Kleiner Exkurs: Das Oszilloskop

soulpain

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<center><img src="http://www.planet3dnow.de/photoplog/file.php?n=4510&w=o" border="1" alt="OCZ"></center>

<b>Verwendungszweck eines Oszilloskops</b>

<div class="newsfloatleft"><a href="http://www.planet3dnow.de/photoplog/index.php?n=4513"><img src="http://www.planet3dnow.de/photoplog/file.php?n=4513" border="1" alt="Oszi Gesamt"></a></div>Das Oszilloskop ist ein Gerät, das zur Darstellung von gemessenen Spannungen dient, die in einem gewissen Zeitfenster kontinuierlich erneuert werden im Bezug auf analoge Geräte. Die Darstellung kann je nach Modell analog oder digital erfolgen. Bei der analogen Messtechnik können theoretisch alle realen Verläufe dargestellt werden, da diese jeden Wert zwischen einem Minimum und Maximum erfassen. Entgegen dessen verfügen die digitalen Signale über eine begrenzte Abtastung. Damit sind letztere also beschränkt in ihrer Funktion. Im Grunde gibt es nur die Möglichkeit, analog ermittelte Signale digital zu erfassen und so für den Benutzter ab zu bilden. Letzten Endes steckt also auch ein Teil analoge Messtechnik dahinter. Die Darstellung selbst erfolgt auf einem Röhrenbildschirm in Form von hellen Bildpunkten bzw. Linien in einem Feld mit quadratsicherer Einteilung, damit das Ablesen leichter fällt. Als Anwendungsbeispiel wäre beispielsweise die Ermittlung der Restwelligkeitsanteile bei Schaltnetzteilen zu bezeichnen, die den PC mit Strom versorgen. In diesem Zusammenhang sollte man auf Geräte mit 20Mhz achten. Sie stellen damit ein notwendiges, wenn auch teures Werkzeug in der Elektrotechnik dar und spielen bei unseren Tests eine Rolle. Aber auch in der Medizin oder im KFZ-Bereich zur Messung in Zündanlagen werden sie verwendet. Innerhalb der vielen Marken, die Oszilloskope herstellen, sollte man beachten, dass die Positionen mancher Regler und deren Detaileinstellungen individuell sind und die diversen Funktionen differenziert zu betrachten sind.

[break=Anschlüsse und Tastköpfe]
<b>Anschluss der Tastköpfe (1/2 Kanal)</b>

<center><img src="http://www.planet3dnow.de/photoplog/file.php?n=4512&w=l" border="1" alt="OCZ"></center>
Die Tastköpfe, die insbesondere im Zusammenhang mit Oszilloskopen stehen, werden vom Oszi ausgehend an die spannungsführende Quelle gehalten bzw. angesteckt, um von dort aus die Messwerte an das Gerät selbst weiterzuleiten zur Verarbeitung. Wichtig dabei ist, dass die Köpfe parallel und nicht in Reihe geschaltet werden. In Reihe schalten bedeutet, diese direkt/unmittelbar hintereinander anzuschließen, wo sich die Spannung auf Widerstände beispielsweise aufteilt. Die Parallelschaltung, also das Anbringen dieser Köpfe nebeneinander hat keine Spannungsaufteilung zur Folge. Wichtig ist weiterhin, dass ein Tastkopf niemals alleine steht, sondern einer als Spannungsmesser selbst und einer als Masse (engl. ground = GND) fungiert. Die Masse stellt das Bezugspotenzial einer Betriebsspannung dar.

