Digitale oscilloscopen - Timloto

Elementaire meettechniek (5)
E. Gernaat (ISBN 978-90-808907-5-6)
1 Digitale geheugen-oscilloscoop
1.1 Inleiding
Met behulp van een oscilloscoop kunnen de in- en uitgaande computersignalen
zichtbaar worden gemaakt 1 . Over het algemeen gebruiken we een oscilloscoop
wanneer we meer informatie nodig hebben dan de diagnosetester en/of multimeter
weergeeft. Oscilloscopen laten zich grofweg verdelen in analoge en digitale
oscilloscopen. Voor de auto-werkplaats komen eigenlijk alleen maar digitale
oscilloscopen in aanmerking. Digitale oscilloscopen zijn over het algemeen
klein en robuust (fig. 1). Digitale geheugen-oscilloscopen bezitten functies die
Figuur 1: De Fluke 123 als veel gebruikte oscilloscoop in het autotechnische onderwijs (foto:
fluke).
voor de werkplaats handig zijn en die we niet bij analoge oscilloscopen aantreffen.
Hoe sneller de signalen zijn die we willen meten hoe hoger de eisen zijn
die we aan een oscilloscoop stellen. Voor een goed gebruik van een oscilloscoop
dienen we te beschikken over:
• kennis van de elektrische signalen in het algemeen;
• kennis van de autotechnische signalen in het bijzonder;
• kennnis van de werking en bediening van de oscilloscoop.
1. Op dit werk is de Creative Commons Licentie van toepassing. Op voorwaarden vrij kopieerbaar
1

2 Het aansluiting van de oscilloscoop
Voor het aansluiten van een oscilloscoop hebben we een aantal mogelijkheden.
Een break-out box of bob-kast verdient over het algemeen de voorkeur (fig.2).
Bij gecompliceerde storingen, waarbij veel gemeten moet worden, ontkomen
we er eigenlijk niet aan om een break-out box te monteren. Fabrikanten zijn
i.v.m. de coating van de aansluitpinnen niet al te gelukkig met het (veelvuldig)
loshalen en weer monteren van de connectoren. Een andere mogelijkheid is
computer
tussen−connector
connector
kabelbundel
1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18
break−out box (bobkast)
Figuur 2: Een break-out box wordt tussen de computer-connector en de connector van de kabelbundel
geplaatst.
om de oscilloscoop rechtstreeks op de sensor of actuator aan te sluiten. Er
zijn meetpinnen in de handel die met een miniscuul klein pennetje door de
isolatie van de draad prikken. In veel gevallen maken we echter gebruik van
zeer dunne meetnaalden, die we achter in de aansluitstekker prikken (fig.
3). Meer nog als bij multimeters het geval is meten we bij oscilloscopen bij
Figuur 3: Met behulp van zeer dunne meetnaalden kan via de onderdeel-connector worden
gemeten (foto: Fluke).
voorkeur t.o.v. de voertuigmassa (fig. 4). Er zijn uitzonderingen, bijv. wanneer
het onderdeel waaraan we willen meten zijn eigen spanningsbron is. Dit is o.a.
het geval bij een twee-draads lambda-sensor en bij de inductie-impulsgever
afgebeeld in fig. 3. Dan meten we tussen de plus en de min van de sensor. Er is
2

nog iets dat opvalt wanneer we fig. 3 en 4 bestuderen, nl. dat de min-pen met
een kort draadje is verbonden met de plus-meetpen. Door gebruik te maken
van een korte min-pen wordt het oppikken van elektrische storingen door de
meetpennen zo veel mogelijk voorkomen. De meeste oscilloscopen zijn twee
Figuur 4: In de meeste gevallen dienen we t.o.v. de voertuigmassa te meten (foto: Fluke).
kanaals-oscilloscopen, dat wil zeggen dat we twee signalen tegelijkertijd op
het scherm kunnen zetten. De oscilloscoop is hiervoor uitgevoerd met twee
meetpennen (probes). Elke meetpen is voorzien van een min-aansluiting.
De meeste oscilloscopen zijn ook uitgevoerd met een COM-aansluiting (fig.
5). Deze aansluiting kunnen we gebruiken voor een gemeenschappelijke
min-aansluiting. We kunnen dan, bijv. met behulp van een meetkabel met een
4-mm banaanconnector, een langere min-aansluiting maken. Wel is de kans op
storingen wat groter. We hebben dus twee mogelijkheden zoals fig. 6 laat zien.
Figuur 5: De aansluitingen voor de metingen met twee-kanalen (A en B) en een gemeenschappelijk
min-aansluiting (COM). Tekening: Fluke
Indien mogelijk verdient de korte aansluiting dus de min-aansluiting via de
plus-meetpennen de voorkeur. Handregels:
• als we één kanaal gebruiken dan gebruiken we, indien mogelijk, de korte
min-meetpen;
3

