Oszilloskop
Das Oszilloskop dient zur grafischen Darstellung des Spannungsverlaufes innerhalb eines einstellbaren Zeitbereiches.
Analoge Oszilloskope ==
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Bei analogen Oszilloskopen wird das darzustellende Signal nach der Verstärkung direkt zur Ablenkung eines Elektronenstrahls verwendet.
Brauchbare analoge Oszilloskope findet man oft schon für ca. 50 Euro bei Online-Auktionen und Kleinanzeigenmärkten. Für 200-400 Euro bekommt man dort recht gute Profigeräte mit 60-200 MHz Bandbreite. Brauchbare Neugeräte fangen bei 600 Euro an. Der Oszilloskopmarkt wird von einigen wenigen Marken dominiert. Im höherpreisigen Segment sind es vor allem HP (Agilent) und Tektronix. Hameg ist vor allem im niedrigpreisigen Segment (500-1500 Euro) weit verbreitet. Man findet sie oft in Schule und Ausbildung.
Ganz einfache Geräte verfügen nur über einen Kanal. Damit ist es nicht möglich, zwei Signale in zeitliche Beziehung zu setzen. Dies ist jedoch oft wichtig. Deshalb verfügen heutzutage auch einfache Geräte meist über 2 Kanäle.
Die Bandbreite gibt Auskunft, welche Signal-Frequenzen das Oszilloskop noch verarbeiten kann. Bei angegebener Bandbreite fällt die Verstärkung des Oszilloskops um 3dB ab. Um Signalverläufe noch vernünftig interpretieren zu können, kann man grob sagen, dass man Signale bis 1/10 der Bandbreite dargestellt bekommt. Ein Rechtecksignal nahe der Bandbreite würde z.B. nur noch als Sinus dargestellt werden.
Oszilloskope unterscheiden sich oft stark in den Triggerungsmöglichkeiten. Bei guten Geräten kann man z.B. in ein Signal reinzoomen bzw. die Triggerung variabel verzögern. Erst dadurch wird es möglich, dass man sich Signale, die zeitlich weit hinter einem Triggerevent kommen, genauer anschauen kann.
Mit Analog-Oszilloskopen kann man sich hauptsächlich periodische Signalverläufe anschauen, also solche, die zeitlich immer wiederkehrend sind. Denn nur so kann ein Signal immer wieder auf den Schirm "geschrieben" werden und erscheint als stehendes Bild. Aperiodische Signale, wie z.B. auf Datenübertragungsleitungen, sind damit nicht darstellbar. Sie laufen mit einem Strahldurchgang über den Schirm. In dieser kurzen Zeit ist es jedoch nur selten möglich, sie visuell aufzunehmen. Mit einer Digitalkamera kann man solche Signalverläufe mitunter trotzdem einfangen. Manche Analog-Oszilloskope bieten eine Möglichkeit, die Triggerung nur zu einem definiertem Zeitpunkt anzustoßen, somit kann auch der Anlaufstrom eines Motors mit einem Analog-Oszi dargestellt werden.
Digitale Speicheroszilloskope
Ein digitales Speicheroszilloskop (englisch kurz DSO genannt; DSO = Digital Storage Oscilloscope) digitalisiert das Eingangssignal mit einem Analog-Digital-Wandler und legt die Werte in einem Speicher ab. Der Vorteil daran ist, dass man auf diese Weise Momentaufnahmen eines Signals machen und damit einmalige (transiente) Ereignisse (Spikes, Datenübertragungen) erkennen und darstellen kann, was besonders bei digitalen Schaltungen, z.B. mit Mikrocontrollern, sehr nützlich ist. Weiterhin lässt sich das Signal "vermessen" (z.B. um die Baudrate einer Datenübertragung zu bestimmen), man kann die Frequenz und den Effektivwert anzeigen lassen, das Frequenzspektrum, und je nach Modell noch vieles mehr. Das Signal wird in S/W oder Farbe auf einem LCD dargestellt, lässt sich aber oft auch über einen angeschlossenen Drucker ausdrucken oder an den PC übermitteln.
Der wichtigste Parameter bei digitalen Oszilloskopen ist die Abtastrate, die angibt mit welcher Geschwindigkeit das Eingangssignal digitalisiert wird. Um ein Signal mit einer bestimmten Frequenz vernünftig darstellen zu können muss es mindestens mit der 10-fachen Frequenz abgetastet werden.
Au�?erdem sind die Speichertiefe und die Wandler-Auflösung interessant. Ein Oszilloskop das mit 8 Bit Aufloesung abtastet und 2000*8 Bit Speicher hat kann 2000 Samples abspeichern, was einer Darstellung von 2000*256 Pixeln entspricht.
Bei der Wandlung und Speicherung gibt es zwei Verfahren: guenstige Oszilloskope wie die TDS1000-Serie von Tektronix verwenden CCD-Speicher (analoge Schieberegister); die Messwerte werden erst gespeichert, und dann digitalisiert. Der Nachteil dabei ist das relativ starke Rauschen und die begrenzte Speichertiefe. Teurere Modelle wandeln in Echtzeit mit schnellen Flash-AD-Wandlern und speichern die Messwerte direkt in einem schnellen RAM. Die Speichertiefe ist dabei praktisch unbegrenzt, allerdings sind Wandler die mehrere GS/s schaffen sehr teuer.
