Oszilloskop

Schwingungsmessgerät

Das Oszilloskop ist das universelle Instrument der elektrischen Messtechnik, mit dem die Messung der mw-headline" id="Messung">Messung[Bearbeiten | < Quellcode bearbeiten] Das Oszilloskop (lat. Oszillare "swing", altgriechisch 21 skopein "betrachten") ist ein elektrisches Meßgerät, das in seiner präferierten Applikation für eine oder mehrere Betriebsspannungen den Zeitverlauf auf einem Monitor visualisiert. Die Oszilloskope zeigen eine Verlaufsgrafik in einem flächigen Koordinationssystem, bei der die (horizontale) x-Achse in der Regel die zeitliche Achse und die (vertikale) y-Achse die Belastungsachse ist.

Die resultierende Abbildung wird als Schwingungsmessgerät oder Schwingungsmessgerät beschrieben. Man unterscheidet Analog- und Digitaloszilloskope, bei denen Analoggeräte durch Digitalgeräte nahezu komplett aus dem Handel genommen werden. Mit dem Oszilloskop und dem Multi-Meter ist es eines der bedeutendsten Messinstrumente in der E-Technik. So können Belastungen in ihrem Verlauf erfasst und visualisiert werden.

Gelegentlich wird noch der Begriff Oszillograph benutzt, was in einem früheren Entwicklungsstadium für ein Papier-Schreibgerät richtig war. Im Allgemeinen kann jeder Prozess, der als temporärer Verlauf auf eine elektrische Stromspannung abgebildet werden kann, durch eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Kurve mit dem Oszilloskop repräsentiert werden. Auf den meisten Oszilloskopen kann ein Input für die x-Ablenkung genutzt werden, so dass nicht nur zeitlich abhängige Funktionalitäten angezeigt werden können (t-y-Darstellung), sondern auch x-y-Darstellungen (z.B. Lissajousfiguren oder Kennlinien).

Über Transmitter können viele physische Grössen durchspannungen abgebildet werden. Mit dem Oszilloskop können dann auch deren Details wie Spitzenwert, Direktanteil oder Periodendauer, Zeitraum, Phasenlage, Phasenverschiebung erfasst werden. Das dargestellte Blockdiagramm gibt einen Einblick in den Strukturaufbau eines Oscilloskops. Ein Oszilloskop sollte wie jedes andere Messinstrument so wenig Einfluss wie möglich auf die zu prüfende Strecke und so wenig Verzerrung wie möglich des angelegten Signals haben.

Das Besondere am Oszilloskop: Der Spannungs-Nullpunkt ist weder am Bildkranz noch an der Mittelachse fixiert, sondern immer dort, wo er zur besseren Bildschirmnutzung einzeln platziert wird. Dickes Band: Teil der Eingabespannung, der auf dem Display bei einer bestimmten Skala angezeigt wird (wenn er bei positiver Steigung ausgelöst wird). Das angelegte Messsignal wird kontinuierlich erfasst und vom rechten Bildschirmrand nach rechts umgeschaltet.

Zur Erzielung eines stehenden Bildes für die Periodensignale ist es notwendig, die Bildschirmabtastung zu stoppen, bis das anzuzeigende Zeichen einen definierten Ausgangszustand erreicht. In diesem Fall ist es notwendig, die Bildschirmabtastung zu stoppen. Abhängig von der Ausrüstung des Oscilloskops gibt es auch besondere Auslöseschaltungen, die z.B. Fernsehsignale oder den I2C-Buszyklus erfassen und zur Triggerung auswerten. Die waagerechte Lage am Anfang des Bildes.

Dabei stellt die zeitliche Basis das Zeitintervall sicher, in dem Messwerte erfasst und in den Messwertspeicher eingelesen werden. Sie werden dann - aus einem festen Distanzabstand zur Triggerzeit - für die Bildkomposition genutzt. Die Datenspeicherung akzeptiert Messwerte für einen längeren Zeitraum als den auf dem Display angezeigten Zeitraum. Mit Digitaloszilloskopen gibt es auch die komfortable Option, einzigartige Events anzuzeigen ("single").