Figuur 6: Boven: Twee korte min-meetpennen. Onder: Gemeenschappelijke min-aansluiting. Ook
toe te passen wanneer we maar één kanaal willen gebruiken (foto’s: Fluke).
4

• als dit, door de (te) korte draad, niet mogelijk is dan gebruiken we een
langere draad via de COM-aansluiting;
• als we twee kanalen gebruiken dan gebruiken we bij voorkeur de COMaansluiting.
Hierbij voorkomen we dat we de twee kanalen verschillend
’minnen’.
Fig. 7 geeft een voorbeeld van verkeerde en correcte aansluitingen.
Figuur 7: Figuur links: de min-aansluitingen van de twee kanalen zijn aangesloten op verschillende
spanningen. Figuur rechts: de correcte aansluiting. Eenvoudiger is het om de COM-aansluiting
te gebruiken
3 Meetpennen
Meetpennen of probes zijn afgestemd op de oscilloscoop en zijn meer dan alleen
een stukje draad om de signalen naar de oscilloscoop te voeren. In de eerste
plaats zijn de meetpennen voorzien van een afschermingsmantel om te voorkomen
dat ze storingen oppakken. Er zijn veel verschillende probe-uitvoeringen
waardoor ze in meerdere of mindere mate geschikt zijn voor hun taak. De meest
bekende zijn de 1:1 en de 10:1 probe. Een 1:1 probe (fig. 8) geeft de gemeten
spanning rechtstreeks door aan de oscilloscoop. De meeste moderne oscilloscopen
kunnen dan spanningen tussen 10 mV en 1000 V meten. In het algemeen is
dit spanningsbereik meer dan voldoende. Immers ook de primaire ontstekingssignalen
kunnen dan zonder problemen in beeld worden gebracht. Een nadeel
van een 1:1 probe is dat de weerstand en capaciteit van het ingaande circuit de
meting beinvloedt. 1:1 probes zijn eigenlijk alleen maar geschikt voor relatief
lage frequenties. Dit is ook de reden waarom sommige fabrikanten aanbevelen
om altijd een 10:1 probe te gebruiken en soms de oscilloscoop standaard met
een 10:1 probe leveren. Ook wanneer men hogere spanningen wil meten dan
komt een 10:1 probe in beeld. Een dergelijke meetpen is intern uitgevoerd met
een spanningsdeler en wel zo dat de inkomende spanning door de factor 10
wordt gedeeld. De spanning wordt dus verzwakt aan de oscilloscoop doorgegeven
waardoor we in staat zijn om hogere spanningen te meten. Voor een correcte
uitlezing moet de oscilloscoop wel ingesteld worden op het gebruik van een
10:1 probe. Ook dient een 10:1 probe gecompenseerd te worden. Hiervoor is
5

Probe
te meten spanning
afscherming
kabel capaciteit
input oscilloscoop
Figuur 8: Een 1:1 probe schematisch afgebeeld. De afscherming van de meetkabel is duidelijk te
zien.
een afstelschroefje op de meetkop aanwezig. Meestal gebeurt het compenseren
met behulp van een testsignaal dat de oscilloscoop zelf genereert. Fig. 9 geeft
een 10:1 probe weer. Met het stelschroefje wordt de ingebouwde condensator
ingesteld.
Probe
stelschroefje
9MOhm
te meten spanning
afscherming
kabel capaciteit
1M
15 pF
input oscilloscoop
Figuur 9: Met een stelschroefje vindt compensatie van de de 10:1 probe plaats. De twee weerstanden
vormen een spanningdeler.
4 Aansluiting op een Personal Computer
Digitale oscilloscopen hebben meestal de mogelijkheid om deze aan te sluiten
op een personal computer. De verbinding loopt via de RS232-ingang of de
USB-poort. Een bij de oscilloscoop behorend programma geeft de mogelijkheid
om het opgenomen signaal te printen of verder met behulp van de software te
bewerken of te analyseren. Een bijzonderheid is dat de verbinding tussen de
oscilloscoop en de PC vaak galvanisch gescheiden is. Galvanisch gescheiden wil
zeggen dat er tussen de twee apparaten geen elektrische verbinding bestaat.
De signalen worden vanuit de oscilloscoop via leds in lichtstraaltjes omgezet en
vanuit de PC-kant door lichtgevoelige dioden of fototransistoren weer in elektrische
signalen omgezet. Galvanische scheiding voorkomt dat hoge spanningen
1M
15 pF
6

