Oszilloskop

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Oszilloskop
Das Oszilloskop wird allgemein als KO bezeichnet (Kathodenstrahl-Oszilloskop). Es ist ein Messgerät, das
Spannungsverläufe in Echtzeit auf den Bildschirm bringt. Ein Hauptbestandteil ist die Kathodenstrahlröhre,
in der die Kathode einen Elektronenstrahl aussendet, der sich in X- und Y-Richtung ablenken lässt und
dann auf die Bildebene prallt, wo der Strahl einen Punkt zeichnet.
Aufbau und Funktionsweise
Ein KO setzt sich aus mehreren Funktionsblöcken
zusammen. Die wichtigsten sind in dem
nebenstehenden Bild dargestellt.
Bildröhre
In der Bildröhre wird der von der Kathode emittierte
Elektronenstrahl beschleunigt und durch zwei
rechtwinklig zueinander stehende Elektrodenpaare
(Ablenkplatten) horizontal (X) und vertikal (Y) abgelenkt.
Der mit Phosphor beschichtete Bildschirm
leuchtet beim Aufprall der Elektronen auf.
Bildschirmteil
Die Bildschirm Einstellungen umfassen Regler für die Helligkeit (INTENSITY),
die Schärfe (FOCUS) und – falls verfügbar – die Skalenbeleuchtung
(SCALE ILLUM). BEAM FIND (Beam finder) rückt den Strahl ins Bild, wenn
er durch Falscheinstellungen verschwunden ist. So lässt er sich lokalisieren und
richtig positionieren.
Achtung: Die Helligkeit nie unnötig gross einstellen. Die Lebensdauer der Röhre
leidet darunter, auf dem Phosphor kann sogar das Bild einbrennen.
Aufgaben
Die Elektronenstrahlröhre umfasst verschiedene Teile, welche den Elektronenstrahl bilden,
beschleunigen und ablenken. Sie sollten diese Einheiten kennen und deuten können.
1. Studieren Sie im Lehrmittel das Thema «Elektronenstrahlröhre».
2. Zwei Einstellknöpfe beeinflussen direkt das Verhalten des Elektronenstrahls. Wie heissen diese und
was bezweckt die Einstellung?
3. Wozu dienen die X- und Y-Ablenksysteme?
H. Gächter
Bildschirm
Bildschirm
Einstellungen
Vertikalverstärker
Zeitbasis
Intensity
Focus
Ein/Aus
Triggerung

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Vertikalverstärker
Er besorgt die vertikale Ablenkung. Er weist in der Regel zwei identische Kanäle (Chanels) auf
(CH 1 und CH 2).
Einstellmöglichkeiten
1. POSITION: Einstellung der vertikalen Lage des Signals
(z.B. auf Nulllinie ausrichten).
2. MODE: Aktivierung der Kanäle und Umschaltmodus
(CHOP = chopped oder ALT = alternierend). Zusätzlich
lassen sich die Kanäle 1 und 2 addieren. CH 2 INVERT:
invertiert das Signal im Kanal 2 (wenn z.B. der Bezugssinn
des zweien Signals verkehrt ist).
3. VOLTS/DIV: Empfindlichkeit in Stufen. Das Signal wird
soweit angepasst, bis eine sinnvolle Anzeigehöhe erreicht
wird. (DIV = Division, ein Rasterteil auf dem Schirm;
10V/DIV bedeutet, dass eine Häuschenhöhe 10V beträgt).
CAL erlaubt eine stufenlose Einstellung (Achtung: immer
in rechten Anschlag drehen, kalibriert, sonst stimmt
die Ablesung V/DIV nicht!).
4. AC GND DC: Kopplung. In den meisten Fällen wird
DC gewählt (wahren Spannungverlauf anzeigen). Mit AC
wird nur gearbeitet, wenn ein kleines AC-Signal, das einem
DC-Signal überlagert ist, hervorgehoben werden soll.
GND: Signal abschalten, so dass z.B. die Nulllinie positioniert
werden kann.
Aufgaben
1. Studieren Sie im Lehrmittel das Thema «Messen mit dem
Oszilloskop».
2. Ein KO-Bild. UI 5V/DIV, UII 0.1V/DIV
Werten Sie die Anzeige aus (upp und zugehörige Effektivwerte)
a) CH1: uIpp = ? UI = ?
b) CH2: uIIpp = ? UII = ?
H. Gächter
Signaleingang
(BNC-Buchse)

