Oszilloskope

Für die Messung von elektrischen Spannungen gibt es die unterschiedlichsten Methoden. Im Kfz-Service reicht einer erfahrenen Fachkraft oft schon eine einfache Prüflampe aus, um festzustellen, ob ein Kabel spannungsführend ist oder nicht. Die Ursachen für dunkel bleibende Scheinwerfer oder einen nicht funktionierenden Fensterheber lassen sich so schnell finden. Mechatronik-Fachleute, die es genauer wissen möchten, verwenden sehr gerne digitale Multimeter. Denn mit diesen Messgeräten werden die vorliegenden Spannungswerte exakt angezeigt.

Wenn es aber darum geht, schnell wechselnde Spannungsänderungen oder ständig wiederkehrende Signale darzustellen, sind selbst gut funktionierende Multimeter schnell an ihren Grenzen angelangt. In diesem Fall helfen Oszilloskope weiter. Denn diese Messgeräte haben einen Bildschirm, auf dem Spannungskurven oder Signalformen genau dargestellt werden.

Auch wenn diese Messgeräte aufgrund ihrer vielen Einstellelemente, Schalter und Regler im ersten Moment recht kompliziert erscheinen, ist das Messen mit einem Oszilloskop im Grunde genommen recht einfach. Wir erklären Ihnen gerne mehr zu diesen praktischen und mittlerweile auch erschwinglichen Messgeräten.

Wie bereits angesprochen, werden Oszilloskope genutzt, um Spannungsverläufe oder Signale genauer zu betrachten. Wenn in der Elektronik oder Technik von Signalen gesprochen wird, sind nicht die Lichtsignale von Ampeln gemeint. Vielmehr geht es um Spannungsänderungen, die analoge oder digitale Informationen beinhalten. Bei einem TV-Gerät zum Beispiel sprechen die Fachleute von Videosignalen, die zur Übertragung der Bildinformation dienen. Die Audiosignale hingegen übertragen die Toninformationen.

Wenn bei einem Fernseher der Ton trotz aufgedrehter Lautstärke nicht mehr zu hören ist, kann mit einem Oszilloskop recht einfach geprüft werden, wo der Signalweg unterbrochen ist.

Es können aber auch das Schwingverhalten von Oszillatoren, die Impulse von Sensoren oder auch Phasenverschiebungen zwischen zwei Signalen gemessen werden. Die hier aufgelisteten Beispiele sind jedoch nur ein ganz kleiner Ausschnitt der fast grenzenlosen Einsatzmöglichkeiten von Oszilloskopen.

Übrigens: Da die Darstellung des Messergebnisses am Bildschirm oft an ein Gerät erinnert, das Kurven auf Papier zeichnet, wurden die ersten Oszilloskope auch als Oszillographen bezeichnet. Umgangssprachlich sagen technische Fachkräfte mittlerweile aber auch ganz gerne Oszi, Scope oder sogar Oscar zu ihren Oszilloskopen.

Aufgrund der baulichen Länge der Röhre haben analoge Röhren-Oszilloskope verhältnismäßig große Gehäuse und sind in erster Linie für den stationären Einsatz ausgelegt.

Über dem Bildschirm ist ein Rastergitter mit dünnen Linien angebracht.

Damit lässt sich der Elektronenstrahl sauber ausrichten.

Zudem können konkrete Aussagen zur Spannungshöhe und über die Frequenz des gemessenen Signals gemacht werden.

Wenn der Linienabstand einen Zentimeter beträgt, sind die Skalen der relevanten Einstellknöpfe mit einem Wert pro Zentimeter, also mit z.B. 5mV/cm bzw. 0,1s/cm beschriftet.

Hat der Linienabstand abweichende Werte, wird bei der Beschriftung z.B. 5mV/DIV. (DIV. für Division bzw. Abschnitt) verwendet.

Die vertikale Ablenkung des Elektronenstrahls geschieht über den Messeingang bzw. über das zu messende Signal.

Da an den Platten eine verhältnismäßig hohe Spannung anliegen muss, um den Strahl überhaupt ablenken zu können, ist der Messeingang ebenfalls mit einem internen Verstärker verbunden. Dadurch können auch verhältnismäßig kleine Spannungen im Bereich von 1/1000 V problemlos gemessen werden.

Wenn zu der bereits beschriebenen horizontalen Ablenkung auch noch eine vertikale Ablenkung durch das Eingangssignal hinzukommt, wird statt einer waagerechten Linie der Spannungsverlauf des gemessenen Signals dargestellt.

Für eine aussagekräftige Signaldarstellung verfügt der Messeingang über einen Wahlschalter für die Vertikalablenkung, mit dem die Verstärkung des Messsignals abgestuft eingestellt werden kann.

Dadurch lässt sich eine optimale Ansicht des Messsignals einstellen.

Wie wird die Spannungshöhe mit einem Oszilloskop gemessen?

Der Wahlschalter für die Vertikalablenkung wurde im gezeigten Beispiel auf 0,1 V/Divider (DIV) eingestellt, was bei einer Signalhöhe von vier Kästchen einen Wert von 0,4 V_ss bzw. 400 mV_ss für das Rechtecksignal ergibt.
 

Wie wird die Frequenz mit einem Oszilloskop gemessen?

Die Zeitdauer für einen positiven und einen negativen Impuls der Rechteckspannung beträgt in der beigefügten Zeichnung zwei Kästchen bzw. Teiler (Divider). Der Wahlschalter für die Ablenkgeschwindigkeit bzw. die Timebase wurde zur Messung auf 0,5 ms/DIV. eingestellt. Das bedeutet, dass eine Periode des Rechtecksignals 1 Millisekunde (T = 1 ms) dauert.

Aus dem Kehrwert der Periodendauer kann dann die Frequenz (f = 1:T) errechnet werden. Im gezeigten Beispiel hat die Rechteckspannung eine Frequenz von 1 kHz.

Mittlerweile setzen sich aber immer mehr Digital-Oszilloskope durch. Bei einem Digital-Oszilloskop wird das analoge Messsignal mit Hilfe eines Wandlers digitalisiert, gespeichert und dargestellt. Dadurch ist es bei entsprechender Triggerung möglich, selbst einmalige Vorkommnisse, die zum Beispiel bei einem manuell ausgelösten Schaltvorgang passieren, genau zu analysieren.

Aber auch die Braunsche Röhre hat mittlerweile ausgedient. Moderne Oszilloskope sind heutzutage mit farbigen Displays ausgestattet. Diese elektronischen Anzeigen bieten eine Fülle an zusätzlichen Informationen, die zusammen mit dem Messsignal angezeigt werden. Durch die kompakte Bauform benötigen moderne Scopes viel weniger Platz auf dem Messtisch und können sogar als tragbare Hand-Oszilloskope mit im Außendienst verwendet werden.

Alternativ dazu gibt es noch USB Oszilloskope bzw. PC Oszilloskope. Diese Messgeräte haben keine eigene Anzeige, sondern eine USB Schnittstelle. Sie werden einfach an einem Computer mit der dazugehörigen Software betrieben, wobei der Monitor zur Darstellung des Messergebnisses genutzt wird. USB Oszilloskope haben oft mehrere analoge und digitale Kanäle und sind ideal für Schulungszwecke und zur Ausbildung geeignet.