die we met een oscilloscoop meten door bijv. een defect de personal computer
zouden bereiken. Fig. 10 laat een dergelijke kabel zien.
Figuur 10: Kabel om de oscilloscoop op de PC te kunnen aansluiten. Oscilloscoop en personal
computer zijn galvanisch gescheiden (Foto Fluke).
5 De werking van een digitale geheugen-oscilloscoop
De digitale geheugen-oscilloscoop waarmee we tegenwoordig werken maakt
intern gebruik van een analoog-digitaal omzetter (ADC) en werkt volgens het
’sample and hold’ principe. Op bepaalde vaste tijdstippen wordt de analoge
spanning gemeten. De gemeten spanning wordt gedigitaliseerd en vervolgens
in het geheugen van de oscilloscoop opgeslagen. Het is een continu proces van
meten, digitaliseren en opslaan. Een interne elektronische klok bepaalt de snelheid
waarmee dit gebeurt. Digitale oscilloscopen kunnen dit bijzonder snel. Een
bemonsteringssnelheid (sample rate) van 1 miljoen keer per seconde is geen
uitzondering. Hoe snel dit echter ook gaat, er is altijd een zekere tijd tussen
twee opnames. Dit betekent dat er altijd een stukje van het te meten signaal niet
wordt opgenomen. In veel gevallen is dat geen probleem en in sommige gevallen
missen we belangrijke informatie. Om geen meetfouten te maken dienen we
op de hoogte te zijn van dit werkingsprincipe. Fig. 11 toont ons het blokschema
van een digitale geheugenoscilloscoop. Wanneer het geheugen van de oscilloscoop
eenmaal met datapunten is volgeschreven kan het worden weergegeven
op de display van de oscilloscoop. Veel oscilloscopen maken onderscheidt tussen
het acquisitie- of opneemgeheugen en het weergavegeheugen. De display
geeft uiteindelijk de verzameling van opgeslagen punten weer. Zie hiervoor fig.
12. Het oscilloscoopprogramma zal in de meeste gevallen de punten met elkaar
verbinden zodat het opgenomen signaal zo getrouw mogelijk wordt weergegeven.
Dit concept van meten, digitaliseren, opslaan en weergeven geeft de
digitale oscilloscoop een aantal bijzondere eigenschappen. Te weten:
• ook langzame signalen kunnen zeer goed worden weergegeven;
• het signaalbeeld kan worden bevroren (vastgezet);
• éénmalige signaalveranderingen kunnen worden vastgelegd;
7

Figuur 11: Schematische opbouw van een digitale geheugenoscilloscoop. Tekening Tektronix
• het signaal kan worden gereconstrueerd;
• het signaal kan worden geanalyseerd;
• het triggerpunt behoeft niet aan het begin van het scherm te liggen;
• we kunnen meer punten opnemen dan weergeven;
• berekeningen kunnen op het signaal plaatsvinden bijv. frequentie en effectieve
waarde;
• het signaal kan met behulp van een PC verder worden geanalyseerd, worden
opgeslagen of worden afgedrukt.
Wanneer we het werkingsprincipe van de oscilloscoop goed bestuderen dan zal
duidelijk zijn dat er met de weergave problemen kunnen optreden. Wanneer er
te langzaam bemonsterd wordt zullen we spanningspieken missen of kan het
signaal sterk vervormen of nog erger kan er een geheel ander signaal ontstaan.
Fig. 13 geeft hier voorbeelden van. Fabrikanten proberen dergelijke meetfouten
te voorkomen daar o.a. de oscilloscoop uit te voeren met een autoset-knop. Met
deze functie start de oscilloscoop met zijn hoogste sample-rate, analyseert het
signaal en geeft het daarna weer op het scherm.
6 Oscilloscoop instellingen
6.1 Aan, uit en autoset
Na het aansluiten van de oscilloscoop zullen we de oscilloscoop moeten instellen.
Hebben we het signaalbeeld eenmaal vastgelegd dan zullen we het signaal
moeten beoordelen. Een veel gebruikte methode is om van het welbekende
8

10V/ Div
30
20
10
0
0 5 10 15 20
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
schermgeheugen
0
4,8
9,35
13,5
17,1
19,9
21,8
22,8
22,8
21,8
19,9
17,1
13,5
9,35
4,8
0
−4,8
−9,35
−13,5
−17,1
−19,9
30
20
10
0
0 lijn
0 5 10 15 20
0 lijn
ADC
acquisitiegeheugen
Figuur 12: Data-acquisitie (figuur boven) en data-weergave (figuur beneden) bij een digitale
geheugenoscilloscoop.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0
4,8
9,35
13,5
17,1
19,9
21,8
22,8
22,8
21,8
19,9
17,1
13,5
9,35
4,8
0
−4,8
−9,35
−13,5
−17,1
−19,9
9

