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Oszilloskope

 

Oszilloskope

Mit einem Oszilloskop kann man elektrische Spannungen zuverlässig messen, den Verlauf anzeigen und die Daten weiterverarbeiten.

Oszilloskope finden vor allem dann Einsatz, wenn Spannungen angezeigt, gemessen und deren Verlauf verfolgt werden sollen.
Es gibt analoge und digitale Oszilloskope, die für verschiedene Einsatzzwecke ideal sind. Viele Geräte lassen sich direkt an PCs anschließen.
 


 

Was ist ein Oszilloskop?

Mit einem Oszilloskop lassen sich eine oder mehrere elektronische Spannungen messen und auf einem Bildschirm anzeigen. Das ermöglicht die Anzeige eines Verlaufs der Spannung. Der Verlaufsgraph wird meistens zweidimensional angezeigt. Auf dem Markt gibt es analoge und digitale Oszilloskope. Analoge Oszilloskope nutzen eine Kathodenstrahlröhre für die Anzeige und werden daher auch häufig als Kathodenstrahloszilloskop bezeichnet. Mittlerweile setzen die meisten Anwender aber auf digitale Oszilloskope, die analoge in digitale Signale umwandeln. Diese Oszilloskope können die Ergebnisse auch speichern und an PCs übertragen. Anders als mit einem Multimeter kann man elektrische Signale damit nicht nur erfassen und auswerten, sondern auch in ihrem Zeitverlauf darstellen und weiterverwerten.

Zu den wichtigsten Kenngrößen gehören:

  • Der elektrische Strom
  • Die Signalfrequenz
  • Die Phasenverschiebung
  • Die Durchgangskennlinien
  • Das Tastverhältnis
  • Die Frequenzlänge
  • Die Impulse
Oszilloskop


 

Welche Typen von Oszillskopen gibt es?

Oszilloskope gibt es in verschiedenen Varianten und Preiskategorien. Hauptsächlich unterteilen sich Oszilloskope aber in folgende Kategorien:

Digitales Oszilloskop
  • Führt eine Analog-Digital-Umwandlung durch
  • Daten werden weiterverarbeitet 
  • Mehr Funktionen als das analoge Modell: Pre-Triggerung, Mittelwertbildung, Analysesoftware, automatische Einstellungen auf unbekannte Signale
  • Zusatzfunktionen: Spitzen-Erkennung und Unterabtastung
  • Vorteile: Funktionsvielfalt, sparsamer LCD-Bildschirm, Daten können über PC weiterbearbeitet werden
  • Nachteile: Aliasing, komplizierte Bedienung
Analoges Oszilloskop
  • Heute im praktischen Einsatz nur noch untergeordnete Bedeutung
  • Spannung über Verstärker auf Kathodenstrahlröhre projiziert
  • Ablenkung des Elektronenstrahls anders als bei anderen Bildschirmen kapazitiv über elektrische Felder
  • Vorteile: Preisgünstigere Verfügbarkeit von DSO
  • Nachteile: große Einbautiefe der Bildröhre, Leuchtfleckverformung mit zunehmender Ablenkung
Mixed-Signal-Oszilloskop
  • Digitales Oszilloskop mit zusätzlichen digitalen und analogen Eingängen
  • Kombination aus analogem und digitalem Modell
  • Digitalisierte Signale lassen sich über analogen Kanal auf Fehler überprüfen
  • Digitale Kanäle auf bestimmte Logistik-Familie einstellbar (TTL, CMOS, etc.)

Außerdem muss unterschieden werden, ob das Oszilloskop im Hobby-Bereich verwendet wird oder ob es für den professionellen Einsatz geeignet sein soll. Wird das Oszilloskop dauerhaft eingesetzt und sind 100% korrekte Daten wichtig, sollte man auf ein höherwertiges, digitales Oszilloskop setzen. Günstige Geräte sind meistens ungenauer, etwas geringer ausgestattet und haben keine so lange Lebensdauer. Für den Heimgebrauch gibt es noch PC-Oszilloskope. Dabei handelt es sich um abgespeckte digitale Oszilloskope, die ihre Daten sofort an einen PC weitersenden.

Kaufkriterien für Oszilloskope – Worauf muss beim Kauf geachtet werden?

Beim Kauf eines Oszilloskops sollte klar sein, wofür es gebraucht wird. Man unterscheidet vor allem die Bereiche Hobby und professioneller Einsatz. Außerdem ist wichtig, ob die Werte aufgezeichnet und später an einem PC bearbeitet werden sollen. Dazu sind analoge Oszilloskope zum Beispiel nicht in der Lage. Aber auch bei digitalen Oszilloskopen gibt es Unterschiede in der Qualität und Bandbreite der Messung sowie in den Analysemöglichkeiten.  

Soll das Gerät transportiert werden, muss natürlich auch auf das Gewicht geachtet werden. Beim Anschluss an verschiedene PCs muss sichergestellt sein, dass die PC-Schnittstelle des Oszilloskops auch für alle eingesetzten Geräte passt. Manche Oszilloskope zeichnen nicht selbst auf, sondern übertragen die Daten sofort an einen PC. Diese werden auch als PC-Oszilloskope bezeichnet.

Privater Einsatz im Hobby

  • Wenn die Werte aufgezeichnet werden sollen, braucht man ein digitales Oszilloskop.
  • Wenn keine Aufzeichnung nötig ist, dann reichen analoge Geräte aus, die günstiger sind.
  • Welchen Zeitraum kann das Gerät aufzeichnen?
  • PC-Schnittstelle bei digitalen Geräten berücksichtigen!
  • Software des Herstellers geeignet für den Einsatz?
  • PC-Oszilloskope sind günstig und bieten direkten Anschluss an einen PC.