Damit kann ein instationäres Messsignal aufgezeichnet und über einen beliebigen Zeitraum angezeigt werden. Bequeme Oszilloskope haben zwei verschiedene Zeitzonen. Dadurch kann ein Event viel feinfühliger aufgelöst werden, als es mit der Haupt-Zeitbasis möglich ist, wenn das Event nach dem Trigger-Event in größerer Entfernung eintritt. Für eine bessere Lösung des Events wird ein Teil der Messdaten verteilt wiedergegeben.

Zur Ablesung von Messwerten ist auf dem Display ein Gitter vorhanden. Heutzutage werden hauptsächlich Speicheroszilloskope (DSO) eingesetzt. Berechnen von Anhebezeit, Pulsweite, Schwingweite, Schwingungsweite, Frequenz usw. Automatisches Anpassen an ein nicht bekanntes Messsignal. Meistens werden Flash-Konverter eingesetzt. Zusätzlich zur Lösung in y-Richtung (Spannung) ist auch die Zeitauflösung ein wichtiger Parameter: Sie wird zum einen durch die Breite des Analogeingangsverstärkers und zum anderen durch die Abtastfrequenz festgelegt, mit der das Messsignal erfasst wird.

Wenn für eine nicht einfache Kurve eine Punktedichte von 50 S/Periode auf dem Schirm als erwünscht erachtet wird, ist dies bei einer Abtastfrequenz von 1 GS/s bis zu einer Meldefrequenz von 20 MHz denkbar. In der Abtastfolge sind die Pixel in einem gewissen Umfang im Umkreis der kurzen Verweildauer übereinander angeordneter. Stichprobenziehung: Hier wird jeder Meßpunkt im Bereich der erreichbaren Betriebsdrehzahl erfasst und darüber hinaus sein Zeitabstand zum Auslösepunkt ermittelt.

Analogoszilloskope neueren Designs haben diese auch. Anstelle einer monodimensionalen Aufstellung kann der Oszilloskopspeicher auch eine mehrdimensionale Anordnung früherer Abtast-Intervalle zur Simulation eines Phosphorschirms bereitstellen. In der Regel werden die vorhergehenden Zeiträume in verschiedenen Farben angezeigt und sind somit erkennbar (z.B. farbliche Augendiagramme). Allerdings verfügen diese Funktionalitäten auch über neuere Analogoszilloskope.

Analogoszilloskope neueren Designs haben diese auch. Qualitativ hochstehende Oscilloskope nutzen das Clock-Dithering zur Unterdrückung von Aliasing-Frequenzen, so dass der Anwender anhand der Darstellung unmittelbar bemerkt, dass eine Aliasierung stattgefunden hat. Beim Einsatz von Analogoszilloskopen wird die zu messenden Spannungen über einen schaltbaren Amplifier mit einem Elektronenstrahl auf den Schirm einer Elektronenstrahlröhre "projiziert". Im Unterschied zu anderen Schirmen ist die Umlenkung des Ionenstrahls bei Analogoszilloskopen aufgrund von elektrischen Feldern nahezu immer von kapazitiver Natur.

Analogoszilloskope sind aus verfahrenstechnischen, praxisnahen (z.B. die Grösse der Kathodenstrahlröhre) und ökonomischen (z.B. die geringen Kosten des DSO) Gesichtspunkten im Laboralltag von untergeordneter Wichtigkeit. In der Regel ist es erforderlich, zwei oder mehr Signalarten parallel auf dem Monitor anzuzeigen, um Korrelationen auszuloten. Mehrkanaliges Oszilloskop im Chopper-Modus: Die Eingänge werden blitzschnell geschaltet und die Abschnitte der Kurse werden auf dem Display angezeigt, um eine bessere optische Abtrennung in unterschiedlichen Elementhöhen zu erreichen.