Figuur 13: Voorbeelden van problemen die kunnen ontstaan bij het weergeven van opgenomen
data-punten. a) Te weinig opnamepunten kunnen een sinusvormige spanning weergeven met
een lagere frequentie. b en c) Te weinig opnamepunten geven een driehoekspanning weer i.p.v.
een sinusvormige. d) Sterke vervorming van een sinusvormige spanning ten gevolge van een te
lage opname-snelheid.
10

lichtnetsignaal uit te gaan. Om zo’n basis-signaal te krijgen zouden we de oscilloscoop
op het ’stopkontact’ kunnen aansluiten (wel voorzichtig zijn!). Vervolgens
moeten we de oscilloscoop ’aan’ zetten. De digitale geheugen-oscilloscoop,
waar we ons toe beperken, heeft uiteraard een aan/uit of een on/off knop. Veel
digitale oscilloscopen kunnen op twee manieren aan- en uitgezet worden. Dit
houdt verband met de reeds opgeslagen instellingen. Wanneer we met een oscilloscoop
werken dan stellen we uiteraard het apparaat in. De digitale oscilloscoop
slaat deze instellingen op. Wanneer we de oscilloscoop weer aanzetten
dan krijgen we de instellingen terug. Wanneer iemand anders de oscilloscoop
heeft gebruikt kan dat verwarrend werken. We prefereren dan meestal dat de
oscilloscoop opstart met zijn oorspronkelijke (fabrieks)instelling. We dienen in
dat geval op te starten met een ’algehele reset’. Elke oscilloscoop zal zo zijn
eigen reset procedure hebben. Na de algehele reset drukken we op de ’auto’ of
’autoset’ knop. We zien dat er nu een signaalbeeld op het scherm (display) van
de oscilloscoop verschijnt. Door het indrukken van de autoset-knop wordt het
signaal door de software geanalyseerd waarna de oscilloscoop zich instelt. Er
verschijnt dan een goed afleesbaar signaalbeeld op de display. Deze methode is
ook noodzakelijk bij onbekende signalen.
6.2 Het signaal van het lichtnet
Het lichtnet produceert signaal overeenkomstig fig. 14. Het signaal van het
lichtnet is -zoals bekend- een sinusvormige spanning van ongeveer 230 Volt
met een frequentie van 50 Hz. Een sinusvormige spanning slaat op de vorm
van het signaal. Een sinus is een wiskundige figuur die ontstaat bij verdraaiing
van een vector. Fig. 15 laat dit zien. We laten de pijl (de vector) linksom draai-
Figuur 14: Na het aanzetten met een algehele reset wordt op auto-knop gedrukt. Het signaal van
het lichtnet verschijnt op het scherm (Fluke 124)
.
en in stappen van 30 0 . Deze stappen van 30 0 zetten we ook uit op een rechte
11

Figuur 15: Het ontstaan van een sinusvormige ’spanning’
30 90 180 graden
360
lijn. We trekken nu vanuit elke vectorpunt een rechte lijn naar de overeenkomstige
uitgezette hoek. Op het snijpunt zetten we een punt. Als we nu de punten
met elkaar verbinden dan ontstaat een wiskundige vorm die we een ’sinus’ noemen.
Omdat het draaien van een winding in een magnetisch veld te vergelijken
is met het draaien van een wiskundige vector is de spanning die een dynamo
opwekt een sinusvormige wisselspanning. De elektro-generatoren van het lichtnet
wekken, evenals de dynamo van de auto, een sinusvormige wisselspanning
op. Alleen bij de auto wordt deze, door de noodzaak van een batterij, gelijkgericht.
Of we op de oscilloscoop een wisselspanning (plus en min keren zich
regelmatig om) of een gelijkspanning meten kunnen we (hier) zien aan een dik
getekende korte streep op de display. In fig. 14 zien we aan de linkerzijde op
de middelste horizontale lijn de korte dikke streep (-) staan. Dit is de nullijn.
Omdat het signaalgedeelte even groot boven als onder de nullijn is spreken we
van een symmetrische wisselspanning.
6.3 Schermdivisies van de oscilloscoop
Een oscilloscoop kan worden gezien als een schrijvende voltmeter. We meten
dus altijd een spanning als functie van de tijd. Verticaal de spanning en horizontaal
de tijd. De grootte van de spanning op het scherm kan worden afgelezen
door het tellen van hokjes. Het beeldscherm van de meeste oscilloscopen is verdeeld
in 8 verticale en 10 horizontale hokjes. Zo’n hokje noemt men een divisie.
Elke verticale divisie stelt de spanningsgrootte voor. Hoeveel spanning een hokje
voorstelt kunnen we zelf instellen. Boven het zwarte ’A-move’ rechthoekje in
fig. 16 zien we A 100 V/d staan. ’A’ slaat op het kanaal. Bij een twee-kanaals
oscilloscoop wordt kanaal 1 vaak A genoemd. De 100 V/d betekent dat elk vertikaal
hokje 100 V voorstelt. Het streepje voor de A betekent dat de oscilloscoop
ingesteld staat op DC. De functie van ’Direct Current’ op een oscilloscoop en een
multimeter is verschillend. In de meeste gevallen zal de oscilloscoop ingesteld
moeten staan op DC ook al meten we een wisselspanning (AC). De horizontale
12