<center><img src="http://www.planet3dnow.de/photoplog/images/49821/medium/1_Oszi_Anschluss.jpg" border="1" alt="OCZ">
Hier gelangen die Anschlüsse in das Gerät (Input).</center>


[break=Darstellung und Funktionsweise]
<div class="newsfloatleft"><a href="http://www.planet3dnow.de/photoplog/index.php?n=4514"><img src="http://www.planet3dnow.de/photoplog/file.php?n=4514" border="1" alt="Oszi Darstellung"></a></div>Um die Spannungsverläufe für den Benutzer verständlich darzustellen, wird eine Art 2D-Koordinatensystem eingesetzt mit dem jeweligen Spannungsverlauf in Linien, Kurven oder Bildpunkten auf einem klassischen Röhrenmonitor bzw. aktuelleren LCD-Display. In dem Koordinatensystem schneiden sich die zwei Achsen im 90° Winkel beim Punkt 0. Dargestellt werden positive und negative Werte.
Die relative Größe der jeweiligen Werte in Volt zum Koordinatensystem lässt sich konfigurieren, sodass man eine Kurve größer oder kleiner sieht und der Wertebereich verändert wird, um mehr Details zu erkennen oder einen Überblick zu verschaffen in einer komprimierten Ansicht. In manchen Fällen werden auch mehrere Spannung gemessen, weshalb ein Oszilloskop dazu fähig ist, mit zwei Tastenkopfpaaren auch zwei Spannungskurven anzeigen zu können.








<div class="newsfloatleft"><a href="http://www.planet3dnow.de/photoplog/index.php?n=4515"><img src="http://www.planet3dnow.de/photoplog/file.php?n=4515" border="1" alt="Oszi Generator"></a></div>Über den hier verwendeten Frequenzgenerator können nicht nur sinusförmige Wellen generiert werden (siehe oberes Bild) sondern auch Sägezahnimpulse und jene Verläufe, die man als Rechteckspannung bezeichnet. Die Rechtecksspannung ist beispielsweise eine Form, mit der Transformatoren arbeiten und dadurch entsteht, wenn die Halbleiter im SNT die Spannung zerhacken. Daher kann man festlegen, dass das Oszilloskop vielerlei Spannungsverläufe anzeigen kann. Die Sinuskurve ergibt sich aus der Wechselspannung, die über die Generatoren in Kraftwerken erzeugt wird und über das Stromnetz an die Haushalte gelangt. Daher sind solche Anzeigen sehr praxisnah.



<center><img src="http://www.planet3dnow.de/photoplog/file.php?n=4516&w=o" border="1" alt="OCZ">
Hier die verschiedenen Spannungsverläufe.</center>

<b>Aufbau und Funktionsweise</b>

Elektronen stellen das Medium für die Darstellung dar und weisen als Eigenschaften eine hohe Schnelligkeit bei geringer Masse auf. Die von einem Heizfaden erwärmte Kathode, mit einer großen negativen Spannung, gibt Elektronen aus, die anschließend von der Anode angezogen werden. Letztere ist auch verantwortlich für die Geschwindigkeit und beschleunigt folglich die Elektronen. Weiterhin zählen zu den wichtigen Elementen der Wehneltzylinder, der als Steuerelektrode die Intensität beeinflusst, auf dessen Regler wir gleich noch bei den Einstellungsmöglichkeiten eingehen werden. Weiter hinten befindet sich für jede Achse eine eigene Ablenkplatte, die für die Darstellung in Linienform statt einzelner Lichtpunkte eine Rolle spielt. Sie lenken horizontal (x) oder vertikal (y) ab. Wenn beim übereinanderliegenden Plattenpaar die obere negativ und die untere positiv ist, wird das Eingangssignal leicht nach unten gelenkt. Mit umgekehrter Anordnung nach oben. Die horizontale Verschiebung folgt dem selben Prinzip, nur dass die Platten nebeneinander liegen, um den gewünschten Effekt zu erreichen. Zu guter letzt bringen die Elektronen eine Leuchtschicht, wie der Name schon sagt, zum Leuchten.

[break=Einstellungen]
<center><img src="http://www.planet3dnow.de/photoplog/file.php?n=4517&w=o" border="1" alt="OCZ"></center>
Die Einstellungen am Oszilloskop bieten viele Optionen, wobei in den folgenden Punkten die wichtigsten Funktionen einzeln erklärt sind. Das Reglerfeld befindet sich in der Regel rechts neben dem Bildschirm. Vorweg muss man den roten „Power“ Knopf aktivieren und mit „Autoset“ lässt sich der automatische Messstandard wiederherstellen. Ansonsten sind dem Benutzer kaum Grenzen gesetzt im freien Umgang mit diesem Gerät.

