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Ratgeber

Digital-Oszilloskope » Digitale Variante der Messinstrumente

Oszilloskope gehören seit Jahrzehnten zu den wichtigsten Messinstrumenten. Während bis in 1980er Jahre rein analoge Oszilloskope mit klassischer Bildröhre Labore und Elektronikwerkstätten dominierten, finden sich dort heute nahezu ausnahmslos digitale Geräte. Sie verfügen über leistungsfähige Analog-Digital-Wandler, umfangreiche Speichermöglichkeiten und farbige LC-Displays.

Lesen Sie in unserem Ratgeber, wie Oszilloskope funktionieren, welche Vorteile die Digitalisierung bietet und welche Kriterien bei der Beschaffung von Digital-Oszilloskopen zu berücksichtigen sind.

  • Grundsätzliche Funktionen und Einsatzbereiche von Oszilloskopen

  • Vorteile digitaler Oszilloskope

  • Auswahlkriterien für die Beschaffung eines digitalen Oszilloskops

  • FAQ – häufig gestellte Fragen

Oszilloskope werden im Labor eingesetzt


Grundsätzliche Funktionen und Einsatzbereiche von Oszilloskopen

Ein Oszilloskop ist ein elektronisches Messinstrument, das variierende Signalspannungen grafisch als Funktion der Zeit in Wellenform anzeigt. Die dargestellte Welle – beispielsweise Sinus-, Rechteck, oder Sägezahnwelle – lässt sich auf Eigenschaften wie Amplitude, Frequenz, Anstiegszeit, Zeitintervall, Verzerrung und andere Eigenschaften analysieren. Die Übertragung der analogen Quell-Signale erfolgt typischerweise über zweipolige Kabel mit Krokodilklemmen oder Tastkopf, angeschlossen an eine BNC-Buchse. Die meisten Oszilloskope verfügen über zwei oder vier Buchsen, hochpreisige Modelle bieten sechs oder mehr dieser analogen Eingänge. Jeder Eingang steht dabei für einen Kanal des Oszilloskops.

Ausgegeben werden die analysierten Signale auf einem Bildschirm, in der Regel als numerische Werte und als Graphen in Linien- oder Kurvenform. Die Werte umfassen üblicherweise Mittelwerte, Maxima und Minima, Effektivwerte und Frequenzen. Bei mehrkanaligen Oszilloskopen lassen sich die Eingangssignale gleichzeitig darstellen und miteinander in Beziehung bringen. 
Eine Reihe von Kontrollknöpfen sorgt unter anderem für die Skalierung sowie die horizontale und vertikale Ausrichtung der Signalformen.

Oszilloskope sind in den Naturwissenschaften, in der Medizin, im Ingenieurwesen, in der Automobilindustrie und in der Telekommunikationsindustrie zu finden. Allzweckinstrumente werden für die Wartung von elektronischen Geräten und für Laborarbeiten verwendet.

digitales Oszilloskop


Vorteile digitaler Oszilloskope

digitale Oszilloskope

Während analoge Geräte ständig variierende Spannungen darstellen, basieren digitale Geräte auf Abtastwerten der Spannung. Dabei gilt:
Je höher die Abtastrate, desto mehr Werte lassen sich erfassen und desto genauer sind Analyse und Darstellung
.
Die Umsetzung der gemessenen analogen Spannungen in digitale Werte übernimmt dabei ein hochpräziser Analog-Digital-Wandler.

Das digitale Speicher-Oszilloskop, kurz DSO, kennzeichnet heute den Standardtyp von Oszilloskopen für die meisten industriellen Anwendungen.
Es ersetzt die elektrostatische Speichermethode in analogen Speicher-Oszilloskopen durch einen digitalen Speicher.

Die weitaus meisten Digital-Oszilloskope besitzen farbfähige LC-Displays in unterschiedlich hohen Auflösungen und Größen.
Digitale Speicher-Oszilloskope verfügen zudem über Schnittstellen wie einen parallelen Druckeranschluss, einen seriellen RS-232-Anschluss, einen IEEE-488-Bus oder einen GPIB-, USB- oder Ethernet-Anschluss.
Damit ist eine Fernsteuerung beziehungsweise automatische Steuerung sowie die Übertragung der erfassten Wellenformen an eine externe Anzeige oder zur Speicherung möglich.