hokjes stellen de tijd voor. In fig. 16 staat de oscilloscoop ingesteld op 10 ms/d.
Met deze kennis kunnen we uitrekenen dat de maximale spanning die de display
weer kan geven 8 x 100 V = 800 V bedraagt. We tellen immers verticaal 8
hokjes. Het opgenomen signaal wordt dan weergegeven in een tijd van 10 x 10
ms = 100 ms of 0,1 s.
Figuur 16: Vtt van de spanning van het lichtnet bedraagt 600 V.
6.4 Het aflezen van de spanning en tijd
Bij het beoordelen van signalen hebben te maken met een aantal karakteristieke
signaalgrootheden. De belangrijkste zijn de grootte van de spanning en
de periodetijd. Maar wat is nu de grootte van een wisselende spanning? Vaak
maken we voor de aanduiding van de grootte van de spanning gebruik van het
begrip top-top waarde (Vtt). Dit is de spanning die we meten tussen de uiterste
waarden. We tellen in fig. 16 drie hokjes boven de nullijn en drie hokjes
onder de nullijn. Totaal dus 6 hokjes. Dit betekent dat Vtt van de lichtnetspanning
600 V bedraagt. We kunnen ook spreken over de top-waarde (Vt). Deze
bedraagt drie hokjes of 300 V. De topwaarde Vt noemen we ook wel de amplitude
van het signaal. Verder onderscheiden we nog de momentele waarde (Vm)
van de spanning of wel de spanning van het moment. Dit kan elke spanning
zijn tussen de maximale en minimale spanning. Nu zien we in fig. 16 boven in
de display 220.1 rms V staan. Dit komt omdat er voor wisselspanning nog een
grootheid is nl. de effectieve spanning of rms waarde. Dit heeft te maken met de
effectiviteit van de spanning. Met behulp van de effectieve spanning kunnen we
een wisselspanning en een gelijkspanning met elkaar vergelijken. De effectieve
spanning van een wisselspanning is die spanning die dezelfde hoeveelheid
warmte (energie) produceert als een gelijkspanning met dezelfde spanningswaarde.
Wiskundig kan worden aangetoont dat de effectieve spanning gelijk is
aan:
13

√
1
2 2 x Vt of 0,707 x Vt
Wanneer we vanuit het signaalbeeld de effectieve spanning willen afleiden dan
lezen we eerst Vt af. Deze bedraagt zoals we eerder hebben gezien ongeveer
300 V. Vermenigvuldigen we 300 met 0,707 dan vinden we als uitkomst 213
V. Dit is (bijna) gelijk aan de weergegeven spanning boven in het beeld. Hieruit
volgt meteen een waarschuwing. De cijfermatige uitlezing van een digitale
oscilloscoop zijn door de oscilloscoop berekende waarden. Dit kan uitermate
verwarrend zijn omdat we autotechnisch niet met effectieve waarden werken.
Over het algemeen hebben we het over de top-top waarde (Vtt) wanneer we het
over spanning hebben. Blijft de tijd over. Ook autotechnisch hebben we vaak te
maken met repeterende signalen zoals de wisselspanning van het lichtnet een
voorbeeld is. Het signaal herhaalt zich voortdurend. Wanneer een signaal zich
voortdurend herhaalt dan spreken we van een herhaaltijd of periodetijd. Een
periode is een volledige spanningcyclus. Het signaal begint ergens en na enige
tijd begint het weer opnieuw. Waar het precies begint is elektrotechnisch niet
interessant. Bij de sinusvormige spanning beginnen we vaak vanaf het nulpunt
met de omhooggaande (opgaande) flank. Van het begin van de opgaande flank
tot de volgende opgaande flank kunnen we een tijd aflezen van 2 divisies of
20 ms. De periodetijd bedraagt dan 20 ms. Verwant aan de periodetijd is de
frequentie. Frequentie is een berekende grootheid. De frequentie is het aantal
perioden per seconde en wordt uitgedrukt in Herz (Hz). Aangezien er 1000 ms
in een seconde zitten is de frequentie van het signaal 1000 ms : 20 ms = 50 Hz.
Nu kan de processor van de oscilloscoop dit voor ons uitrekenen en weergeven.
Dit zien we in fig. 17. De oscilloscoop is zo ingesteld dat de frequentie bovenin
het scherm wordt weergegeven. De oscilloscoop heeft vanuit het signaal de fre-
Figuur 17: De frequentie en de effectieve spanning van het signaal wordt door de oscilloscoop
berekend en weergegeven.
quentie berekend en de effectieve spanning. Wanneer we onvoldoende kennis
van deze materie hebben zouden we in verwarring kunnen raken wanneer we
14