Bei Auslösung eines Signals läuft der andere zur gleichen Zeit. Dieser Betriebsmodus wird hauptsächlich bei niedrigen Umlenkfrequenzen verwendet, z.B. bei der Anzeige von langsamen Signaleigenschaften unter 100 Hertz. Mehrkanaliges Oszilloskop im Wechselbetrieb: Das Ausgangssignal eines Channels wird einmal über seine gesamte Bandbreite auf dem Display angezeigt, dann wird auf den nächstfolgenden Channels gewechselt und seine Kurve wird vollständig auf einer anderen Ebene angezeigt - im kontinuierlichen Wechsel. In diesem Fall wird die Kurve auf einer anderen Ebene angezeigt.

In der Regel wird die Repräsentation jeder Kurve durch das gleiche Messsignal ausgelöst. Einige Oszilloskop-Typen können auch so konfiguriert werden, dass jedes Eingabesignal einen eigenen Durchgang auslöst. Die Oszilloskopie verfügt über eine kleine Elektronenstrahlröhre, die ein Bildschirmbild auf einem CCD-Sensor im Inneren der Röhren erstellt. Der Oszillograph hat kein Abtastintervall. Die Preise für ein moderneres Oszilloskop liegen bei rund USD 20000. Mixed-Signal-Oszilloskope sind Digitaloszilloskope, die nicht nur über einen oder mehrere Analogeingänge, sondern auch über weitere Digitaleingänge verfügen:

In der Regel können die Digitalkanäle auf eine gewisse Logikfamilie (TTL, CMOS, etc.) festgelegt werden und dann nur die ZustÃ??nde HIGH, LOW und UNDEFINITION. Als Computerzubehör sind auch Digital-Speicherkarten erhältlich. Diese können auch nur softwarebasiert sein und ein von einer ADU-Karte oder (mit begrenzten Genauigkeitsanforderungen zwischen 10 und 10 kHz) dem Audioeingang verwendet werden.

Allerdings erfüllen alle diese Lösungsansätze nicht die Vorgaben der autonomen DSU s, sind aber in der Regel deutlich kosteneffizienter. Das Waveform Monitor (WFM) ist ein Spezialoszilloskop in der industriellen Bildtechnik zur Messung analoger Videosignale. Diese zumeist noch nicht kalibrierten Vorrichtungen wurden im Zweiten Weltkrieg als Bildschirme für die ersten Radaranlagen eingesetzt.

Mit analogen Oszilloskopen mit Röhren mit sehr langen Nachleuchtdauern, einer so genannte Speicheranzeige-Röhre, wurden einmalige, nicht-periodische Prozesse dargestellt. Die Elektronenstrahlen treffen auf eine äußerlich erkennbare Gruppe von verdampften Alkali-Halogeniden, in der Regel Kaliumchlorid. Aufgrund der erweiterten Einsatzmöglichkeiten der elektronischen Signalerfassung und -speicherung wurden ab den 80er Jahren vermehrt Analogoszilloskope durch Digitalspeicheroszilloskope (DSO) durchgesetzt.

Walter LeCroy, der Begründer des New Yorker Unternehmens LeCroy, der bereits am CERN an der Erforschung von schnellen Analog-Digital-Wandlern zur Aufzeichnung von Messsignalen gearbeitet hatte, brachte die ersten Digital-Speichersysteme auf den Markt. In der Folgezeit wurden die ersten Digital-Speichersysteme entwickelt. Abteilungsleiter Joachim Müller: Digitaloszilloskope - Der Weg zur beruflichen Messung. 2004, S. 26 bzw. 25, Hochsprung Herbert Bernstein: NF- und HF-Messtechnik: Messung mit Quarzoszilloskopen, Netzanalysatoren und Spektrumanalysatoren.

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