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Prinzip der X-Ablenkung
Sie erfolgt normalerweise periodisch durch eine linear mit der Zeit ansteigende Rampe (Sägezahn). Die
Rampe wird in der Zeitbasis erzeugt. Die Zeitdauer (Steilheit) der Rampe kann eingestellt werden (z.B von
0.5s/Div bis 50ns/Div). Sobald der Strahl den rechten Rand des Bildschirms erreicht hat, wird er rasch und
abgedunkelt wieder an den Anfang (linken Rand) zurückgeführt. Danach kann die nächste Ablenkperiode
beginnen.
Am Y-Eingang liege zum Beispiel ein dreieckförmiges
Signal an, das aufgezeichnet werden soll.
Damit ein stehendes Bild entsteht, muss die
Zeitbasis auf das (periodische) Vertikalsignal
synchronisiert werden (Triggerung = Strahlauslösung).
Dazu wird das Triggerniveau eingestellt
(Trigger-Level).
Jedesmal wenn uY(t) das Triggerniveau aufsteigend
durchkreuzt, wird ein Triggerimpuls
ausgelöst.
Durch den Triggerimpuls startet die Zeitbasis
eine Rampe (Sägezahn). Der Elektronenstrahl
wird linear mit der Zeit horizontal von links
nach rechts über den Bildschirm abgelenkt.
Die Steilheit der Rampe lässt sich an der Zeitbasis
einstellen. Der Horizontalverstärker
überträgt die Sägezahnspannung an die X-
Ablenkplatten.
Aufgabe
Studieren Sie das Prinzipschaltbild
des KOs und beschriften Sie die
Funktionseinheiten:
• Vertikalverstärker
• Horizontalverstärker
• Zeitbasis (Sägezahn)
• Trigger
Studieren Sie dazu auch das Lehrmittel
unter «Triggerung, Zeitablenkung».
H. Gächter
Signal
Sobald der Strahl den rechten Bildschirmrand erreicht,
wird die Rampe abgebrochen und der Strahl (abgedunkelt)
wieder an den linken Rand zurückgeführt (Rücklauf).
Danach wird mit dem nächsten Triggerimpuls die
Rampe wieder neu gestartet.

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Horizontalteil
Der Horizontalteil umfasst die Zeitbasis und den Trigger.
Zeitbasis
1. POSITION: Horizontalverschiebung der Anzeige. COARSE grob, FINE zur
Feinjustierung.
2. MODE: Horizontalmodus. X1 ist Normalstellung. Die Zeitachse stimmt mit der
Einstellung SEC/DIV überein. MAG (Magnify) dehnt die Anzeige, sie ist nicht
mehr massstäblich.
3. SEC/DIV: Am grossen Drehknopf wird der Masstab der Zeitachse (X) eingestellt.
Beispiel: 5ms/DIV bedeutet, ein Rasterteil (Häuschen) hat die horizontale
Ausdehnung von 5ms. Knopf CAL erlaubt eine stufenlose Einstellung. Dabei
ist die Anzeige aber nicht mehr kalibriert und stimmt nicht mehr mit dem Wert
SEC/DIV überein.
4. MAG: Dehnt die Zeitachse x5, x10, x50. Der Stift PROBE ADJUST liefert ein
Normsignal um die Anzeige bezüglich Y- und X-Wert zu testen.
Trigger
Vielfältige Triggermöglichkeiten sind das Merkmal jedes guten KOs.
1. SLOPE: wählt ein aufsteigendes oder abfallendes Signal als aktive Triggerflanke
aus (Überlegung: soll bei ansteigendem oder abfallendem Signal
getriggert werden?).
2. LEVEL: Damit wird das Triggerniveau eingestellt (Triggerauslösung.
Bei welcher Signalhöhe soll der Strahl beginnen?).
3. MODE: Triggermodus. AUTO zeichnet immer einen Strahl, einfach zum
Beginnen. NORM (Normal) wird verwendet, um ein stehendes Bild zu
erhalten. Der Triggerlevel kann dann gemäss Einstellung von LEVEL
wirken. SGL SWP (Single sweep) löst den Strahl nur einmal aus (einmalige
Aufzeichnung). Mit RESET kann eine erneute Auslösung vorbereitet
werden. Die LED zeigt die Triggerauslösung an. TV LINE wird gewählt,
wenn die Triggerquelle (SOURCE) das Speisenetz ist (für Signale mit
Netzbezug, z.B. Gleichrichter, Netzteil).
4. HOLDOFF: Damit kann die Totzeit des Triggers eingestellt werden
(brauchen wir nicht, auf MIN stellen).
5. SOURCE: Bestimmt die Quelle des Signals für die Triggerung. Oft wird
das Signal des ersten Kanals CH1 zur Triggerung verwendet, aber auch
CH2 kann – wenn angeschlossen – verwendet werden. Bei Verwendung
eines externen Signals (z.B. ein Schalter liefert Startsignal) muss das Signal
über die Buchse EXT INPUT angeschlossen werden.
6. COUPLING: Die Art der Kopplung des Triggersignals. Meistens wird
DC gewählt. Die Triggerung wird dann bei einem bestimmten Signalpegel,
der mit LEVEL eingestellt wird, ausgelöst. LF/HF sind Filter, welche
bei Falschauslösungen infolge hochfrequenter oder niederfrequenter Störungen
verwendet werden können.
Aufgaben
1. Das KO-Bild auf der Seite 2 wurde mit der Zeiteinstellung 5ms/s aufgezeichnet. Welche Frequenz haben
die Signale?
2. Wie gross ist die winkelmässige Verschiebung des Signals UII gegenüber UI ?
H. Gächter
Zeitbasis