ijv. een aflezing krijgen volgens fig. 18. Uit fig. 18 zou blijken dat de spanning
Figuur 18: Boven in de display wordt nu de gelijkspanningscomponent van het signaal weergegeven.
vrijwel gelijk is aan 0 Volt. Dit is correct omdat de oscilloscoop nu gevraagd
werd om de gelijkspannings-component te berekenen. Omdat de wisselspanning
symmetrisch is, dus boven de nullijn en onder de nullijn ’gelijk’ is, is de
som van de positieve en negatieve spanning (vrijwel) gelijk aan nul.
6.5 Triggering
Er is nog een opvallend teken in het schermbeeld en dat heeft te maken met triggering.
We zien in fig. 18 TRIGGER, SLOPE en TRIG: A staan in de onderste
gedeelte van de display. Het teken zien we ook weer terug in het signaalbeeld.
Triggeren van het signaal wil zeggen dat we de oscilloscoop vertellen op welk
’spanningspunt’ de oscilloscoop moet beginnen met weergeven. Omdat de display
van de oscilloscoop maar een beperkte grootte heeft en het signaal steeds
doorloopt, valt op een bepaald moment het signaal buiten het beeld. Zou de
oscilloscoop op dat moment weer aan het begin van het scherm beginnen, dan
is het nog maar de vraag of de eindspanning van het signaal gelijk was aan de
eerdere beginspanning. Als dat niet het geval is dan staat het signaalbeeld niet
stil omdat de scherm-update steeds op een andere spanning begint. Wanneer
de oscilloscoop iedere keer op hetzelfde spannings’moment’ met het weergeven
begint dan hebben we dat probleem niet. Met de autosetknop bepaalt de
oscillosoop zelf de triggerspanning. In dit geval op de helft van de topwaarde
(ongeveer 150 Volt) van de opgaande flank. We kunnen de triggerspanning
ook handmatig instellen. Bij veel autotechnische signalen moet dit gebeuren om
een correct signaalbeeld te krijgen. Als voorbeeld bekijken we het signaalbeeld
van een inductieve ABS-sensor. Deze lijkt namelijk het meeste op de besproken
sinusvormige spanning. We laten twee signalen zien: de ene opgenomen met
15

een lage voertuigsnelheid (fig. 19) en de tweede met een wat hogere snelheid
(fig. 20). Om ons te helpen met het aflezen van het signaal hebben we de
Figuur 19: Signaal van een ABS-sensor bij een lage voertuigsnelheid.
Figuur 20: Signaal van een ABS-sensor bij een wat hogere voertuigsnelheid.
oscilloscoop zo ingesteld dat deze de frequentie uitrekend. Omdat de effectieve
waarde hier geen rol speelt laten we de oscilloscoop bovenin het scherm de
top-top waarde weergeven. We zien bij het oplopen van de wagensnelheid twee
grootheden veranderen. De frequentie en de top-top waarde. Uiteraard kunnen
we de uitgerekende waarden ook uit het signaalbeeld halen. De ABS-computer
zelf gebruikt uiteindelijk alleen de frequentie van het signaal.
16

