Das musst du beim Messen mit einem Oszilloskop beachten

Der Verlaufsgraph bei einem Oszilloskop

Der Verlaufsgraph stellt die Spannnungen anhand von Amplituden in einem Koordinatensystem dar

Bei einem Oszilloskop handelt es sich um ein elektronisches Messgerät, welches Spannungen und deren Verlauf sichtbar auf einem Bildschirm wiederspiegelt. In einem sogenannten Koordinatensystem werden die Verlaufsgraphen, welches das Oszilloskop gemessen hat, abgebildet. Unterschieden werden in analoge und digitale Oszilloskope (mehr zu den Gemeinsamkeiten und Unterschieden erfährst du in unserem Extra-Artikel). Die analogen Geräte benutzen eine Kathodenstrahlröhre zur Anzeige und haben dadurch im Laufe der Zeit die digitalen Geräte verdrängt. Das Oszilloskop gehört zu einen der wichtigsten Messwerkzeuge in der Elektrotechnik. Gemessen werden mit solch Art von Geräten beispielsweise hochfrequente elektr. Signale in einem Radio, in Fernsehern oder auch in Computern.

Welche Größen können gemessen werden?

Nicht nur die Größe einer Gleich- bzw. Wechselspannung kann mit einem Oszilloskop gemessen und bestimmt werden, sondern auch deren zeitlicher Verlauf. Die zum Messen benötigten Spannungen werden über sogenannte BNC-Buchsen an der Frontseite angeschlossen unter Benutzung eines Tastkopfes.

Folgende Größen können durch ein Oszilloskop gemessen werden:

  • Frequenz eines Signals
  • der elektrische Strom -> dieser kann beispielsweise mittels einer Stromzange ermittelt werden
  • Frequenzgänge von elektronischen Schaltungen
  • Diagramme von Impulsen an digitalen Mikroprozessoren und Schaltungen
  • Phasenverschiebung eines Signals mit einer Lissajous-Figur

Welche Bauteile sind an der Messung beteiligt?

Braunsche Röhre

Die Braunsche Röhre lenkt dank elektromagnetischer Felder die Elektronen so ab, dass sie auf unterschiedlich auf die Leuchtschicht fallen.

  • Das Oszilloskop besteht aus einer Kathode, welche für die Auslieferung der Elektronen zuständig ist.
  • Zudem enthält es einen Wehneltzylinder, die die Helligkeit auf dem Bildschirm beeinflusst.
  • Außerdem ist eine Elektronenoptik verbaut. Sie ist für die Ablenkung der Elektronen in ein elektrisches Feld verantwortlich.
  • Auch eine Anode ist vorhanden. Ihre Aufgabe ist die Steuerung der Geschwindigkeit von den Elektronen.
  • Zusätzlich sind Ablenkplatten vorhanden, die ein Bild entstehen lassen statt eines Leuchtpunktes.
  • Ein weiteres Bauteil ist die Leuchtschicht und der Leuchtpunkt.

Mehr über die verschiedenen Bauteile und den Aufbau eines Oszilloskopes erfährst du hier.

Welche Einstellungen bietet ein Oszilloskop?

In der folgenden Auflistung erklären wir die gebräuchlisten Bedienfunktionen bei einem Oszilloskop anhand der obigen Grafik. Sicherlich können an deinem speziellen Gerät die Regler und Knöpfe etwas variieren oder anders angeordnet sein – mit dieser Übersicht sollten sich jedoch ein Großteil der Bedienelemente erklären.

Anmerkung: Im Folgenden wird öfter mal der Begriff „div“ genannt. Die Abkürzung Div kommt von „Divit“, was soviel wie „Teil“ bedeutet. Div steht also bei einem Oszilloskop für eine Rastereinheit.

Oszilloskop Einstellungen

Die typische Front mit allen gängigen Schaltern und Reglern bei einem Oszilloskop

Funktionen zur Betriebnahme und generellen Darstellung:

1/2 Power On/Off: Klassischerweise der Ein- und Ausschalter des Gerätes. In den meisten Fällen befindet sich ein Lämpchen daneben (LED in den moderneren Oszilloskopen bzw. eine kleine Neon-Röhre in älteren Modellen), die bei eingeschaltetem Zustand leuchtet.

