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Das Oszilloskop ist eines der wichtigsten Mess- und Diagnosewerkzeuge in elektronischen und elektrotechnischen Bereichen. Unser Ratgeber gibt einen Überblick über die verschiedenen Oszilloskoptypen und die wichtigsten Kaufkriterien.

 

 

  

Was ist ein Oszilloskop?

Oszilloskope sind elektronische Messgeräte, die mehrere elektrische Spannungen gleichzeitig auf einem Bildschirm sichtbar machen. Im Mittelpunkt der Messungen stehen zumeist der zeitliche Verlauf und die zeitlichen Änderungen der Spannungskurven. Zu diesem Zweck wird in einem zweidimensionalen Koordinatensystem mit horizontaler X-Achse (Zeitachse) und vertikaler Y-Achse (Spannungsachse) die Spannungszeitreihe, auch Verlaufsgraph genannt, dargestellt. Das auf einem kleinen Bildschirm dargestellte Bild ist das Oszillogramm. Während die früher üblichen analogen Oszilloskope aus Kathodenstrahlröhren ähnlich den Fernsehbildröhren bestanden, verwenden ihre digitalen Nachfolger heute LC-Displays.

Je nachdem wo das Oszilloskop seinen Einsatz findet, empfehlen sich Hand- oder Tischoszilloskope sowie Oszilloskopvorsätze. Obwohl die Technik in den Oszilloskopen immer kompakter und die Geräte dadurch immer kleiner werden, unterschreiten gewöhnliche Tischoszilloskope eine gewisse Größe nicht. Dies ist dem Ausmaß von Display und Tastatur geschuldet, die dem Nutzer eine genauere Ansicht der Verlaufsgraphen und somit auch eine bessere Fehlerbehebung ermöglicht. 

Oszilloskopvorsätze können an Bildschirme angeschlossen werden.

Möchten Sie mobil sein und dennoch nicht auf einen großen Monitor verzichten, sollten Sie den Kauf eines Oszilloskopvorsatzes, auch Vorschaltoszilloskop genannt, in Erwägung ziehen. Dieses kleine Gerät lässt sich per USB-Kabel an einen Laptop oder PC anschließen. Auf deren Bildschirm werden die Messungen visualisiert. Mitsamt aller Kabel und der Testköpfe passen Oszilloskopvorsätze in jede Laptoptasche.

Handoszilloskope, auch Handheld oder tragbare Oszilloskope genannt, werden mit Akku betrieben und sind hinsichtlich ihrer Leistungsstärke vergleichbar mit größeren Geräten. Techniker nutzen sie gerne im Außendienst oder zur Wartung größerer Maschinen in Produktionshallen. Zu beachten sind das verkleinerte Display und das kleinere Tastaturfeld. 

Tragbare Oszilloskope sind für den mobilen Einsatz geeignet.

Welche Oszilloskoptypen gibt es?

Unterschieden wird vornehmlich zwischen analogen und digitalen Oszilloskopen. Beide visualisieren sowohl das Spannungssignal als auch die Frequenz, Phasenverschiebungen, Durchgangskennlinien oder Impulsdiagramme.  

Digitale Oszilloskope verfügen über zahlreiche Funktionen.

Digitale Oszilloskope (englisch: Digital Storage Oscilloscopes, kurz DSO) führen Analog-Digital-Wandlungen durch und verfügen über zahlreiche praktische Features und Funktionen:

  • Pre-Triggerung: Damit kann man auf ein bestimmtes Ereignis warten, zum Beispiel eine Spannungsspitze. Dank Speicherung lässt sich der Signalverlauf vor dem Ereignis betrachten.
  • Digitale Spitzenerkennung (Störimpulserkennung)
  • Unterabtastung (Äquivalenzzeitabtastung)
  • Mittelwertbildung: Die Mittelung während zahlreicher Anzeigeperioden ermöglicht die Störunterdrückung bei periodischen Signalen
  • Analysesoftware für beispielsweise Anstiegszeit, Impulsbreite, Amplitude, Frequenz
  • Automatische Einstellung auf ein unbekanntes Signal
  • Mathematische Funktionen wie Summen- oder Differenzbildung zwischen Kanälen
  • Frequenzspektren/FFT, Histogramme, Statistiken