6.6 De AC/DC instelling
Oscilloscopen kennen een zgn. input-koppeling of AC/DC instelling. Deze instelling
is wat verwarrend. De DC-instelling wil niet zeggen dat hiermee de
oscillocoop alleen geschikt is voor gelijkspanning, integendeel. We gebruiken
een oscilloscoop voornamelijk in zijn DC-koppeling. In de AC-instelling wordt
intern een condensator geplaatst tussen de meetprobe en de ADC-converter van
de oscilloscoop. Hierdoor worden alleen maar wisselspanningen naar de oscilloscoop
doorgelaten. Het gelijkspanninggedeelte van het signaal wordt als het
ware tegengehouden. De AC-instelling is bijv. nuttig wanneer we alleen maar
de dynamorimpel willen bestuderen die bovenop de 14 V gelijkspanning staat.
6.7 Bijzondere oscilloscopmodes
Digitale oscilloscopen hebben in veel gevallen een aantal bijzondere modes c.q.
instellingen. We noemen:
• de ’single shot’ mode;
• de rolmode;
• de cursorfunctie;
• de ’smooth’ instelling;
• piekdetectie.
6.7.1 De ’single shot’ mode
Wanneer de digitale oscilloscoop in de single shot mode staat, wordt op het bereiken
van de triggerspanning eenmalig het scherm volgeschreven. Hierna stopt
de acquisitie. Deze mode wordt voornamelijk gebruikt wanneer we eenmalige
gebeurtenissen zoals het startproces van de auto willen vastleggen.
6.7.2 De rolmode
Wanneer signalen erg langzaam zijn moet er soms lang gewacht worden voordat
het scherm weer opnieuw wordt volgeschreven. In de rolmode wordt er niet
meer getriggerd maar wordt het signaal direct naar het scherm weggeschreven.
Het signaal rolt dan als het ware over het scherm. Sommige oscilloscopen doen
dit automatisch vanaf een bepaalde langzame instelling van de tijdbasis.
6.7.3 De cursorfunctie
Veel moderne oscilloscopen zijn uitgevoerd met een cursorfunctie. Op het
scherm verschijnen dan één of twee loodrecht op elkaar staande lijnen (crosshairs)
die met behulp van functietoetsen over het scherm kunnen worden bewogen.
De snijpunten van de ’cross-hairs’ volgen de signaallijn. Op het scherm kan
dan het tijdsverschil resp. het spanningsverschil tussen de vastgelegde punten
worden aangegeven (fig. 21).
17

Figuur 21: Met behulp van de cursorfunctie kan o.a. het tijdsverschil en het spanningsverschil
tussen twee gemarkeerde punten worden weergegeven.
6.7.4 De ’smooth’ instelling
Wanneer veel stoorsignalen een signaal vervuilen dan is het vaak moeilijk om
het eigenlijke signaal nog te herkennen. Zo’n gestoord signaal kan worden gefilteerd.
Dit kan men hardwarematig doen door een storingsfilter tussen de oscilloscoop
en de probe te plaatsen maar het kan ook softwarematig. Dit gebeurt
door de ’smooth’ instelling. Hoewel het signaal er wel duidelijker van wordt
is voorzichtighed geboden. We verwijderen immers bepaalde signaaldelen. Het
lambda-signaal is een voorbeeld van een signaal dat soms alleen maar door
filtering duidelijk zichtbaar gemaakt kan worden.
6.7.5 piek-detectie
Het eerder genoemde gevaar dat de oscilloscoop spanningspieken mist kan worden
beperkt door gebruik te maken van de peak-detectie functie (soms gebeurt
dit ook automatisch). In de piek-detectie gaat de oscilloscoop naar zijn hoogste
samplesnelheid, haalt de spanningpieken eruit en zet deze op het scherm. Een
dergelijke functie kan worden gebruikt wanneer we precies willen weten hoe
hoog bijv. bepaalde inductiespanningen zijn.
7 Het simulatieprogramma van Fluke
We kunnen ook zelf vitueel oefenen. Fluke brengt een simulatieprogramma uit
van de Fluke 123. Dit programma kan worden gedownload van de Timloto site
(www.timloto.org). Met dit programma wordt de Fluke 123 gesimuleerd. Het is
18

geen echte oscilloscoop maar alle knoppen ’werken’, zodat we kunnen zien wat
de invloed is van de diverse instellingen op de weergave van het signaal. Ook
bevat het programma softwarematig een eenvoudige functiegenerator waarmee
we verschillende signaalvormen op de virtuele display kunnen zetten. Omdat
we begonnen zijn met het signaal van het lichtnet, hebben we de waveformgenerator
(de simulatie van de functiegenerator) ingesteld op een sinusvormige
spanning van 320 V (amplitude) met een frequentie van 50 Hz. Klik hiervoor
op ’waveform-generator’, stel de spanning in, klik op ’apply’ en vervolgens op
de knop van de oscilloscoop. Fig. 22 geeft de schermafdruk weer.
Figuur 22: De virtuele Fluke 123 ’aangesloten’ op een sinusvormige wisselspanning van 50 Hz
(lichtnet)
19

