Praktikum Elektrotechnik
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Oszilloskop 22 • Automation und Fernsteuerung über standardisierte Schnittstellen wie z. B. serielle Schnittstelle, USB-Port oder GPIB. • Daten- oder Bilddatei können gespeichert und in anderen Anwendungen eingebunden werden. Dies kann über Schnittstellen zum Anschluss von handelsüblichen USB-Massenspeichern erfolgen. • Ausgabe von numerischen Messwerten wie Effektivwert oder Spitzenwert vom angezeigten Signalverlauf. • Cursor-Funktionen für das genaue Ausmessen von Abständen in der Darstellung. • Bildung von abgeleiteten Messkanälen. Diese werden manchmal als „Mathematik-Kanal“ bezeichnet. Beispielsweise kann damit das Spektrum eines Signals mittels Fourier-Transformation in Echtzeit gebildet und angezeigt werden. • Bestimmte Geräteeinstellungen (setups) können gespeichert und später wieder abgerufen werden. • Die Handhabung kann bei manchen Geräten aufgrund vieler Funktionen komplizierter sein. • Gefahr von falschen Darstellungen aufgrund der des Alias-Effektes. Mixed-Signal.Oszilloskop Als Mixed-Signal-Oszilloskop bezeichnet man digitale Oszilloskope, die nicht nur über ein oder mehrere analoge Eingänge, sondern auch über zusätzliche digitale Eingänge verfügen: Die digitalen Kanäle können meist auf eine bestimmte Logik-Familie eingestellt werden (TTL, CMOS, etc.) und unterscheiden dann nur die Zustände HIGH, LOW und undefiniert. DSO als Computerzubehör Digitale Speicheroszilloskope werden auch als Computerzubehör angeboten. Sie sind dann entweder eine Steckkarte oder ein separates, über eine Schnittstelle gekoppeltes Gerät. Sie können auch nur aus Software bestehen und ein Signal einer A/D-Wandlerkarte oder (bei eingeschränkten Genauigkeitsanforderungen etwa im Bereich zwischen 10 Hz und 10000 Hz) des Audioeinganges nutzen. Alle diese Lösungen erreichen jedoch nicht die Parameter autonomer DSOs, sind dafür aber meist wesentlich kostengünstiger. Auch kann ihre graphische Ausgabe über die Anzeige eines PC erfolgen und daher besonders für Lehrzwecke hilfreich sein. Analoges Oszilloskop Bei analogen Oszilloskopen wird die zu messende Spannung über einen einstellbaren und in seiner Verstärkung kalibrierten Verstärker auf den Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre mittels eines oder mehrerer Elektronenstrahlen „projiziert“. Genauer gesagt wird der Elektronenstrahl durch die Eingangsspannung in Y-Richtung abgelenkt. Bei zeitabhängiger Darstellung muss für die X-Ablenkung eine Kippschwingung erzeugt werden, welche, durch die Triggerung ausgelöst, gleichmäßig mit kalibrierter Steilheit ansteigt und dann schnell wieder abfällt. Die Anstiegsdauer dieser sägezahnförmigen Kippschwingung entspricht der angezeigten Zeitdauer des Signales. Sie ist zumeist in einem sehr weiten Bereich einstellbar. Der Elektronenstrahl bewegt sich dadurch von links nach rechts (während dieser Zeit wird das Bild gezeichnet) und kehrt anschließend sofort zum Ausgangspunkt zurück. Dabei wird der Strahl dunkelgetastet, damit man den Rücklauf des Leuchtflecks nicht sieht. Analoges Oszilloskop Funktionsschema eines Elektronenstrahloszilloskop
