfindungsgemäßen Adapters 15, 15' wird eine Bandbreite bevorzugt größer als 5 GHz realisiert. Eine möglichst hohe Bandbreite im Übertragungsverhalten des erfindungsgemäßen Adapters 15, 15' wird durch eine möglichst einfache geometrische Ausgestaltung der in den beiden Einstellteilen 1 bzw. 1' integrierten Messkontaktelemente 5, Verbindungsteile 7, Schafte 6 und der drehbaren Lagerung der zum Tastkopf-Grundkörper 9 gehörigen Stifte 11 in den Ausnehmungen 12 der Schafte 6 verwirklicht.
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Eine bessere Gleichtaktunterdrückung zwischen den beiden Teilsignale des zu messenden differenziellen Signals wird durch ein symmetrisches Verstellen der beiden Messkontaktelemente 5 zu einer Ebene 14 bewirkt, die in der Mitte und im rechten Winkel zu einer Abstandsgerade zwischen den beiden drehbar gelagerten Schaften 8 - und damit symmetrisch zu den beiden Stifte 11 der beiden Anschlüsse 8 des Tastkopf-Grundkörpers 9 - angeordnet ist.