8 Vragen en opgaven
1. Een oscilloscoop is zeker niet het eerste meetinstrument waar we naar
grijpen in geval van een storing. Omschrijf de wijze waarop men te werk
zal gaan.
2. Welke twee typen oscilloscopen worden hier onderscheiden?
3. Het aansluiten van een oscilloscoop op de auto zorgt nog wel eens voor
problemen. Welke genoemde methode zou uw voorkeur verdienen en
waarom?
4. Waarom moet het losnemen van computer-connectoren niet al te vaak
gebeuren?
5. Wat verstaan we onder een break-out box?
6. Op de regel: ’meet altijd t.o.v. de voertuigmassa’, zijn uitzonderingen.
Welke uitzondering wordt genoemd?
7. Wanneer wordt de COM-aansluiting gebruikt?
8. Wat is nu precies het probleem wanneer we de oscilloscoop aansluiten
zoals fig. 7 links weergeeft?
9. Wat is het verschil tussen een 10:1 en een 1:1 probe?
10. Soms wordt aanbevolen om altijd een 10:1 probe te gebruiken. Waarop
is dat gebaseerd?
11. Wat verstaat men onder galvanische scheiding?
12. Wat verstaat men onder ’sample en hold’?
13. Het ’sample en hold’ principe heeft voor oscilloscopen een belangrijk nadeel.
Welk nadeel wordt bedoeld?
14. In fig. 13 zien we een aantal (4) ’werkelijke’ signalen met vlak daaronder
het signaal zoals door de oscilloscoop wordt weergegeven. Verklaar hoe
de signaalvoorbeelden tot stand zijn gekomen.
15. Wanneer dienen we een oscilloscoop aan te zetten met een algehele reset?
16. Waarom dienen we de autosetfunctie te gebruiken bij onbekende signalen?
17. Op welke wijze ontstaat en sinusvormige wisselspanning?
18. Hoe kunnen we de spanning en de tijd van het scherm aflezen bij een
oscilloscoop?
19. Wat betekent 5V/div?
20. Hoe komt het dat Vtt van de lichtnetspanning 600 V bedraagt?
21. Wat verstaat men onder de effectieve waarde van een wisselspanning?
22. Wanneer de frequentie van een signaal door de oscilloscoop wordt weergegeven
is dit een berekende waarde. Verklaar dit.
23. Wat verstaat men onder de triggerspanning van een oscilloscoop?
24. Wanneer we de triggerspanning in de ’single shot’ mode te hoog instellen
wordt het signaal niet opgenomen. Verklaar dit.
25. Wat wordt verstaan onder de rolmode van een oscilloscoop?
26. Wat vestaat u onder de ’smooth’ instelling van een osciloscoop?
20

27. Installeer het Fluke simulatieprogramma, start het op en stel nu zelf de
virtuele oscilloscoop in zodat het signaal van fig. 17 verschijnt. Hulp:
• Klik op de balk ’Waveform Generator’ en stel de frequentie en amplitude
(=Vt) in.
• Klik op ’Apply’ en ’OK’ waarna het signaal op het scherm verschijnt.
• Klik op knop waarna de oscilloscoop zich instelt en een
goed leesbaar signaal op de vituele display verschijnt.
Nu moeten we nog de aflezing van de bovenste balk instellen. Klik op
de gele knop < V HZAΩ >. Er verschijnt dan ’Input A Measurements’.
Kies voor Peak (peak-peak) en Hz met de pijtjes toetsen gevolgd door het
klikken op voor ’Enter’.
28. Doe nu hetzelfde voor het signaal van fig. 19.
29. Oefen met triggerinstelling door uit te gaan van fig. 19 van de vorige opdracht.
Na de instelling op ongeveer 320 Hz en een Vtt van 2 V zien we
dat de triggering plaats vindt op ongeveer 1 V van de opgaande positieve
flank. Het triggerpunt ligt niet aan het begin van het scherm maar twee
hokjes naar rechts. Wanneer we nu op klikken dan selecteren we
de triggerinstelling. Met behulp van de pijltjes-toetsen kunnen we nu de
triggerspanning, positief, negatief opgaand of neergaand instellen. Oefen
hiermee en stel ook eens de triggerspanning hoger in dan de topwaarde
van de spanning. Geef een verklaring voor de verandering van het signaalbeeld.
30. Klik op de knoppen en en verklaar wat er gebeurt.
21