Oszilloskop

Ein Oszilloskop ist ein Messgerät zur Messung zeitlich veränderlicher Spannungsverläufe. Es ist vor allem geeignet zur Messung periodischer Signale.

Funktionsprinzip eines Oszilloskops

Ein Oszilloskop misst ein Spannungssignal. Es stellt dessen zeitlichen Verlauf auf einem Bildschirm dar. Die horizontale Achse ist die Zeitachse. Die vertikale Achse ist die Spannungsachse. Die Bildschirmansicht ist immer in ein Raster unterteilt.

Ansicht eines Sinussignal
Ansicht eines 50 Hz Sinussignal auf einem Digitaloszilloskop

Für beide Achsen wird eine Skalierung eingestellt. Diese gibt vor, wieviel Zeit bzw. welche Spannung ein Rasterelement entspricht. In obigem Bild sind dies 5ms und 5 V.

Bauarten des Oszilloskop

Es gibt verschiedene Bauarten von Oszilloskopen. Die älteste ist das Röhrenoszilloskop. Heutzutage kommt allerdings größtenteils nur noch das Digitaloszilloskop zum Einsatz. Eine Sondervariante für spezielle Anwendungsfälle stellt das USB-Oszilloskop dar. Allen gemein sind ein oder mehrere Tastköpfe zur Kontaktierung an der zu messenden Schaltung sowie ähnliche Anzeige und Bedienelemente.

Röhrenoszilloskop

Ein Röhrenoszilloskop arbeitet nach dem Prinzip der braun’schen Röhre, ähnlich wie bei einem alten Röhrenfernseher. Dabei wird ein Elektronenstrahl auf einen Leuchtschirm projiziert. Der Strahl kann in horizontaler und in vertikaler Richtung durch ein elektrisches Feld zwischen Ablenkplatten abgelenkt werden.  Die Ablenkung in vertikaler Richtung wird durch die am Tastkopf anliegende Spannung beeinflusst. Die Ablenkung in horizontaler Richtung wird durch eine Sägezahnspannung mit fester Frequenz hervorgerufen. Dadurch wandert der Elektronenstrahl immer mit konstanter Geschwindigkeit von links nach rechts über den Bildschirm und macht dann einen Sprung auf die linke Bildschirmseite. Bei passender Einstellung des Oszilloskops lässt sich mit den beiden Komponenten ein stehendes Bild eines periodischen Spannungssignals erzeugen.

Röhrenoszilloskop
Röhrenoszilloskop

Digitaloszilloskop

Bei einem Digitaloszilloskop wird das gemessene Spannungssignal durch einen Wandler digitalisiert. Die Messdatenaufbereitung erfolgt durch einen Mikroprozessor. Zur Anzeige dient ein elektronisches Display.

USB-Oszilloskop

Ein USB-Oszilloskop stellt eine kompakte Variante eines Digitaloszilloskops dar. Die Erfassung der Messdaten erfolgt nach identischem Prinzip. Allerdings ist zur Anzeige der Signale und zur Bedienung des Gerätes ein PC nötig. Durch den Wegfall der Bedien- und Anzeigeelemente sind USB-Oszilloskope sehr kompakt. Sie sind oft auch günstige Einsteigergeräte für den Hobbygebrauch. Allerdings müssen Einschränkungen bei der Bandbreite, Spannungsbereich und anderen Leistungsmerkmalen in Kauf genommen werden.

Einstellmöglichkeiten am Oszilloskop

Nachfolgend sind die typischen Einstellmöglichkeiten am Oszilloskop aufgelistet. Sie finden sich in ähnlicher Bennenung an allen oben beschriebenen Gerätetypen.

Time / Div.

Diese Einstellung ist üblicherweise als Drehrad ausgeführt. Sie dient zur Einstellung für die Skalierung der horizontalen Achse. Zusätzlich gibt es noch einen Drehknopf zur Verschiebung des Signalbildes in der Horizontalen.

Volts / Div.

Diese Einstellung ist ebenfalls als Drehrad ausgeführt. Sie dient zur Skalierung der vertikalen Achse eingestellt. Zusätzlich gibt es noch einen Drehknopf zur Verschiebung des Signalbildes in der Vertikalen.

Kanalkopplung

Über diese Einstellung wählt man, ob das Signal als Wechsespannungssignal (AC) oder Gleichspannungssignal (DC) eingekoppelt wird. Bei der Einkopplung als Wechselspannungssignal ist ein Kondensator als Hochpass in den Signalweg geschaltet. Dieser filtert den Gleichanteil des Signals heraus. Gleichzeitig sind aber auch niedrige Frequenzen in der Einstellung AC schlecht darstellbar.

Trigger

Der Trigger legt fest, wann das Oszilloskop mit der Datenerfassung beginnt.  Die Funktion Trigger-Level bestimmt, ab welchem Spannungspegel die Signalaufzeichnung startet.  Der Trigger-Level muss innerhalb der minimalen und maximalen Werte des Spannungssignals liegen. Ansonsten wird auf dem Oszilloskop bei periodischen Signalen kein stehendes Bild angezeigt. Ober die Flankenwahl (Slope) wird festgelegt, ob eine steigende oder fallende Signalflanke zum Auslösen des Triggers nötig ist. Zudem ist es möglich, das Verhalten des Triggers bei nicht vorhandenem Triggersignal zu steuern. Entweder die Anzeige wartet auf ein korrektes Triggersignal, oder es erfolgt ein automatisches bzw. erzwungenes Triggern. Viele Oszilloskope verfügen über einen Anschluss für ein externes Triggersignal.

X-Y-Modus

Der X-Y-Modus ist eine besondere Einstellmöglichkeit für die Achsenzuordnung bei Oszilloskopen mit zwei Signaleingängen. Hierbei wird ein Signal auf der X-Achse abgebildet und ein Signal auf der Y-Achse. Das Zeitsignal entfällt. So ist die Beziehung zwischen zwei Signalen darstellbar. Dies kann die zeitliche Beziehung in Frequenz oder Phase sein. Möglich ist auch die Wandlung von zwei verschiedenen Größen in Spannungssignale um sie zu vergleichen.

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