Oszilloskop 23 Die Ablenkung des Elektronenstrahls erfolgt bei analogen Oszilloskopen im Gegensatz zu anderen Bildschirmen praktisch immer kapazitiv durch elektrische Felder. Diese Ablenkungsart ist wesentlich einfacher über große Frequenzbereiche zu beherrschen; die Vorteile überwiegen die Nachteile (Leuchtfleckverformungen mit zunehmender Ablenkung, große Einbautiefe der zugehörigen Bildröhre) im angestrebten Einsatzbereich bei weitem. Zur Optimierung der Bandbreite erfolgt die Y-Ablenkung bei entsprechend breitbandigen Geräten mit unterteilten Ablenkplattenpaaren, welche mit Laufzeitgliedern so angesteuert werden, dass die Ablenkung synchron zur Ausbreitungsgeschwindigkeit der Elektronen erfolgt. Analoge Oszilloskope haben heute aus technischen Gründen, neben praktischen Nachteilen wie der Größe der Kathodenstrahlröhre und wirtschaftliche Faktoren wie der preisgünstigen Verfügbarkeit von DSO, im praktischen Laboreinsatz nur noch eine untergeordnete Bedeutung. Einzelne Anwendungsbereiche von einfachen analogen Oszilloskopen liegen im Ausbildungsbereich in technischen Schulen. Mehrkanalbetrieb Oft ist es notwendig, zwei Signale auf dem Schirm gleichzeitig darzustellen, um sie zu vergleichen. Dazu gibt es bei analogen Oszilloskopen mehrere Verfahren: • Mehrsystemröhre (echtes Mehrstrahloszilloskop): Dabei befinden sich in der Röhre mehrere Elektronenkanonen und (Y-)Ablenksysteme. Auf diese Weise lassen sich zwei bis vier unabhängige Kurvenverläufe zeitgleich darstellen. • Chopper-Betrieb: Bei der Darstellung von langsamen Signalverläufen kann man sehr schnell zwischen den beiden Eingängen umschalten und dabei auch die vertikale Strahlposition auf dem Bildschirm verändern. Das führt dazu, dass z. B. Kanal 1 in der oberen Bildschirmhälfte dargestellt wird und Kanal 2 in der unteren. Nachteil ist, dass jeder Kanal nicht kontinuierlich dargestellt wird, sondern aus einer gestrichelten (zerhackten) Linie besteht. Kurze Impulse können in der Zwischenzeit (wenn der andere Kanal geschrieben wird) verloren gehen. Dies verwendet man meist unter 100 Hz • Alternierender Betrieb: Bei der Darstellung von schnellen Signalverläufen lässt man das Signal des einen Kanals einmal ganz auf dem Bildschirm darstellen, schaltet dann auf den anderen Kanal und stellt diesen auf einer anderen Position dar. Es wird also nach jedem Strahldurchlauf zwischen Kanal 1 und 2 umgeschaltet. In dieser Betriebsart kann allerdings die Phasenverschiebung nicht exakt bestimmt werden, weil der Triggerimpuls nicht gleichzeitig ausgelöst wird. Spezielle Oszilloskope Der Waveformmonitor (WFM) ist ein spezielles Oszilloskop, das in der professionellen Videotechnik zum Messen von analogen Videosignalen benutzt wird. Historische Entwicklung Die ersten automatisierten Geräte zu Beginn des 20. Jahrhunderts zur Aufzeichnung eines Signalverlaufes über die Zeit nutzten Galvanometer, um damit einen Stift über eine sich drehende Rolle Papier zu bewegen, wie es beispielsweise bei dem Hospitalier Schreiber der Fall ist. [3] Solche Geräte sind in erweiterter Form, aber mit grundsätzlich identer Funktion, auch noch Anfang des 20. Jahrhunderts in Form von Messschreibern üblich, wenngleich sie zunehmend durch Datenlogger ersetzt werden. Die Limitierung besteht durch die mechanische Bewegung in der geringen Bandbreite, welche nur die Aufzeichnung von niederfrequenten Signalverläufen gestattet. Darstellung des Hospitalier Schreibers
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Oszilloskop 22<br />
