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Messungen mit dem Oszilloskop

Bild 1: Kathodenstrahlröhre 8LO4I eines alten Oszilloskops

Bild 1: Kathodenstrahlröhre 8LO4I eines alten Oszilloskops

Messungen mit dem Oszilloskop

Wie der Name schon verrät, benutzt man ein Oszilloskop um (elektrische) Schwingungen (Oszillationen) sichtbar zu machen.

Geräte der älteren Generation nutzten dafür eine Kathodenstrahlröhre. In dieser wurde ein Elektronenstrahl abgelenkt, der auf einen lumineszenten Schirm trifft (Lumineszenz: Absorption von Energie in Materie mit darauffolgender Wiederausstrahlung im sichtbaren Spektralbereich.) Beim Kathodenstrahl-Oszilloskop wird die Bewegungsenergie der Elektronen in meist grünliches Licht umgewandelt. Diese Ablenkung konnte sowohl mit elektrischen als auch magnetischen Feldern vorgenommen werden. Beim Kathodenstrahl-Oszilloskop wird der Elektronenstrahl in Abhängigkeit vom Messsignal abgelenkt, seine Intensität bleibt konstant.

Bild 2: Modernes R&S®RTC1000 Oszilloskop mit Flachbildschirm
(Mit freundlicher Genehmigung von Rohde & Schwarz)

Bild 2: Modernes R&S®RTC1000 Oszilloskop mit Flachbildschirm
(Mit freundlicher Genehmigung von Rohde & Schwarz)

Modernere Oszilloskope verwenden einen Flachbildschirm, ähnlich wie ein Computer. In dem Gerät arbeitet auch ein Prozessor, der aus dem Messsignal ein anschauliches Bild generiert. Seine Funktionen werden durch die im Gerät verwendete Software bestimmt. Dadurch sind diese modernen Oszilloskope auch vielseitiger einsetzbar.

Fast jedes Oszilloskop bietet folgende zwei Betriebsmodi: Normalbetrieb und X-Y Betrieb.

Normalbetrieb
Normalbetrieb

Bild 3: Oszilloskop im Normalbetrieb

In diesem Betriebsmodus wandert der Elektronenstrahl gleichmäßig von links nach rechts. Die Zeitdauer für einen Durchgang kann von einigen Mikrosekunden bis zu Sekunden eingestellt werden. Die vertikale Position des Strahls wird durch das zu untersuchende Signal gesteuert: Die Position auf dem Schirm ist direkt proportional zum Momentanwert der Eingangsspannung. Der Proportionalitätsfaktor, also der Spannungsbereich, der auf dem Schirm dargestellt wird, ist im Bereich Millivolt bis Volt einstellbar. Das resultierende Bild auf dem Schirm ist eine zeitliche Darstellung der Eingangsspannung (Zeit-Spannungs Diagramm).

Ist das Messsignal periodisch (z.B. sinusförmig oder eine Impulsfolge) so kann man es mit der horizontalen Bewegung des Elektronenstrahls synchronisieren.

Dazu lässt man den Strahl am linken Ende des Schirms warten, bis ein Triggersignal erfolgt („trigger” heißt auf Deutsch „Auslöser”). Bei der internen Triggerung entsteht das Triggersignal durch Vergleich der Messspannung mit dem Triggerlevel, einer konstanten, einstellbaren Spannung: ändert sich das Vorzeichen ihrer Differenz von - nach + (oder umgekehrt, je nach Einstellung), so erfolgt die Triggerung. Dabei entspricht Minus und Plus einer bestimmten Spannung (z.B. 0 Volt und 5 Volt). Es ist irrelevant, wenn während eines Durchgangs mehrmals ein Triggersignal erfolgt. Wird hingegen innerhalb einer Periode mehrmals getriggert so entsteht eine phasenverschobene Überlagerung. Alternativ zur internen Triggerung kann das Triggersignal auch von außen zugeführt werden, man spricht dann von externer Triggerung.

X-Y Betrieb
Lissajousfigur

Bild 4: Lissajousfigur

Beim X-Y Betrieb wird der Strahl sowohl in X-Richtung (horizontal) als auch in Y-Richtung von jeweils einem Messsignal gesteuert. Dies erlaubt ein Signal als Funktion eines anderen Signals zu betrachten (zum Beispiel Strom - Spannungs Diagramm). Wiederum kann man den Darstellungsbereich in beiden Richtungen unabhängig voneinander einstellen. Eine Triggerung entfällt in diesem Modus. Zusätzlich zu den bereits erwähnten Einstellungen kann man noch die absolute Position des Bildes auf dem Schirm einstellen (X- und Y-Offset) sowie den Strahl fokussieren oder seine Intensität variieren.

Werden auf dem X- und dem Y-Eingang zwei Sinusspannungen angelegt, dann entsteht eine sogenannte Lissajousfigur. Wenn beide Sinusspannungen die exakt gleiche Frequenz aufweisen, dann wird nur eine gerade diagonale Linie auf dem Bildschirm gezeichnet. Bei Frequenzunterschieden entsteht eine ähnlich dem im Bild 4 gezeigte Figur. In Zeiten, in denen es noch keine Spektrumanalysatoren und Frequenzzähler gab, war das zum Beispiel eine Möglichkeit zum Frequenzvergleich. Eine sehr interessante Anwendung, die allerdings ihre Bedeutung in der Messpraxis komplett verloren hat.


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