Was ist ein Oszilloskop?

Ein typisches Oszilloskop ist eine rechteckige Box mit einem kleinen Bildschirm, zahlreichen Eingangsanschlüssen sowie Reglern und Tasten auf der Vorderseite. Um die Messung zu erleichtern, wird auf der Vorderseite des Bildschirms ein Raster mit der Bezeichnung Raster gezeichnet. Jedes Quadrat in der Skala ist als Teilung bekannt. Das zu messende Signal wird einem der Eingangsanschlüsse zugeführt, bei dem es sich normalerweise um einen Koaxialanschluss handelt, z. B. vom Typ BNC oder N. Wenn die Signalquelle über einen eigenen Koaxialstecker verfügt, wird ein einfaches Koaxialkabel verwendet. Andernfalls wird ein spezielles Kabel namens Oszilloskopsonde verwendet, das mit dem Oszilloskop geliefert wird.

Im einfachsten Modus zeichnet das Oszilloskop wiederholt eine horizontale Linie, die als Kurve bezeichnet wird, von links nach rechts über die Mitte des Bildschirms. Eine der Steuerungen, die Zeitbasissteuerung, legt die Geschwindigkeit fest, mit der die Linie gezeichnet wird, und wird in Sekunden pro Teilung kalibriert. Wenn die Eingangsspannung von Null abweicht, wird die Spur entweder nach oben oder nach unten abgelenkt. Ein anderes Steuerelement, das vertikale Steuerelement, stellt die Skala der vertikalen Ablenkung ein und wird in Volt pro Teilung kalibriert. Die resultierende Kurve ist ein Diagramm der Spannung gegen die Zeit (die Gegenwart ist an einer variierenden Position aufgetragen, die jüngste Vergangenheit links, die jüngste Vergangenheit rechts).

Wenn das Eingangssignal periodisch ist, kann eine nahezu stabile Kurve erhalten werden, indem lediglich die Zeitbasis so eingestellt wird, dass sie mit der Frequenz des Eingangssignals übereinstimmt. Wenn das Eingangssignal beispielsweise eine 50-Hz-Sinuswelle ist, beträgt seine Periode 20 ms. Daher sollte die Zeitbasis so angepasst werden, dass die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden horizontalen Sweeps 20 ms beträgt. Dieser Modus wird als kontinuierlicher Sweep bezeichnet. Leider ist die Zeitbasis eines Oszilloskops nicht genau und die Frequenz des Eingangssignals ist nicht perfekt stabil, sodass die Kurve über den Bildschirm wandert und Messungen erschwert.

Um eine stabilere Spur zu erhalten, verfügt ein Oszilloskop über eine Funktion, die als Trigger bezeichnet wird. Dies bewirkt, dass der Bereich nach Erreichen der rechten Seite des Bildschirms angehalten wird und auf ein bestimmtes Ereignis gewartet wird, bevor er zur linken Seite des Bildschirms zurückkehrt und die nächste Kurve zeichnet.

Dadurch wird die Zeitbasis erneut mit dem Eingangssignal synchronisiert und eine horizontale Abweichung der Kurve verhindert. Triggerschaltungen ermöglichen die Anzeige nichtperiodischer Signale wie einzelner Impulse sowie periodischer Signale wie Sinus- und Rechtecksignale.

Zu den Triggertypen gehören:

• externer Trigger, ein Impuls von einer externen Quelle, der an einen dedizierten Eingang des Oszilloskops angeschlossen ist.
• Flankentrigger, ein Flankendetektor, der einen Impuls erzeugt, wenn das Eingangssignal eine bestimmte Schwellenspannung in eine bestimmte Richtung überschreitet.
• Video-Trigger, eine Schaltung, die Synchronisationsimpulse aus Videoformaten wie PAL und NTSC extrahiert und die Zeitbasis für jede Zeile, eine bestimmte Zeile, jedes Feld oder jeden Frame auslöst. Diese Schaltung befindet sich typischerweise in einem Wellenformüberwachungsgerät.
• verzögerter Trigger, der eine bestimmte Zeit nach einem Flankentrigger wartet, bevor der Sweep gestartet wird. Keine Triggerschaltung wirkt sofort, daher gibt es immer eine bestimmte Verzögerung, aber eine Triggerverzögerungsschaltung verlängert diese Verzögerung auf ein bekanntes und einstellbares Intervall.

Mit den meisten Oszilloskopen können Sie auch die Zeitbasis umgehen und ein externes Signal in den Horizontalverstärker einspeisen. Dies wird als XY-Modus bezeichnet und ist nützlich zum Betrachten der Phasenbeziehung zwischen zwei Signalen, wie es in der Radio- und Fernsehtechnik üblich ist. Wenn die beiden Signale Sinuskurven mit unterschiedlicher Frequenz und Phase sind, wird die resultierende Kurve als Lissajous-Kurve bezeichnet.

Einige Oszilloskope haben Cursor, dh Linien, die über den Bildschirm bewegt werden können, um das Zeitintervall zwischen zwei Punkten oder die Differenz zwischen zwei Spannungen zu messen.

Die meisten Oszilloskope haben zwei oder mehr Eingangskanäle, sodass sie mehr als ein Eingangssignal auf dem Bildschirm anzeigen können. Normalerweise verfügt das Oszilloskop über einen separaten Satz vertikaler Steuerungen für jeden Kanal, jedoch nur über ein Triggersystem und eine Zeitbasis.

Ein Dual-Timebase-Oszilloskop verfügt über zwei Triggersysteme, sodass zwei Signale auf verschiedenen Zeitachsen angezeigt werden können. Dies wird auch als "Vergrößerungsmodus" bezeichnet. Der Benutzer fängt das gewünschte komplexe Signal mit einer geeigneten Triggereinstellung ein. Anschließend aktiviert er die Funktionen "Vergrößerung", "Zoom" oder "Duale Zeitbasis" und kann ein Fenster verschieben, um Details des komplexen Signals anzuzeigen.

Manchmal kann das Ereignis, das der Benutzer sehen möchte, nur gelegentlich auftreten. Um diese Ereignisse abzufangen, sind einige Oszilloskope "Speicherbereiche", die den letzten Sweep auf dem Bildschirm beibehalten.

Einige digitale Oszilloskope können mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1-mal pro Stunde schwanken und einen Streifenschreiber emulieren. Das heißt, das Signal rollt von rechts nach links über den Bildschirm. Die meisten ausgefallenen Oszilloskope wechseln von einem Sweep in einen Strip-Chart-Modus, und zwar ungefähr einmal pro zehn Sekunden. Dies liegt daran, dass der Bereich sonst kaputt aussieht: Er sammelt Daten, aber der Punkt ist nicht zu sehen.