Natürlich spielt der Verwendungszweck eine entscheidene Rolle bei der Auswahl. Auf dem Labortisch, wo meist nur kleine Spannungen mit einem gemeinsamen Massebezug vorkommen, werden andere Anforderungen an ein Oszilloskop gestellt, als z.B. im Servicebereich für Industriesteuerungsanlagen, Automatisierungstechnik, usw. Dort sind weniger hohe Abtastraten wichtig, sondern eher eine größere Anzahl Eingangskanäle, die galvanisch voneinander getrennt sind, Spannungsfestigkeit bis min. 500 Volt, sowie speziell bei Störungsanalysen, die Möglichkeit komplexe Triggermuster einzustellen und eine integrierte große Festplatte, um einzelne Ereignisse automatisiert über lange Zeiträume hinweg festhalten zu können. Ein Beispiel für so ein hochwertiges Gerät ist ein Yokogawa Scopecorder (DL708). Allerdings sind bei solchen Geräten die Preise nach oben hin offen.
Ein Beispiel für ein Einstiegsmodell ist das TDS1002 von Tektronix (ca. 1200 Euro). Es hat 2 Kanäle mit je 1 GS/s (1 Milliarde Abtastungen pro Sekunde) und ist für Signale bis 60 MHz verwendbar. Die Wandlerauflösung beträgt 8 Bit (256 Stufen), der Speicher ist 2 kByte groß.
Das mit ca. 600 Euro deutlich günstigere BenchScope von Wittig hat zwar nur eine Abtastrate von 100 MS/s, dafür ist die Speichertiefe größer (bis 16 kB) und es besitzt bereits einen RS232-Anschluss, welchen man beim TDS1002 für > 300 Euro dazukaufen muss.
Vergleichstabelle
Diese Tabelle soll einen Überblick über interessante Geräte besonders im unteren Preisbereich geben. Eine vollständige Auflistung aller existierenden Geräte macht wegen der Vielzahl an Baureihen und Modellen wenig Sinn.
| Bezeichn. | Herst. | Preis (€) | Kan. | Sampler.(MS/s) | Bandbr. (MHz) | Aufl. (Bit) | Speichert.(kS) | Displ-Farben | Displ-Aufl. | PC-Interf. | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| TDS-1002 | Tektr | 1000 | 2 | 1000 (pro Kanal) | 60 | 8 | 2.5 | 1 | 320x240 | ca. 200 € | verhältnismäßig starkes Rauschen, siehe Text oben |
| BenchScope 22-300 | Wittig | 700 | 2 | 100 | 20 | 8 | 2x0,25-15 | grün | 320x240 | ca. 180 € | . |
| MultiScope 22-320 | Wittig | 196 - 404 | 2 | 20 | 2 | 8 | 1/8-8 | grün | 128x64 bel. | ser.incl. | galv.Trennung Kanäle & Interf. |
| OsziFOX 22-310D | Wittig | 91 / 149 | 1 | 20 | 5 | 6 | . | grün | 64x16 bel. | ser.incl. | . |
| DSO3062A | Agi. | 800 | 2 | 500 (pro Kanal) | 60 | 8 | 4k | ja | 320x240 | USB | - |
| MEphisto Scope 1 (UM202) | Meilhaus | 333.- | 2 | 1 Ms | 2 mhz | 16 bit | 256 ks | .. | .. | USB | 5 in 1,
Oszilloskop, Logik-Analysator, Voltmeter, Datenlogger analog und digital, Digital-I/O, |
PC-Oszilloskope
PC-Oszilloskope sind im Prinzip digitale Speicheroszilloskope, mit der Besonderheit, dass sie die Daten nicht selbst anzeigen sondern an einen PC übermitteln. Beim Kauf eines PC-Oszilloskops sollte man besonders vorsichtig sein und im Zweifelsfall vorher im Forum nachfragen, da viele Angebote irreführende Informationen enthalten. Sehr beliebt ist z.B. die Werbung mit der Analogbandbreite, also die Bandbreite die der Analogteil der Schaltung (Eingangsverstärker) verarbeiten kann. Wenn hier 100 MHz angegeben sind bedeutet das aber nicht dass sich auch wirklich Signale bis 100 MHz darstellen lassen; wenn der Wandler nur mit 40 MS/s abtastet ist das Oszilloskop gerade noch bis 4 MHz verwendbar. Ebenso sollte man nur die Echtzeit- oder Realtime-Abtastrate beachten, eine manchmal ebenfalls angegebene "Äquivalent-Abtastrate" ist praktisch wertlos.
Wem ein wirklich einfaches Oszilloskop für kleine Frequenzen (bis etwa 20 kHz) ausreicht, bspw. um die Kommunikation am I2C-Bus zu analysieren, findet hier eine Anleitung für das Messen mit der Soundkarte. Der Vorteil ist hierbei, dass es sich, dank des PCs, um ein Speicheroszilloskop handelt und die Daten zum Beispiel in Excel analysiert werden können.
Allerdings eignet sich eine Soundkarte nicht dazu, Gleichspannungen zu messen, zu niederfrequente Signale können daher nicht damit erfasst werden: Im Screenshot nebenann erkennt man das z.B. an der fallenden Gerade am Schluss (obwohl der tatsächliche Signalpegel konstant oben bleibt). Auch ist hier besondere Vorsicht geboten, da Soundkarten nur für geringe Spannungen ausgelegt sind und bei einer zu hohen Eingangsspannung möglicherweise der ganze PC beschädigt wird.
Links
- Forum-Beiträge zum Thema Oszilloskop (Kaufberatung, Anwendung)
- Ein virtuelles interaktives Oszi (zum üben)