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Oszilloskope und Messtechnik

Ein Oszilloskop ist ein elektronisches Messgerät zur optischen Darstellung einer oder mehrerer elektrischer Spannungen in Abhängigkeit zu deren zeitlichem Verlauf und deren Darstellung auf einem Bildschirm

Die Darstellung stellt einen Verlaufsgraphen in einem zweidimensionalen Koordinatensystem dar. Üblicherweise ist die (horizontale) X-Achse die Zeitachse und die (vertikalen) Y-Achse (Ordinate) die anzuzeigenden Spannungen. Das dabei entstehende Bild nennt man Oszillogramm. 

Es gibt sowohl analoge als auch digitale Oszilloskope. Analoge Geräte sind allerdings mittlerweile von digitalen Geräten fast vollständig vom Markt verdrängt worden. 

Neben dem Multimeter ist das Oszilloskop eines wichtigsten Mess- und Diagnosewerkzeuge in der Elektronik.


Die Unterscheidung: analog und digital

Bei analogen Oszilloskopen durchläuft die zu messende Spannung einen einstellbaren Verstärker und wird dann auf den Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre „projiziert“, d.h. der Elektronenstrahl wird durch die Eingangsspannung in Y-Richtung abgelenkt. Der Elektronenstrahl bewegt sich von links nach rechts (während dieser Zeit wird das Bild gezeichnet) und kehrt anschließend sofort zum Ausgangspunkt zurück.

Analoge Oszilloskope spielen heutzutage nur noch eine untergeordnete Rolle. Gründe sind u.a. technischer Natur, praktischer Natur, die eingeschränkten Möglichkeiten, die Größe der Kathodenstrahlröhre und die immer preiswerter werdenden digitalen Geräte.

Einzelne Anwendungsbereiche von einfachen analogen Oszilloskopen liegen im Ausbildungsbereich in technischen Schulen und im privaten Bereich.

 

Immer häufiger werden digitale Oszilloskope (DSO: Digital Sampling Oscilloscope) verwendet. Sie führen eine Analog-Digital-Wandlung durch und sind prinzipiell Speicheroszilloskope. Sie können Daten auch nach der Messung zur Verfügung stellen, auf einem Speichermedium ablegen oder auf einen PC übertragen.

Die genannten Eigenschaften analoger Oszilloskope gelten natürlich auch für die Digitaloszilloskope. Jedoch verfügen sie über eine Vielzahl zusätzlicher Funktionen: 

  • Pre-Triggerung: Damit kann man auf ein bevorstehendes Ereignis warten (z.B. eine Spannungsspitze) und sich dank der Speicherung den Signalverlauf vor dem Ereignis betrachten
  • Mittelwertbildung über viele Anzeigeperioden
  • Möglichkeit zum Einsatz von Analyse-Software für z.B. Anstiegszeit, Impulsbreite, Amplitude, Frequenz usw.
  • Automatische Einstellung auf ein unbekanntes Signal
  • Summen- oder Differenzbildung zwischen Kanälen usw.
  • Frequenzspektren, Histogramme, Statistiken

Die Eingangsspannung wird mit einem Analog-Digital-Umsetzer digitalisiert. Zum Wandeln hochfrequenter Signale werden parallele Analog-Digital-Umsetzer eingesetzt. Neben der Auflösung in Y-Richtung (Spannung) ist auch die zeitliche Auflösung eine wichtige Kenngröße. Sie wird durch die analoge Bandbreite des Oszilloskops sowie durch die Abtastrate bestimmt. Je höher die Abtastrate, desto höher ist die mögliche Auslösung.

Eine weitere wichtige Kenngröße ist die Speichertiefe, also die Zahl der speicherbaren Messwerte. Diese teilt sich auf die Zahl der für die Messung benutzten Kanäle auf.

 

Unterschiede gegenüber dem analogen Oszilloskop

  • Die Anzeige kann größer und sogar farbig sein Spitzenerkennung
  • Es kann der Signalverlauf vor dem Triggerzeitpunkt betrachtet werden
  • Komplexe Trigger-Funktionen
  • Autoset und Autorange ermöglichen eine automatische optimale Einstellung in Abhängigkeit der Eingangssignale
  • Scrollen und Vergrößern über gespeicherte Graphen
  • Aufzeichnen sehr langsam vonstatten gehender Vorgänge (z. B. der Spannungsverlauf über einen Tag)
  • Der Speicher des Oszilloskopes kann anstatt purer Zahlenwerte auch die grafische Darstellung speichern, die dann jederzeit wieder abrufbar ist
  • Automation und Fernsteuerung über standardisierte Schnittstellen (serielle Schnittstelle, USB-Port, usw.)
  • Daten- oder Bilddatei können gespeichert und in anderen Anwendungen eingebunden werden
  • Ausgabe von numerischen Messwerten wie Effektivwert oder Spitzenwert eines Messverlaufs
  • Cursor-Funktionen für das genaue Ausmessen von Abständen im dargestellten Oszillogramm
  • Bildung abgeleiteter Messkanäle, sogenannter „Mathematik-Kanäle“. Damit kann z. B. das Spektrum eines Signals mittels Fourier-Transformation in Echtzeit gebildet und angezeigt werden
  • Bestimmte Einstellungen des Oszilloskops können gespeichert und später wieder abgerufen werden