<b>Verschiebung mit XPOS und YPOS</b>

Diese beiden Begriffe mögen zunächst kompliziert klingen, stellen aber nichts anderes dar, als die Position (POS) der X- und Y-Koordinaten im Koordinatensystem, das bekanntermaßen oft in der Mathematik Verwendung findet. Hierbei können die Positionen von X nach links oder rechts und Y nach oben oder unten verschoben werden.

<b>Time/DIV und Volt/DIV</b>

Time/DIV (Time= engl. für Zeit) sagt dem Begriff entsprechend aus, wie lang das Signal/ der Strahl vom Startpunkt links zum rechten Bildende benötigt. Die Millisekundenanzahl (z.b. 10ms), die man mit diesem Regler einstellen kann, besagt, wie viel Zeit vergeht, bis eines der Kästchen zurückgelegt worden ist. Wenn man den Regler verschiebt, bewegt sich das Signal also schneller oder wahlweise langsamer über die Anzeigefläche.

Volt/DIV (Volt= physikalische Einheit für Spannung) definiert den Wertebereich der Spannung, also wie viel Volt pro Abschnitt dargestellt werden sollen (z.B. 12V). Auch hier gilt wie beim oben genannten Time/DIV der Regler auf die gewünschte Position verschoben, um eine Spannung einzustellen. Die Möglichkeiten der Einstellung hängen von dem Oszilloskop ab.

<b>Focus und Intensity</b>

Focus: Mit dem Fokus lässt sich die (Un-)Schärfe des Bildes einstellen. Üblicherweise strebt man an, eine Bildqualität zu erreichen, die das ablesen erleichtert, weshalb eine saubere Schärfe das Ziel darstellt und eine sehr verschwommene Darstellung das negative Beispiel dazu. Wie bei allen Reglern dreht man selbigen so lange, bis das gewünschte Ergebnis erreicht ist. Der ein oder andere wird diesen Begriff aus der Fotographie kennen, bei denen man die Objekte ebenfalls scharf stellt.

Intensity: In schlecht belichteten Räumen möchte man nach wie vor ein gut sichtbares Bilder der Strahlen, die sich von dem Hintergrund abheben, weshalb sich mit der Intensity die Helligkeit regulieren lässt. Eine stärkere Einstellung in ein paar Stufen verstärkt folglich die Intensität (deutsches Wort für den Überbegriff) des Strahles, sodass dieser heller leuchtet.

[break=Korrekte Interpretation der angezeigten Messwerte]
<center><img src="http://www.planet3dnow.de/photoplog/file.php?n=4510&w=o" border="1" alt="OCZ"></center>

Der Spannungsverlauf auf dem Bildschirm nutzt einem nicht viel, wenn man die angezeigten Linien nicht richtig interpretieren kann. So muss man die Werte auf der X- und Y-Achse auch dem Anzeigebereich eines Kästchens zuordnen können. Natürlich sollte man dazu wissen, was man zuvor an Einstellungen vorgenommen hat. Man liest unten links ab, wie viel Volt pro Kästcheneinheit angezeigt wird und kann so abzählen, wie hoch die Sinuskurve beispielsweise verläuft, um so Spannungsspitzen und effektive Segmente ermitteln zu können. Rechnerisch wird die Kästchenanzahl mit dem eingestellten Wert pro Kästchen multipliziert, um den Gesamtwert zu erhalten.

Ob man nun ein digitales oder analoges Gerät verwenden sollte, hängt von den finanziellen Mitteln und den gegebenen Anwendungen bzw. Anforderungen ab. Mit vergleichbaren Eigenschaften sind digitale Geräte teurer, bieten aber auch Speicherfunktionen für ein mehrdimensionales Array und machen mit ihrer farblichen Unterscheidungen einzelner Verläufe das Ablesen einfacher.


<center>Wenn man das alles beachtet, kann man dieses Geräte problemlos verwenden und es wird einem gute Dienste leisten. Bei welcher Aufgabe das auch immer sein mag...</center>

<a href="http://www.planet3dnow.de/vbulletin/showthread.php?t=355724">-> Kommentare</a>
 
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