3 Trace Rotation: Ein Regler für die Feinabstimmung der horizontalen Spur mit den Rasterlinien.

4 Intensity: Regelt die Helligkeit des Elektronenstrahls auf dem Leuchtschirm. Meistens lässt sich diese über einen Drehregler erhellen bzw. dimmen. Aber Vorsicht: extrem helle Einstellungen können dazu führen, dass sich der Elektronenstrahl auf Dauer einbrennt.

5 Focus: Mit diesem Regler kannst du die Schärfe des Elektronenstrahl nachjustieren.

6 Cal-Buchse (Calibration Point): An dieser Buchse kann ein gleichmäßiges Rechtecksignal mit einer stabilen Spannung und Frequenz abgenommen werden – die so genannte Kalibrierungsspannung. Das ist nützlich für akkurate Einstellungen, Kalibrierungen und z. B. für den Abgleich von Tastteilern.

Vertikale Funktionen:

7 Position: Mit diesem Regler stellst du die Position des Elektronenstrahls ein. Das kann genutzt werden um den Strahl relativ zum Koordinatensystem auszurichten.

8 INV (englisch „invert“, zu deutsch: „umkehren“): Mit diesem Schalter invertierst du den aktuellen Kanal indem die Polung des Signaleingangs vertauscht wird. In dem Fall wird der negative Wert der Spannung angezeigt und das Elektronenstrahlbild steht Kopf.

9 Vertikale-Skalierungskontrolle: Diesen Regler (auch öfters Volts/Div Kontrolle genannt) benutzt du für die vertikale Skalierung. Er stellt die Empfindlichkeit der Vertikalverstärker (Y-Verstärker) ein. Damit legst du die Höhe des Elektronenstrahls in kleinen Abstufungsschritten fest. Die Angaben beziehen sich auf Volt pro Zentimeter.

10 Variable: Die variable Höheneinstellungen. Mit dieser kannst du den Elektronenstrahl schrittweise in Bezug auf deine jeweilig eingestellte Vertikale-Skalierungseinheit feinjustieren. Mit dem Wert CAL legst du die Höhe genau auf die Werte der Vertikalen-Skalierungskontrolle fest.

11 Der AC/DC Schalter: Diesen benutzt du um zu definieren, wie das Messsignal gekoppelt wird:

  • AC: Berücksichtigt nur die Wechselspannung. Gleichspannungsanteile werden herausgefiltert
  • DC: Berücksichtigt sowohl Gleich- als auch Wechselspannungsanteile. Das Signal wird komplett durchgelassen und originalgetreu dargestellt.

12 GND-Schalter: Der Masse-Schalter. Wenn du diese Einstellung wählst, wird das Messignal ignoriert und der Eingang des Oszilloskopes auf die Masse gelegt. Das kann unter anderem nützlich sein um Elektronenspuren vom Display zu entfernen.

13 Kanal-1 Eingang: Hier schliesst du die Kabel des jeweiligen Kanals an.

Horizontale Funktionen:

16 x10 Mag (10-fache Lupe): Diese Funktion ist eine Art Schnellzoom und hilft dir, wenn du direkt in einen Bereich hineinzoomen möchtest, ohne die zeitbasis oder sonstige Einstellungen zu verändern. Beachte: Diese Lupe vergrößert das Abbild nur in horizontaler Richtung (die Spannungshöhe bleibt unberührt)

17  X-Position Regler: Mit diesem Regler kontrollierst du die horizontale Position des Elektronenstrahl. So kannst du zum Beispiel nach links und rechts zu Messwerten navigieren, die außerhalb des Bildschirms sind, ohne den Zeitfaktor verändern zu müssen.

18 XY-Schalter: Dieser Schalter wechselt das Koordinatensystem von Spannung-Zeit zu XY. Dieser Modus bedeutet, dass deine Spannung auf Kanal 1 entlang der X-Achse dargestellt wird, während die Spannung auf Kanal 2 auf der Y-Achse abgebildet wird. Die dadurch entstehende neue Relation ermöglicht dir komplexere Vergleiche und Phasenanalysen.

