Oszilloskop
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Das Oszilloskop (wörtlich: "Schwingungsseher"), fälschlicherweise auch Oszillograph ("Schwingungsschreiber") genannt, ist ein universelles Messgerät für "gehobene Ansprüche". Der Einfachheit halber wird hier ein Röhrenoszilloskop mit X- und Y- Ablenkung beschrieben.
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Aufbau und Funktion
Röhre und Sichtschirm
Das charakteristische Merkmal des Oszilloskops ist eine Elektronenröhre: Von der Kathode werden Elektronen in Form eines "Strahls" in Richtung Sichtschirm "geschossen". Dieser Sichtschirm ist plan und von innen mit einer fluoreszierenden Beschichtung versehen, die beim Auftreffen der Elektronen zum Leuchten angeregt wird. Im Normalfall treffen die Elektronen im Kreuzungsbereich des Rasters auf der Außenseite des Sichtschirms auf (zum Abgleich genau dort hin stellen). Ebenfalls charakteristisch ist die Anordnung von zwei gegenüberliegenden Plattenpaaren im Strahlweg. Damit kann der Strahl zweidimensional nach oben, unten, links und rechts abgelenkt werden. Dies geschieht ohne Trägheit und ohne Leistung, was den Vorteil des Oszilloskops gegenüber anderen Messgeräten darstellt.
X-Verstärker
An die beiden Platten, die links und rechts im Strahlweg liegen (eben im mathematischen Sinne die horizontale X-Achse), wird eine sich ändernde Spannung angelegt: So wird der Strahl mehr oder weniger langsam von links nach rechts gezogen (vom Betrachter aus gesehen). Am rechten Rand angekommen, wird der Strahl "blitzschnell" wieder auf den linken Anfangspunkt gesetzt. Technisch gesehen handelt es sich hierbei um eine Wechselspannung in Sägezahnform. Diese Spannung ist in der Frequenz einstellbar. Gängig ist eine Abstufung von 0,2 Sekunden pro Zentimeter (= 2 Sekunden Lauf des Strahls) bis 0,2 µs pro Zentimeter (=2 mal 10 hoch minus 6 oder 2 millionstel Sekunde pro Durchgang). Gute Geräte haben etwa 20 Schalterstellungen im 1-2-5-10-Format. So lassen sich sowohl langsame als auch schnelle Änderungen des Signalpegels ablesen. Indirekt kann man hier die Frequenz des Signals ablesen: So entspricht eine komplette Sinuswelle in 1 Millisekunde der Frequenz von 1 kHz.
Y-Verstärker
Der Y-Verstärker steuert den Strahl nach oben und unten. Damit wird also der Betrag und die Polarität der Spannung angezeigt. Liegt die Spannung im positiven Bereich zum Bezugspunkt (Messmasse ist meist das Oszilloskop- Gehäuse, dass (selbstverständlich) an Schutzerde (PE) liegt), so geht der Strahl nach oben, sonst nach unten. Die Auslenkung kann bei üblichen Geräten von etwa 20 V bis 5 V pro Zentimeter eingestellt werden (bei unbekannten Spannungen auch in dieser Reihenfolge!). Legt man ein Raster von +/- 3 (4) cm für die horizontale Auflösung zu Grunde, kann mit dem "nackten" Oszilloskop maximal 80 Volt Spitzenspannung gemessen werden. Oft ist aber am Y-Eingang ein umschaltbarer Tastkopf angeschlossen, der entweder die volle Messspannung oder ein Zehntel (1/10) an den Eingang abgibt. Hier ist aber die maximale Spannung des Tastkopfes einzuhalten! Für Hochspannungen gibt es eigene Tastköpfe!
Mehrkanalbetrieb
Die meisten sogenannten "Zweistrahler" sind gar keine, sondern in Wirklichkeit handelt es sich um zwei (oder mehr) Eingänge, die abwechselnd in schneller Folge (Chopper) oder nach jeweils einem kompletten Strahldurchlauf (alternierend) auf den Y-Verstärker geschaltet werden.
Qualitätsmerkmale
Beim Röhrenoszilloskop (mit "Bildröhre") spielt zunächst einmal die Stabilität (und Höhe) besonders der Hochspannung eine Rolle für ein scharfes und gleichmäßig helles Bild. Viele Schalterstellungen der Verstärker lassen eine optimale Einstellung der Signalkurve zu. Wesentlich sind die Symmetrie und Gleichmäßigkeit des Y-Verstärkers, seine Empfindlichkeit (minimale darstellbare Eingangsspannung) sowie seine Bandbreite bzw. Anstiegszeit. Einfache Geräte haben eine Bandbreite von 5 oder 10 MHz (nicht zu verwechseln mit der Frequenz, die maximal dargestellt werden kann!), hochwertige Geräte 100 MHz und mehr.
Tipps zur Handhabung und Sicherheit
- Wie bei allen Messgeräten gilt: eine "Warmlaufzeit" erhöht die Genauigkeit.
- Es gibt keinen Grund, das (metallische) Gehäuse nicht dauernd am Schutzleiter (PE) angeschlossen zu lassen! Bei Messungen an der Netzspannung ist ein Trenntrafo für diese zu verwenden.
- Längerer Betrieb ohne Ablenkung (Schalterstellung "externe Horizontalablenkung") ist nach Möglichkeit zu vermeiden (Einbrennen des Strahls). Abgleich des Nullpunkts / einfache Messung der Messspannung Spitze - Spitze nur kurz und mit reduzierter Helligkeit.
- Maximale Spannung des Tastkopfs beachten. Bei unbekannten Spannungen möglichst erst mit dem Voltmeter messen und dann den passenden Bereich einstellen. Die Schalterstellung "AC" legt einen Kondensator in den Eingang des Y-Verstärkers, der den Gleichspannungsanteil vom Eingang abhält. Daher nur auf "DC" stellen, wenn man Gleichspannung(-santeile) messen will.
Links
- http://www.virtuelles-oszilloskop.de/ Übungsmöglichkeiten mit einem virtuellen Oszilloskop
