Ein Oszilloskop, ursprünglich auch als Oszillograph bezeichnet (umgangssprachlich Scope, Oscope oder O-Scope), ist ein Instrument, das elektrische Signale grafisch darstellt und zeigt, wie sich diese über die Zeit verändern. Es misst diese Signale, indem es mit einem Sensor verbunden wird, der als Reaktion auf physikalische Reize wie Schall, Licht und Wärme ein elektrisches Signal erzeugt. So ist ein Mikrofon zum Beispiel ein Sensor, der Schall in ein elektrisches Signal umwandelt.
In diesem Artikel erfahren Sie alles, was Sie über das Oszilloskop wissen müssen – von der Funktionsweise bis zur Auswahl des richtigen Geräts.
Wofür wird ein Oszilloskop verwendet?
Oscopes kommen häufig bei der Entwicklung, Herstellung oder Reparatur von elektronischen Geräten zum Einsatz. Ingenieure verwenden ein Oszilloskop zur Messung elektrischer Ereignisse und zur schnellen sowie präzisen Lösung von Messaufgaben, um Entwürfe zu überprüfen oder zu bestätigen, dass ein Sensor ordnungsgemäß funktioniert.
Wer benutzt ein Oszilloskop?
Wissenschaftler, Ingenieure, Physiker, Reparaturtechniker und Lehrkräfte verwenden Oszilloskope, um die zeitliche Veränderung von Signalen zu beobachten. So könnte ein Automobilingenieur das Oszilloskop etwa zum Korrelieren analoger Daten von Sensoren mit seriellen Daten aus dem Motorsteuergerät verwenden. Hingegen könnte ein medizinischer Wissenschaftler ein Oszilloskop verwenden, um Gehirnströme zu messen. Es gibt zahlreiche Anwendungen für dieses leistungsstarke Instrument.
Wie funktioniert ein Oszilloskop?
Es existieren drei primäre Oszilloskop-Systeme: vertikale, horizontale und Trigger-Systeme. Zusammen liefern diese Systeme Informationen über das elektrische Signal, wodurch das Oszilloskop dieses genau rekonstruieren kann. Die untenstehende Abbildung zeigt das Blockdiagramm eines Oszilloskops.
In der ersten Stufe wird die Signalspannung abgeschwächt oder verstärkt, um die Amplitude des Signals zu optimieren. Dies wird als vertikales System bezeichnet, da es von der vertikalen Skalensteuerung abhängt. Dann erreicht das Signal den Erfassungsblock, wo der Analog-Digital-Wandler (ADC) die Signalspannung abtastet und in einen digitalen Wert umwandelt. Das horizontale System, das eine Abtasttakt enthält, gibt jeder Spannungsabtastung eine genaue (horizontale) Zeitkoordinate. Der Abtasttakt treibt den ADC an und sein digitaler Ausgang wird im Erfassungsspeicher als Aufzeichnungspunkt gespeichert. Das Triggersystem erkennt eine benutzerdefinierte Bedingung im eingehenden Signalstrom und verwendet diese als Zeitreferenz in der Wellenformaufzeichnung. Jetzt wird das Ereignis, welches die Auslösekriterien erfüllt, angezeigt, ebenso wie die Wellenformdaten, die dem Ereignis vorausgehen oder folgen.
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Was misst ein Oszilloskop?
Vereinfacht gesagt, misst ein Oszilloskop Spannungswellen. Die Spannung wird auf dem Bildschirm eines Oszilloskops vertikal auf der Y-Achse und die Zeit horizontal auf der X-Achse dargestellt. Die Intensität oder Helligkeit der Anzeige wird mitunter als Z-Achse bezeichnet. Das daraus resultierende Diagramm kann Ihnen viele Informationen über ein Signal liefern, darunter:
- Zeit- und Spannungswerte eines Signals
- Frequenz eines oszillierenden Signals
- Die „beweglichen Teile“ eines Schaltkreises, dargestellt durch das Signal
- Frequenz, mit der ein bestimmter Teil des Signals im Verhältnis zu anderen Signalteilen auftritt
- Ob ein defektes Bauteil das Signal verzerrt oder nicht
- Wie groß der Anteil von Gleichstrom (DC) oder Wechselstrom (AC) an einem Signal ist
- Der Anteil des Signals, der aus Rauschen besteht
- Ob sich der Lärm im Laufe der Zeit verändert
Oszilloskop vs. Digitalmultimeter vs. Voltmeter
Oszilloskop, Digitalmultimeter, Voltmeter – was ist der Unterschied und sind sie austauschbar? Ein Voltmeter misst die Potenzialdifferenz zwischen zwei Knotenpunkten eines Stromkreises. Obwohl ein Digitalmultimeter ebenfalls Spannung misst, kann es gleichzeitig auch Strom und Widerstand messen. Mit einem Oszilloskop können Sie sehen, wie sich die Spannung im Laufe der Zeit verändert. Typischerweise wird mit der zunehmenden Komplexität der Anwendung auch das Gerät entsprechend fortschrittlicher.