19 Horizontale-Skalierungskontrolle (Time/Div Regler): Mit diesem Regler stellst du die horizontale Ablenkgeschwindigkeit des Elektronenstrahls auf dem Schirm in Relation in Zeit (in Millisekunden) je Einheit ein. Steht der Regler z. B. auf 5 ms pro Div, so heißt das, daß der Elektronenstrahl in 5 Millisekunden eine Strecke von einer Einheit auf dem Schirm zurücklegt.

21 Variable: Die variable Längeneinstellungen. Mit dieser kannst du den Elektronenstrahl schrittweise in Bezug auf deine jeweilig eingestellte Hoirzontale-Skalierungseinheit feinjustieren. Mit dem Wert CAL legst du die Länge genau auf die Werte der Horizontale-Skalierungskontrolle fest.

22 GND (englisch: „Ground“, zu deutsch: „Masse“): Das ist der Masseanschluss des Gehäuses.

23 Schalter zwischen Chop-Modus und Alt-Modus: Mit diesem Schalter wechselst du zwischen dem Chop und dem Alt (Alternativ) Modus

  • Chop-Modus: In diesem Chop (englisch: „chop“, zu deutsch: „zerhacken“) Modus wird je horizontalem Durchlauf des Elektronenstrahls abwechselnd entweder das Signal des ersten oder das des zweiten Kanals abgebildet. Dabei wird mit einer hohen Frequenz zwischen den Kanälen umgeschaltet (während des Strahlenrücklaufs). So lassen sich auch niedrige Frequenzen flimmerfrei darstellen.
  • Alt-Modus: Im Alt-Modus (zu deutsch: „Alternativ“) werden – wie der Name schon suggeriert – die Bilder vom ersten und zweiten Kanal abwechselnd einzeln abgebildet. Bei schneller Zeitablenkung sind sie damit zwar zeitgleich sichtbar. Jedoch empfehlen wir bei niedrigen Frequenzen eher den Chop-Modus, da dieser flimmerfreier arbeitet.

Trigger Funktionen:

24 Hold-Off (zu deutsch: „aushalten“): Mit diesem Schalter regelst du die Zeit, die dein Oszilloskop zwischen zwei horizontalen Durchläufen des Elektronenstrahls verstreichen lässt.

25 Level: Mit diesem Regler bestimmst du den Startpunktes für die Wellenform.

26 Auto/Norm Schalter: Steuert die Trigger. Mit dem Schalter „Auto/Norm.“ kannst du zwischen automatischer Triggerpegelwahl (Auto) manueller Triggerpegelwahl (Normal) umschalten.

28 Triggermodus: Über diesen Schieberegler wählst du letztlich den passenden Triggermodus. Sprich, bei welchem Ereignis die Signalmessung ausgelöst wird. Hier die gebräuchlisten:

  • „AC“: bei dieser Schalterstellung werden die Gleichspannungsanteile gezielt unterdrückt. Somit springt der Trigger nicht an, wenn Signale mit einer kleineren Grenzfrequenz eingehen als angegeben.
  • „HF“ (englisch „High Frequency“, zu deutsch „hohe Frequenz“): in diesem Modus filtert dein Oszilloskop niederfrequente Signalteile. Das verwendest du um Störsignale gezielt zu unterdrücken.
  • „DC“ (entspricht „Gleichspannungskopplung“) in dieser Schaltrstellung tragen alle Messsignale ab 0 Hz zur Triggerung bei.

31 Slope: Mit diesem Schalter wählst du die Triggerflanke aus – als ob das Triggersignal auf die positive oder negative Flanke gerichtet ist.

32 Extern Trigger In: Dies ist die Eingangsbuchse für ein externes Triggersignal

Was ist Triggerung?

Unter Triggern versteht man Auslösen. Um bei der Messung mit einem Oszilloskop ein stehendes Bild zu erhalten, muss das zu messende Signal richtig getriggert werden. Hier kann über einen Umschalter beim Oszilloskop ausgewählt werden, auf welchen Kanal die Triggerung stattfinden soll. Die besseren Oszilloskope besitzen einen externen Triggereingang. Nach dem Darstellungsdurchgang wartet der Zeitablenkgenerator bis das Messsignal wieder die gleiche Richtung und den gleichen Pegel besitzt, erst dann kann wieder erneut getriggert werden. Wenn du mehr über Trigger erfahren möchtest, dann raten wir dir zu unserem extra Artikel.