Professioneller Einsatz

  • Nur digitales Oszilloskop sinnvoll.
  • Nur digitale Oszilloskope berücksichtigen, die auch kurze Zeiträume und -Intervalle messen können.
  • Mehrkanal-Oszilloskopen können mehrere Spannungen aufzeichnen.
  • Sollen Ströme, Drücke und Magnetfelder angezeigt, gemessen und analysiert werden, sind entsprechende Wandler notwendig.
  • Sollen spezielle Werte wie Spitzenspannung und Effektivwert angezeigt werden, muss das Oszilloskop das unterstützen.
  • Soll auf dem Bildschirm ein Cursor zur Verfügung stehen, um Messbereiche zu markieren?
  • Höherwertige Oszilloskope können auch Signalanalysen durchführen.
  • Das Protokoll der PC-Schnittstelle sollte protokolliert sein, damit nicht nur auf die Software des Herstellers gesetzt werden muss.
  • Auf optimale Abtastrate achten.
  • PC-Oszilloskope sind meistens nicht für den professionellen Einsatz geeignet.
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Spezialbegriffe verstehen - Kanal, Bandbreite und Abtastrate

Beim Oszilloskop-Kauf stoßen Kunden sehr häufig auf Spezialbegriffe. Diese sollte man zumindest in Grundzügen verstehen, um das optimale Gerät zu finden. Vor allem die Eingangsquellen und der Messbereich spielen hier eine wichtige Rolle.

Begriff Bedeutung
Kanal Eingang für Spannung
Mehrkanal Mehrere Eingänge für Spannungen
Bandbreite Gibt an, welche Signal-Frequenzen das Oszilloskop verarbeiten kann
Anstiegszeit Gibt an, wie lange ein Rechtecksignal von 10-90%
benötigt
Abtastrate Gibt an, mit welcher Geschwindigkeit das Eingangssignal digitalisiert wird


 

Oszilloskope


 

FAQs: Die häufigsten Fragen zu Oszilloskopen

Was bedeutet Triggerung?
Um bei periodischen Signalen ein stehendes Bild zu erhalten, muss die Aufzeichnung vor jedem Durchlauf so lange aufgehalten werden, bis das zu messende Signal einen definierten Zustand erreicht. Diesen Zustand nennt man "Trigger". Bei den meisten Oszilloskopen ist der Triggermodus automatisiert, das Gerät erkennt den wiederkehrenden definierten Zustand des Signals selbst wieder und kann den Strahllauf entsprechend steuern. 

Welchen Tastkopf brauche ich für mein Oszilloskop?
Es gibt aktive und passive Tastköpfe. Der Vorteil der passiven Ausführungen besteht in ihrer robusten Bauweise und ihrem günstigen Preis. Sieh haben eine gute Impedanz und einen geringeren Einfluss auf das Messergebnis. Gute Ergebnisse werden hier allerdings nur im Niederfrequenzbereich erzielt. Wenn der Messpunkt hingegen nicht ausreichend niederohmig und eine Tastkopfkapazität von 10 bis 20 pF nicht zulässig ist, nutzt man den aktiven Tastkopf.

Was ist die Eingangsimpedanz?
Die Eingangsimpedanz, auch Eingangswiderstand, eines Oszilloskops beträgt üblicherweise 1 M-Ohm oder 50 Ohm, um den Messpunkt (<< 1 MΩ) nur wenig zu belasten. Er kann durch Vorschalten eines Tastkopfes auf 10 M-Ohm oder mehr erhöht werden und lässt sich auf die jeweilige Bandbreite abstimmen. 

Welche Bandbreite brauche ich?
Welche Bandbreite Sie benötigen, hängt von den Anstiegszeiten der Signale ab, die gemessen werden sollen. In der modernen Digitaltechnik ist der Takt meistens die höchste Frequenz, die in einem System vorkommt. Ist die Anstiegszeit größer als 500 ps, sollte die Bandbreite mindestens zwei bis drei Mal so groß sein wie die Taktfrequenz. 

Fazit: So kaufen Sie das richtige Oszilloskop

Soll ein einfaches Einstiegsgerät erworben werden, das nicht aufzeichnen kann, reicht ein analoges Oszilloskop aus. Wenn aber die Ansprüche steigen und die Werte auch aufgezeichnet werden sollen, muss ein digitales Oszilloskop her. Hier sollte vor dem Kauf überprüft werden, ob die Schnittstellen ausreichen und welchen Zeitraum das Gerät aufzeichnen kann. Auch die Anzahl der aufzunehmenden Spannungen muss berücksichtigt werden.

Höherwertige Oszilloskope bieten darüber hinaus die Möglichkeit die Signale zu analysieren. Außerdem sind mathematische Operationen möglich, zum Beispiel eine Fourier-Transformation oder die Berechnung der Spannungsverläufe von zwei Kanälen. Manche Geräte können die gemessene Spannung mit einer Vorgabe vergleichen und anzeigen, ob die gemessene Spannung von der Vorgabe abweicht.


Beim professionellen Einsatz muss noch auf die Speichertiefe und die Wandlerauflösung geachtet werden. Darauf basierend lässt sich errechnen, wie viele Daten das Gerät speichern kann. Normalerweise haben Geräte eine Auflösung von 8 Bit. Diese reicht meistens aus, 12 Bit sind natürlich besser, wenn mehr Daten gespeichert und später weiterverarbeitet werden sollen.