Arten von Oszilloskopen
Es gibt zwei Haupttypen von Oszilloskopen: analog und digital. Ein analoges Oszilloskop erfasst und visualisiert die Spannungswellenform in ihrer ursprünglichen Form, während ein digitales Oszilloskop einen Analog-Digital-Wandler verwendet, um Informationen digital zu erfassen und zu speichern. Heutzutage verwenden die meisten Ingenieure digitale Oszilloskope, wenn es um Fehlersuche und Design geht. Digitale Oszilloskope lassen sich allgemein in fünf Kategorien unterteilen, die von preisgünstigen Allzweck-Oszilloskopen bis zu komplexeren Oszilloskopen reichen, die zwar teurer sind, aber dafür erweiterte Funktionen und eine höhere Genauigkeit bieten als die einfacheren Modelle.
- Digitales Speicheroszilloskop (DSO): Dies ist ein herkömmliches digitales Oszilloskop und eignet sich ideal für Anwendungen mit niedriger Wiederholrate oder Einzelaufnahmen, Hochgeschwindigkeits- und Mehrkanal-Design.
- Digitales Phosphor-Oszilloskop (DPO): Ein DPO verfolgt einen neuen Ansatz in der Oszilloskop-Architektur und liefert im Gegensatz zu DSOs die Z-Achse (Intensität) in Echtzeit. DPOs sind das beste Allzweck-Design- und Fehlerbehebungswerkzeug für eine Vielzahl von Anwendungen und werden häufig für erweiterte Analysen, Kommunikationsmaskentests, digitale Fehlersuche bei intermittierenden Signalen, sich wiederholende digitale Design- und Timing-Anwendungen eingesetzt.
- Mixed-Signal-Oszilloskop (MSO): Eine Art von DSO, das sowohl analoge als auch digitale Signale anzeigen und vergleichen kann. Es ist das Instrument der Wahl für die schnelle Fehlersuche in digitalen Schaltungen mit leistungsstarker digitaler Triggerung, hochauflösender Erfassungsfunktion und Analysetools.
- Mixed-Domain-Oszilloskop (MDO): Diese Oszilloskope bieten dieselben Funktionen wie Mixed-Signal-Oszilloskope, verfügen jedoch zusätzlich zu den analogen und digitalen Funktionen über einen integrierten Spektrumanalysator, der die HF-Fehlersuche ergänzt.
- Digitales Abtastoszilloskop: Für die Analyse von Signalen mit sehr hoher Geschwindigkeit unterstützen Abtastoszilloskope Jitter- und Rauschanalysen mit Erfassungen bei extrem niedrigem Jitter. Bei sich wiederholenden Signalen kann es eine 10-mal höhere Bandbreite und ein schnelleres Timing als andere Oszilloskope erreichen.
Erfahren Sie mehr über die Arten von Oszilloskopen und deren Funktionen, um das richtige Oszilloskop für Ihre Anwendung zu finden.
So wählen Sie das beste Oszilloskop
Bei der Auswahl des richtigen Oszilloskops sind eine Reihe von Faktoren zu berücksichtigen, darunter Bandbreite, Wellenform-Erfassungsrate, Abtastrate, Anstiegszeit, Triggerfunktionen und Preis. Ähnlich wie die Verschlusszeit, die Lichtverhältnisse und die Blende einer Kamera die Fähigkeit beeinflussen, ein klares und genaues Bild aufzunehmen, wirken sich die Leistungsüberlegungen eines Oszilloskops erheblich auf die Fähigkeit aus, die erforderliche Signalintegrität zu erreichen. Wenn Sie mehr über diese Kriterien erfahren möchten und darüber, wie sich diese auf Ihre Anwendungen auswirken könnten, lesen Sie unseren ausführlichen Bericht darüber, wie Sie ein Oszilloskop bewerten.
Die Geschichte des Oszilloskops
Im Jahr 1897 erfand der deutsche Physiker Karl Ferdinand Braun eine Kathodenstrahlröhre und damit das erste Oszilloskop, welches Jahrzehnte später von dem Unternehmen A. C. Cossor weiterentwickelt wurde. Das erste kommerzielle Oszilloskop wurde dann 1934 von General Radio auf den Markt gebracht und war das erste Gerät, welches außerhalb von Laboren eingesetzt wurde. Schließlich gründeten Howard Vollum und Melvin Jack Murdock im Jahr 1946 das Unternehmen Tektronix, das sich mittlerweile zum Weltmarktführer für Oszilloskope entwickelt hat. Seitdem bringt Tek kontinuierlich innovative neue Technologien auf den Markt, darunter das erste digitale Oszilloskop 1971 sowie die erste Oszilloskop-to-Cloud-Softwarelösung –TekDrive– im Jahr 2020. Oszilloskope bilden einen festen Bestandteil der Werkbank eines jeden Ingenieurs und tauchten im Laufe der Geschichte sogar in berühmten Filmen auf. Besuchen Sie die Website des Tek-Museums, um eine vollständige Liste der Oszilloskope in Filmen zu sehen.
Oszilloskop-Ressourcen
Digitale Oszilloskope sind der Schlüssel zur Bewältigung der anspruchsvollen Messaufgaben von heute. Tektronix ist der weltweit führende Hersteller von Oszilloskopen und bietet eine Vielzahl von Oszilloskopen an, die selbst die Anforderungen der fortschrittlichsten Anwendungen erfüllen. Kaufen Sie Oszilloskope noch heute oder kontaktieren Sie einen Tektronix-Vertreter, um eine Oszilloskop-Demo anzufordern.
Noch nicht bereit, den „Abzug zu betätigen“? Laden Sie unseren Leitfaden für Oszilloskope herunter, um alles zu erfahren, was Sie wissen müssen, um das beste Oszilloskop für Ihre Anwendung auszuwählen und zu verwenden.