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E303: Oszilloskop Kathode Wehneltzylinder Anode y-Platten x-Platten Hilfsanode Bildschirm Heizung Intensität _ Bild - schärfe + Y Position Verstärker X Zeitdehnung Zeitbasis Pegel Flanke Verzögerung Triggereinheit Dämpfungsglieder Netz 220 V 50 Hz Stromversorgung Triggerung Y X Abbildung 1: Blockschaltbild eines Oszilloskops. und X und treffen als Elektronenstrahl auf den Bildschirm. Der Bildschirm auf der Innenseite der Bildröhre enthält fluoreszierende Bestandteile, die beim Auftreffen der Elektronen aufleuchten, und phosphoreszierende Bestandteile, die ein Nachleuchten bewirken. Der Elektronenstrahl kann auf folgende Weise beeinflusst werden: • Helligkeitssteuerung durch Änderung der Spannung zwischen dem Wehneltzylinder und der Kathode (Änderung der Elektronendichte im Elektronenstrahl), • Strahlbündelung mittels Spannung zwischen der Hilfsanode und der Kathode, • Vertikalablenkung durch eine Spannung am Ablenkplattenpaar Y und • Horizontalablenkung durch eine Spannung am Ablenkplattenpaar X. Die Beschleunigung der von der Kathode austretenden Elektronen erfolgt durch die Kraftwirkung des elektrischen Feldes, das sich zwischen Anode und Kathode ausbildet. Die vertikale und horizontale Auslenkung des Elektronenstrahls erfolgt durch die Kraftwirkung des elektrischen Feldes zwischen den Y- bzw. X-Platten. 4
E303: Oszilloskop 2.3. X- und Y-Verstärker Die zu messenden Spannungen sind in der Regel zu gering, um damit den Elektronenstrahl mittels der Ablenkplatten abzulenken. Daher werden vor die Ablenkplatten noch Horizontal- und Vertikalverstärker (X- und Y-Verstärker) geschaltet. Diese Verstärker müssen breitbandig sein, da Oszilloskope zur Betrachtung von Signalen im Frequenzbereich von null bis zu einigen hundert MHz geeignet sein sollen. Die Eingangsempfindlichkeit der Verstärker liegt bei ca. 2mV pro 1cm Auslenkung des Leuchtflecks auf dem Bildschirm. Zur Betrachtung von Signalen mit großen Amplituden sind den Verstärkern stufenweise umschaltbare Dämpfungsglieder vorgeschaltet. Die Gesamtempfindlichkeit von Verstärker und Dämpfungsglied wird durch den Ablenkkoeffizienten α angegeben. Der Ablenkkoeffizient α ist ein Maß dafür, welche Spannung des Messsignals für eine bestimmte Auslenkung des Leuchtflecks erforderlich ist. Übliche Werte für α liegen im Bereich 2mV/cm < α < 20V/cm. Die Dämpfungsglieder haben im Allgemeinen eine hohe Eingangsimpedanz, die durch die Parallelschaltung eines Widerstandes von ca. 1MΩ und eines Kondensators mit einer Kapazität von einigen Picofarad (30pF) beschrieben werden kann (entspricht dem Eingangsersatzschaltbild vieler Oszilloskope). Über dreistufige Schalter lassen sich die Eingänge der Dämpfungsglieder kurzschließen (und damit gleichzeitig von den Eingangsbuchsen trennen) sowie direkt oder über einen Kondensator an die Eingangsbuchsen schalten. Zur Positionierung des Bildes auf dem Bildschirm werden den Ablenkspannungen in den Endstufen der Verstärker einstellbare Gleichspannungen additiv überlagert. Zur Verbindung mit dem Messobjekt kann an die Eingangsbuchse des Y-Verstärkers/Abschwächers ein Tastkopf angeschlossen werden. Dieser ist im Allgemeinen ein isolierter Handgriff mit Messspitze und einer Masseklemme. Die Masse der Messanschlüsse eines Oszilloskops ist für gewöhnlich mit der Erdungsleitung des Anschlusskabels identisch. Dies ist wichtig beim Anschluss der Masseleitung an nicht erdpotenzialfreie Schaltungen. Es sind dadurch Kurzschlüsse und Erdschleifen möglich. Ein Teil der Tastköpfe kann mit integrierten Abschwächern ausgestattet sein. Bei der Skalierung der Bildschirmanzeige muss das beachtet werden. 2.4. Zeitbasis û x 0 u (t) x t t +T t +T+T 0 0 v 0 v r Abbildung 2: Sägezahnimpuls u x (t). t Das Messsignal u(t) soll als Funktion der Zeit abgebildet werden. Legt man das Messsignal an den Y-Eingang, so ist die Auslenkung u y (t) des Leuchtpunktes in y-Richtung proportional zum Momentanwert u(t) des Messsignals. Liegt an den X-Platten eine Gleichspannung, so erscheint auf dem Bildschirm ein vertikaler Strich. Wird zusätzlich an die X-Platten eine sägezahnförmige Spannung u x (t) nach Abb.2 angelegt, so bewegt sich der Leuchtfleck im Intervall t 0 ≤ t ≤ t 0 + T V vom linken zum rechten Bildschirmrand. Damit wird ein Ausschnitt des Messsignals der Dauer T V auf dem Bildschirm abgebildet. Im Intervall t 0 + T V ≤ t ≤ t 0 + T V + T t läuft 5
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