Oszilloskope Grundlagenwissen, Teil 3 Grundlegende Bedienelemente an einem Oszilloskop

Autor / Redakteur: Dave Ireland* / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

In den ersten beiden Teilen haben wir Ihnen gezeigt, wie sich mit einem Oszilloskop Signale interpretieren und messen lassen. Wir gaben Ihnen außerdem einen Überblick der verschiedenen Digitaloszilloskope und was bei der Auswahl zu beachten ist. In unserem letzten Teil stellen wir Ihnen die wesentlichen Bedienelemente dieser Messgeräte vor.

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Das DPO7254 von Tektronix: Zur Kommunikation mit dem Oszilloskop gehören die Bedienelemente, um wesentliche Einstellungen am Eingangssignal vorzunehmen
Das DPO7254 von Tektronix: Zur Kommunikation mit dem Oszilloskop gehören die Bedienelemente, um wesentliche Einstellungen am Eingangssignal vorzunehmen
( Archiv: Vogel Business Media )

Soll mit einem Oszilloskop ein Eingangssignal erfasst und untersucht werden, müssen am Gerät drei Grundeinstellungen vornehmen werden: Vertikal, Horizontal und Trigger. Wenn Sie die Funktion dieser Bedienelemente kennen, können Sie das Oszilloskop für Ihre speziellen Messanforderungen einsetzen.

Vertikalsystem und Bedienelemente

Mit den vertikalen Bedienelementen lässt sich das Signal vertikal positionieren und skalieren sowie die Eingangskopplung und weitere Signalzustände einstellen. Hierzu gehören:

  • Position und Volt pro Skalenteil: Ermöglicht die Positionierung und Skalierung des Signals genau an der gewünschten Stelle auf dem Bildschirm.
  • Eingangskopplung: Kann auf DC, AC oder Masse eingestellt werden. Bei der DC-Kopplung werden alle Anteile des Eingangssignals dargestellt. Bei der AC-Kopplung wird der DC-Anteil des Signals unterdrückt, und das Signal wird an der vertikalen Massereferenz zentriert dargestellt.
  • Bandbreitenbegrenzung: Durch die Begrenzung der Bandbreite werden störende Rauschanteile reduziert, die manchmal im dargestellten Signal auftreten. Das Ergebnis ist eine schärfere Signaldarstellung (obwohl dadurch auch der hochfrequente Signalanteil reduziert wird).
  • Bandbreitenvergrößerung: Einige Oszilloskope sind mit einem DSP-Entzerrungsfilter ausgestattet. Dieser Filter kann verwendet werden, um die Bandbreite zu vergrößern, den Frequenzgang des Oszilloskops zu linearisieren und die Phasenlinearität zu verbessern.

Horizontalsystem und Bedienelemente

Das Horizontalsystem eines Oszilloskops umfasst folgende wichtige Bedienelemente:

  • Erfassungsmodi
  • Sampling
  • Position und Erfassungszeit pro Skalenteil

Die verschiedenen Erfassungsmodi

Bedienelemente auf dem Bedienfeld eines Oszilloskops: Sie bilden die Schnittstelle zwischen Messgerät und Messtechniker (Archiv: Vogel Business Media)

Über die Erfassungsmodi wird von den Abtastpunkten ausgehend die Berechnung und Darstellung der Signalpunkten durchgeführt. Abtastpunkte sind die digitalen Werte, die direkt vom Analog-Digital-Wandler (ADC) abgeleitet werden. Das Abtastintervall bezieht sich auf die Zeitdauer zwischen den Abtastpunkten. Signalpunkte sind die digitalen Werte, die sich im Speicher befinden und für die Signaldarstellung auf dem Bildschirm verwendet werden.

Es gibt mehrere Erfassungsmodi. Hierzu gehören:

  • Abtastmodus
  • Spitzenwertmodus
  • Mittelwertmodus
  • Hi-Res-Modus
  • Hüllkurvenmodus
  • Signaldatenbankmodus

Ein großer Vorteil von Digitaloszilloskopen ist die Möglichkeit, Signale zur späteren Darstellung zu speichern. Dazu sind auf dem Bedienfeld eine oder mehrere Tasten vorgesehen, mit denen das Erfassungssystem gestartet und angehalten werden kann, damit sich die Signale ohne Zeitdruck analysieren lassen.

