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E303: Oszilloskop 3. Messungen mit dem Elektronenstrahloszilloskop 3.1. Messung von Gleichspannungen Sollen Gleichspannungen mit dem Oszilloskop gemessen werden, so muss der Sägezahngenerator der X-Ablenkung so eingestellt sein, dass er nicht ständig von der Y-Spannung getriggert wird. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten: Triggerwahlschalter auf den entsprechenden Kanal und auf AUTO (die einzelnen Funktionen werden in Abschnitt4.2. noch genauer erklärt) schalten oder SOURCE auf LINE schalten. Außerdem muss der AC-DC-Umschalter des entsprechenden Kanals auf DC geschaltet sein. Wenn nun am Mittelleiter der Koaxialbuchse ein höheres Potenzial als am Außenleiter anliegt, so wird auf dem Bildschirm eine horizontale Linie oberhalb der Nullinie angezeigt. 3.2. Messung der Kurvenform periodischer Signale Wird an den Eingang des Y-Verstärkers eine periodische Wechselspannung u(t) angelegt und erfolgt die X-Ablenkung durch die intern erzeugte Sägezahnspannung nach Abb.2, so wird u(t) auf dem Bildschirm als stehendes Bild dargestellt. Die Spannung u(t) muss nicht sinusförmig zu sein. Die Wiedergabetreue ist jedoch nur gewährleistet, wenn die höchsten Frequenzanteile der Spannung u(t) hinreichend kleiner als die Grenzfrequenz des Y-Verstärkers sind. Aus der gewählten Einstellung der Ablenkkoeffizienten α und β folgt der Ordinaten- und Abszissenmaßstab des Bildes. Dadurch ist eine Bestimmung von Amplitude und Periodendauer des Signals u(t) möglich. 3.3. Frequenz- und Phasenmessungen mittels Lissajousfiguren Der Y-Eingang erhält die sinusförmige Messspannung u y (t) = û y cos ( ω y t+ϕ ) (1) mit der Frequenz f y = ω y /(2π), der X-Eingang erhält eine sinusförmige Vergleichsspannung (anstatt der intern erzeugten Sägezahn-Ablenkspannung) u x (t) = û x cos ( ω x t ) , (2) deren Frequenz f x = ω x /(2π) zur Frequenz f y im Verhältnis kleiner ganzer Zahlen steht. Die Überlagerung beider Signale führt zu einem stehenden Bild, der sog. Lissajousfigur. Deren Gestalt erlaubt Rückschlüsse auf das Frequenzverhältnis f y : f x , auf das Amplitudenverhältnis û y : û x und auf die Phasendifferenz ϕ der Signale u y (t) und u x (t). Abb.3 zeigt Lissajousfiguren für den Fall f x = f y . In Abb.4 ist eine Lissajousfigur für den Fall f y : f x = 3 : 2, û y : û x = 5 : 6 und ϕ = 45 dargestellt. Die Frequenz f y kann aus 8
E303: Oszilloskop û y / û x = 1 û y / û x = 2 û y / û x = 1 û y / û x = 0.5 û y / û x = 1 Abbildung 3: Lissajousfiguren für den Fall f y = f x . der bekannten Frequenz f x und der Anzahl n y bzw. n x der Maxima der y- bzw. x-Schwingung berechnet werden. Es gilt die Beziehung Diese Gesetzmäßigkeit kann anhand von Abb.4 überprüft werden. f y = f x n x n y . (3) Abbildung 4: Lissajousfigur für den Fall f y : f x = 3 : 2, û y : û x = 5 : 6, ϕ = 45. 4. Beschreibung der eingesetzten Geräte 4.1. Funktionsgenerator Es stehen zwei unterschiedliche Funktionsgeneratoren zur Verfügung. Ein Generator ist in den Praktikumsplatz integriert, der zweite steht als eigenständiges Gerät zur Verfügung. Beide Funktionsgeneratoren verfügen über die üblichen Einstellmöglichkeiten für Signalform (Rechteck, Sinus, Sägezahn), Frequenz, Amplitude und Gleichspannungsoffset des Ausgangssignals. 9
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