Als Speicheroszilloskope können sie Daten auch nach der Messung zur Verfügung stellen, auf einem Speichermedium ablegen oder auf einen PC übertragen. Nachteilig ist die im Vergleich zu analogen Geräten kompliziertere Bedienung sowie die Gefahr einer verzerrten Darstellung durch den Alias-Effekt. Dabei werden höhere Frequenzen fälschlicherweise als niedrigere interpretiert. Allerdings arbeiten DSOs energieeffizient mit LCD-Technologie und schnellen Prozessoren. Außerdem zeigen sie die Messdaten wesentlich präziser an. Moderne, digitale Oszilloskope stellen darüber hinaus umfangreiche Funktionen zur Signalanalyse zur Verfügung. Dabei lässt sich ihre Ansicht leicht vergrößern oder scrollen.

Analoge Oszilloskope sind wesentlich größer und unhandlicher als digitale. Nachteile bestehen in Orthogonalfehlern, der Randunschärfe, Kissenfehlern oder Unlinearitäten. Für eine analoge Version spricht der günstige Preis. Außerdem ist die kapazitative Ablenkung des Elektronenstrahls einfach über große Frequenzbereiche beherrschbar. Digitale Oszilloskope haben analoge Geräte aufgrund ihrer Funktionsvielfalt und ihrer Speicherkapazität mittlerweile nahezu komplett vom Markt verbannt.

Neben den analogen und digitalen Oszilloskopen gibt es außerdem CCD-Oszilloskope, Mixed-Signal-Oszilloskope oder die etwas spezielleren Waveformmonitoren (WFM) aus dem Bereich der Videotechnik.
Das CCD-Oszilloskop verfügt über eine kleine Elektronenstrahlröhre zur Erzeugung eines Schirmbildes auf dem in der Röhre befindlichen CCD-Sensor. Die Röhre ist extrem klein und kann daher im GHz-Bereich arbeiten. Das CCD-Oszilloskop hat keine Abtastlücke, sein Monitor zeigt das Bild an. Mittels Abschaltung des Elektronenstrahls lässt sich ein einziges Sample einfangen.
Das Mixed-Signal-Oszilloskop ist ein digitales Oszilloskop, das sowohl über analoge als auch digitale Eingänge verfügt. Die digitalen Kanäle lassen sich zumeist auf eine bestimmte Logikfamilie (TTL, CMOS) einstellen. Dabei unterscheiden sie ausschließlich die Zustände Low, High und undefiniert.
Der Waveformmonitor, kurz WFM, ist ein spezielles Oszilloskop, das in der professionellen Videotechnik analoge Videosignale misst.

Analoge Oszilloskope sind preiswerter, sind allerdings unhandlicher.

  

Worauf müssen Sie beim Kauf eines Oszilloskops achten?

Bevor Sie ein Oszilloskop kaufen, sollten Sie sich fragen, was Sie messen möchten und ob Sie es stationär am Arbeitsplatz oder unterwegs brauchen. Besonders beachtet werden müssen die Abtastrate, die Anzahl verfügbarer Kanäle, die Bandbreite, die Messgenauigkeit sowie die Speichertiefe. Nachfolgend gehen wir näher auf diese und andere Faktoren ein.

Analog oder digital?

Digitale Oszilloskope eignen sich bestens für hochfrequente Signale. Mit ihnen lassen sich umfangreiche Frequenzen, Funktionen und Signale effektiv aufzeichnen, abspeichern und analysieren. Darüber hinaus verfügen sie über einen größeren Funktionsumfang und erlauben die parallele Darstellung mehrerer Signale. Analoge Oszilloskope hingegen speichern anstatt des Signals das Bild auf der Röhre.  