• Automation und Fernsteuerung über standardisierte Schnittstellen wie z. B. serielle Schnittstelle, USB-Port oder<br />
GPIB.<br />
• Daten- oder Bilddatei können gespeichert und in anderen Anwendungen eingebunden werden. Dies kann über<br />
Schnittstellen zum Anschluss von handelsüblichen USB-Massenspeichern erfolgen.<br />
• Ausgabe von numerischen Messwerten wie Effektivwert oder Spitzenwert vom angezeigten Signalverlauf.<br />
• Cursor-Funktionen für das genaue Ausmessen von Abständen in der Darstellung.<br />
• Bildung von abgeleiteten Messkanälen. Diese werden manchmal als „Mathematik-Kanal“ bezeichnet.<br />
Beispielsweise kann damit das Spektrum eines Signals mittels Fourier-Transformation in Echtzeit gebildet und<br />
angezeigt werden.<br />
• Bestimmte Geräteeinstellungen (setups) können gespeichert und später wieder abgerufen werden.<br />
• Die Handhabung kann bei manchen Geräten aufgrund vieler Funktionen komplizierter sein.<br />
• Gefahr von falschen Darstellungen aufgrund der des Alias-Effektes.<br />
Mixed-Signal.Oszilloskop<br />
Als Mixed-Signal-Oszilloskop bezeichnet man digitale Oszilloskope, die nicht nur über ein oder mehrere analoge<br />
Eingänge, sondern auch über zusätzliche digitale Eingänge verfügen: Die digitalen Kanäle können meist auf eine<br />
bestimmte Logik-Familie eingestellt werden (TTL, CMOS, etc.) und unterscheiden dann nur die Zustände HIGH,<br />
LOW und undefiniert.<br />
DSO als Computerzubehör<br />
Digitale Speicheroszilloskope werden auch als Computerzubehör angeboten. Sie sind dann entweder eine Steckkarte<br />
oder ein separates, über eine Schnittstelle gekoppeltes Gerät. Sie können auch nur aus Software bestehen und ein<br />
Signal einer A/D-Wandlerkarte oder (bei eingeschränkten Genauigkeitsanforderungen etwa im Bereich zwischen<br />
10 Hz und 10000 Hz) des Audioeinganges nutzen. Alle diese Lösungen erreichen jedoch nicht die Parameter<br />
autonomer DSOs, sind dafür aber meist wesentlich kostengünstiger. Auch kann ihre graphische Ausgabe über die<br />
Anzeige eines PC erfolgen und daher besonders für Lehrzwecke hilfreich sein.<br />
Analoges Oszilloskop<br />
Bei analogen Oszilloskopen wird die zu messende Spannung über<br />
einen einstellbaren und in seiner Verstärkung kalibrierten Verstärker<br />
auf den Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre mittels eines oder<br />
mehrerer Elektronenstrahlen „projiziert“. Genauer gesagt wird der<br />
Elektronenstrahl durch die Eingangsspannung in Y-Richtung<br />
abgelenkt. Bei zeitabhängiger Darstellung muss für die X-Ablenkung<br />
eine Kippschwingung erzeugt werden, welche, durch die Triggerung<br />
ausgelöst, gleichmäßig mit kalibrierter Steilheit ansteigt und dann<br />
schnell wieder abfällt. Die Anstiegsdauer dieser sägezahnförmigen<br />
Kippschwingung entspricht der angezeigten Zeitdauer des Signales.<br />
Sie ist zumeist in einem sehr weiten Bereich einstellbar. Der<br />
Elektronenstrahl bewegt sich dadurch von links nach rechts (während<br />
dieser Zeit wird das Bild gezeichnet) und kehrt anschließend sofort<br />
zum Ausgangspunkt zurück. Dabei wird der Strahl dunkelgetastet,<br />
damit man den Rücklauf des Leuchtflecks nicht sieht.<br />
Analoges Oszilloskop<br />
Funktionsschema eines<br />
Elektronenstrahloszilloskop
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