Auswahlkriterien für die Beschaffung eines digitalen Oszilloskops

  • Mit Bandbreite wird bei Oszilloskopen jener Frequenzbereich des analogen Signals bezeichnet, in dem eine exakte Messung durch den AD-Wandler möglich ist. Bereits beim Erreichen der Maximalfrequenz kann das Signal um drei Dezibel abgeschwächt sein, was Amplitudenfehler von bis zu 30 Prozent zur Folge haben kann.

    Da die Bandbreite zu den wichtigsten Kenngrößen eines Oszilloskops gehört, sollte man sich je nach Einsatzbereich und Anforderungen an die Flexibilität des Oszilloskops für eine größere Bandbreite entscheiden, beispielsweise für 100 Megahertz statt für 50 Megahertz. Als Faustregel gilt: Die Bandbreite sollte etwa doppelt so groß sein wie die höchste zu messende Frequenz. Gängige Bandbreiten sind 50, 70, 100, 200 und 300 Megahertz. Spitzengeräte erfassen mit ihrer Bandbreite sogar Signale bis zu einer Frequenz von zwei Gigahertz.

  • Die Abtastrate – oft auch mit Sampling-Rate bezeichnet – steht für das Auflösungsvermögen der Messung und damit für die Genauigkeit der erfassten Daten. Je häufiger der Wandler pro Sekunde die Intensitäten des analogen Signals in digitale Werte übersetzt, desto exakter ist das Messergebnis.

    Gängige digitale Oszilloskope verwenden Wandler mit einer Abtastrate von einer Milliarde Messungen pro Sekunde, in den technischen Daten angegeben als „1 Giga Samples per Second“, abgekürzt 1 GSa/s. Sehr hochwertige Geräte schaffen sogar bis zu 50 Milliarden Samples pro Sekunde.

  • Grundsätzlich genügt an einem digitalen Oszilloskop ein einziger Eingang für das analoge Signal. Um verschiedene Signalquellen miteinander vergleichen zu können, sind zwei, vier oder sechs Eingänge sinnvoll. Dabei wird jeder Eingang als Kanal bezeichnet. Ausgeführt sind die Kanal-Eingänge als BNC-Buchsen mit Drehverschluss.

  • Jeder mit dem Sampling erfasste Wert speichert der Wandler des Oszilloskops als digitalen „Punkt“. Es versteht sich von selbst, dass digitale Oszilloskope riesige Mengen von diesen Punkten produzieren. Wie viele in den Speicher passen definiert die Speichertiefe: Je höher die Speichertiefe, desto besser ist die Auflösung und die je länger kann eine Aufzeichnung dauern. Geräte der Einstiegsklasse bieten bereits eine Kapazität von 500.000 Punkten pro Kanal, 10 Millionen Punkte lassen sich als Durchschnittswert angeben.   

  • Der Begriff „Trigger“ leitet sich vom englischen „Auslöser“ ab. Die Trigger-Funktion lässt sich somit als Start- oder Stop-Signal für die Signalaufzeichnung nutzen. Erreicht beispielsweise eine Messung einen bestimmten Spannungswert, startet die Aufzeichnung und stoppt automatisch, wenn dieser Wert unterschritten wird.

  • Viele digitale Oszilloskope bieten deutlich mehr als „nur“ die zeitabhängige Analyse von Spannungen. So gibt es eingebaute Funktionsgeneratoren und Logik-Analysatoren ebenso wie Spektrum-Analysatoren und Multimeter-Funktionen. Ein digitales Oszilloskop kann somit einige andere Messinstrumente nahezu vollständig ersetzen.



FAQ – häufig gestellte Fragen zu Digital-Oszilloskopen

Wie lassen sich Tastköpfe für digitale Oszilloskope abgleichen?

Die meisten professionelle Oszilloskope ermöglichen den Abgleich durch den Anschluss des Tastkopfs an einem speziell dafür vorgesehenen Ausgang. Die Tastkopfspitze wird dabei an den „Haken“ für das Rechtecksignal und die schwarze Klemme mit dem Masseanschluss verbunden. Auf dem Display des Oszilloskops erscheint das Signal, dessen rechteckige Form durch Einstellung des Trimmkondensators im Tastkopf korrigiert werden kann.

Was bedeutet der Einstellknopf mit der Aufschrift „Auto“?

Wird eine Spannung mit einer Frequenz von wenigsten 50 Hertz zugeführt, übernimmt das Oszilloskop wird automatisch die Anpassung der vertikalen, horizontalen sowie der Trigger-Einstellungen.

 

Digital-Oszilloskop
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