Die Bandbreite

Die Bandbreite bestimmt die maximale Frequenz aller vom Gerät maximal erfassbaren Komponenten eines analogen oder digitalen Signals. Sie wird entsprechend der gewünschten Anwendung ausgewählt. Zur Messung analoger Signale sollte die Bandbreite mindestens dreimal so groß sein wie die maximale Frequenz des verlaufenden Signals, für digitale Signale mindestens fünfmal so groß. Wenn also die höchste Taktfrequenz 100 MHz beträgt, sollte das Oszilloskop mindestens 500 MHz messen können. Insbesondere hochfrequente Signale bedürfen einer hohen Bandbreite, um zuverlässig messen zu können und verzerrte Signale zu verhindern.

Die Eingangskanäle

Oszilloskope verfügen über bis zu vier Kanäle für das Eingangssignal, mit denen sich bis zu vier Messungen gleichzeitig darstellen und vergleichen lassen. Entscheidend ist die Flexibilität und Genauigkeit der Kanäle. Sie können zwischen analogen und digitalen Eingängen wählen. Speziell isolierte Eingänge helfen zudem, bei Messungen an Stromversorgungen Kurzschlüsse zu vermeiden.

Die Abtastrate

Die Abtastrate bestimmt maßgeblich die Auflösung und die Genauigkeit der Messung. Sie legt fest, wieviele Details der aus einzelnen Samplepunkten bestehenden Linien und Wellenformen das Oszilloskop aufnimmt und speichert. Je höher die Abtastrate des Oszilloskops, desto mehr Punkte hat die Welle und desto genauer und feiner fällt der Graph aus. Wir empfehlen, die Abtastrate mindestens fünfmal so hoch wie die Eingangsfrequenz zu wählen. So würde beispielsweise eine Bandbreite von einem GHz eine Abtastrate von fünf Gigasamples erfordern.

Die Speichertiefe

Die Speichertiefe des Oszilloskops definiert das Speichervolumen zur Erfassung der Signale. Sie gibt die Anzahl der speicherbaren Punkte bei einer vollständigen Signalaufzeichung an. Je höher die Speichertiefe ist, desto größer können Umfang und Dauer der Signalaufzeichnung sein. Dabei hängt die Speichertiefe direkt mit der Abtastrate zusammen. Um bei Messungen während langer Zeiträume eine hohe Abtastrate zu garantieren, ist ein möglichst tiefer Speicher nötig. Die benötigte Speichertiefe ermittelt man, indem man die zu erfassende Zeitdauer mit der Abtastrate multipliziert.

Kurvennavigation und Zoom

Mittels Kurvennavigation lässt sich der Bildausschnitt horizontal und vertikal skalieren. Mit ihr kann man sich am gespeicherten Graphen entlang bewegen und den gewünschten Ausschnitt heraussuchen. Für eine genaue Auswertung ist ein Zoom unverzichtbar – gerade bei großen Speichertiefen und umfangreichen Wellenformen.

Automatische Messfunktionen

Automatische Messfunktionen dienen der komfortablen Graphenanalyse. Je nach Wunsch stehen entsprechende Funktionen wie Amplitudenmessungen, zeitliche Messungen, Anstiegszeiten oder Periodendauer zur Verfügung.

Die Tastköpfe

Der Tastkopf entnimmt dem Messobjekt die gewünschten Werte und leitet sie als Signal weiter. Auf diese Weise wird Spannung für das Oszilloskop sicht- und auswertbar. Sie können sich zwischen aktiven und passiven Tastköpfen entscheiden. Passive Tastköpfe sind nicht nur preiswert und robust, sondern haben auch die passende Impedanz und einen geringen Einfluss auf das Messergebnis. Dies gilt jedoch nur für den Niederfrequenzbereich. Ist der Messpunkt nicht ausreichend niederohmig und eine Tastkopfkapazität von 10 bis 20 pF nicht zulässig, ist ein aktiver Tastkopf nötig.

Die 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. Mit Triggern lässt sich die Signalerfassung außerdem zu einem vordefinierten Zeitpunkt starten.
Neben Hardware und Software-Trigger gibt es auch Sonderformen wie “Visual Triggerung”. Dabei lassen sich selbstdefinierte Sperr- und Durchgangsbereiche über den Graphen legen. Der Trigger springt dann nur an, wenn das Signal mit den definierten Bereichen interagiert.

Hochwertige Geräte stellen zudem praktische Features wie Triggerverzögerungen oder eine zweite Zeitbasis und Einstellmöglichkeiten für komplexe Triggermuster zur Verfügung. Auch kurze Totzeiten zwischen den Triggerimpulsen sind sinnvoll, um einen Modus für mehrere Erfassungen zu nutzen und damit kein Ereignis zu verpassen.  

Die Konnektivität

Die Anforderungen in puncto Konnektivität hängen vom jeweiligen Einsatzgebiet des Oszilloskops ab. Je hochwertiger das Gerät ist, desto mehr Anschlüsse zur Auswertung, Datenübertragung und Speicherung hat es. Unter anderem gibt es folgende Möglichkeiten:

  • Datentransfer für MS-Excel oder Word zur Auswertung
  • Druckeranschluss
  • GPIB
  • Grafikkartenanschluss zur Verbindung mit einem externen Monitor
  • LabView für detaillierte Analysen
  • Programmierschnittstelle
  • Steckplatz für Speicherkarte
  • USB-Port
Das Oszillogramm zeigt die gemessene Spannung.

FAQs zum Thema Oszilloskop

Was ist die Eingangsimpedanz?

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

Was bedeutet DAkkS-kalibriert?

Die Deutsche Akkreditierungsstelle (DAkkS) stellt die Qualität und Zuverlässigkeit im industriellen Messwesen sicher. Die in akkreditierten Laboratorien erzielten Kalibrierergebnisse besitzen nach denen der Staatsinstitute (in Deutschland die PTB) die höchste Zuverlässigkeit und sind vor Gericht verbindlich. Durch internationale Abkommen und der weltweit gültigen Akkreditierungsgrundlage DIN EN ISO/IEC17025 sind sie international anerkannt.

 

Was bedeutet ISO-kalibriert?

Bereits seit 1987 werden die QS-Systeme von Industrieunternehmen und inzwischen auch von Dienstleistungsbetrieben, Banken, Versicherungen, Einzelhändlern und Krankenhäusern zertifiziert. Zudem gibt es weitere branchenspezifische Gesetze, Normen und Richtlinien in der Pharmazie (CFR,GMP), im Lebensmittelbereich (HACCP) und im Automobilbereich (VDA, QS9000, ISO TS 16949). Für alle Richtlinien und Normen ist die Einführung und Pflege eines Prüfmittelmanagements inklusive Kalibrierung ein unverzichtbares Element.

Fazit: So kaufen Sie das passende Oszilloskop

Vor dem Kauf eines Oszilloskops müssen Sie wissen, zu welchem Zweck das Gerät eingesetzt werden soll. Entsprechend wählen Sie zunächst zwischen einem analogen und digitalen Gerät und bestimmen anschließend die notwendigen Features. Nach diesen können Sie unsere Produkte auch teilweise filtern:

  • Bandbreite (mindestens dreimal so groß wie die maximale Frequenz)
  • Anzahl und Qualität der Eingangskanäle (beispielsweise für die grafische Menüführung)
  • Abtastrate
  • Speichertiefe (wichtig für Umfang und Dauer der Signalaufzeichnung)
  • Kurvennavigation
  • Zoom
  • Triggerung
  • Konnektivität
  • Display
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