Das Sampling der Messsignale

Sampling entspricht der Anfertigung von Momentaufnahmen. Jede Momentaufnahme entspricht dabei einem bestimmten Zeitpunkt im Signal. Digitaloszilloskope bieten mehrere Sampling-Methoden:

  • Sampling in Echtzeit: Das Oszilloskop erfasst genügend viele Signalpunkte in einem Erfassungsdurchlauf, um ein genaues Bild des Signals aufzuzeichnen und zu rekonstruieren.
  • Äquivalentzeit-Sampling: Kann zur genauen Erfassung von Signalen verwendet werden, deren Frequenz die Hälfte der Abtastrate des Oszilloskops überschreitet. Beim Äquivalentzeit-Sampling muss das Eingangssignal repetitiv sein.

Position und Erfassungszeit pro Skalenteil

Mit dem Bedienelement für die horizontale Position kann das Signal nach links und rechts genau an die gewünschte Stelle auf dem Bildschirm verschoben werden. Mit den Zeitbasiseinstellungen kann die Geschwindigkeit festgelegt werden, mit der das Signal auf den Bildschirm geschrieben wird (auch Ablenkgeschwindigkeit genannt).

Weitere horizontale Bedienelemente

Je nach Marke und Modell kann ein Oszilloskop weitere horizontale Bedienelemente aufweisen:

  • Zoom/Verschieben: Mithilfe der Bedienelemente zum Einstellen des Zoomfaktors und der Zoomskalierung sowie der Verschiebung des Zoomfelds über dem Signal, kann ein vergrößerter Ausschnitt des Signals auf dem Bildschirm dargestellt werden.
  • Suchen und Markieren: Ermöglicht bei langen Erfassungen eine schnelle Navigation durch die Suche nach anwenderdefinierten Ereignissen.
  • XY-Modus: Ermöglicht Anwendern, auf der horizontalen Achse ein Eingangssignal darzustellen und nicht mehr die Zeitbasis. Dadurch werden verschiedenen Verfahren von Phasenmessungen ermöglicht.
  • Z-Achse: Die Z- oder Intensitäts-Achse auf einem Digital-Phosphor-Oszilloskop (DPO) ermöglicht eine dreidimensionale Darstellung in Echtzeit, ähnlich wie bei einem analogen Oszilloskop. Dadurch kann das Basissignal leichter von einem nur gelegentlich auftretenden transienten Signal unterschieden werden.

Triggersystem und Bedienelemente

Ungetriggertes Signal: Ein Trigger synchronisiert die horizontale Ablenkung an einem festgelegten Punkt des Signals (Archiv: Vogel Business Media)

Die Triggerfunktion eines Oszilloskops synchronisiert die horizontale Ablenkung an einem festgelegten Punkt des Signals. Dies ist für eine präzise Signalrekonstruktion unerlässlich. Mithilfe von Trigger-Bedienelementen können repetitive Signale stabilisiert und Einzelschusssignale erfasst werden.

Der Trigger lässt repetitive Signale auf der Oszilloskopanzeige statisch erscheinen, indem derselbe Teil des Eingangssignals wiederholt dargestellt wird. Die Darstellung auf dem Bildschirm wäre völlig unübersichtlich, wenn jede Ablenkung an einer anderen Stelle am Signal beginnen würde (Bild 2).

Die einfachste und gebräuchlichste Triggerbetriebsart ist die Flankentriggerung. Darüber hinaus bieten viele digitale Oszilloskope eine Vielzahl von speziellen Triggereinstellungen. Diese Trigger reagieren auf bestimmte Zustände des Eingangssignals. Dadurch lässt sich beispielsweise ein unzulässig schmaler Impuls leicht erkennen. Es wäre unmöglich, diesen Zustand allein mit einem Flankentrigger (Spannungsschwelle) zu erkennen.

Mit den erweiterten Trigger-Bedienelementen können bestimmte Ereignisse isoliert werden, um die Abtastrate und Aufzeichnungslänge des Oszilloskops optimal zu verwenden. Die erweiterten Triggerfunktionen einiger Oszilloskope ermöglichen eine hochselektive Signalerfassung. Sie können auf Impulse triggern, die durch die Amplitude bestimmt sind, wie Runt-Impulse, die durch die Zeit bestimmt sind (Impulsbreite, Glitch, Anstiegsrate, Setup-und-Hold und Zeitlimit) und die durch einen logischen Zustand bzw. ein logisches Muster bestimmt sind (Logiktrigger).

Zu den erweiterten Triggerfunktionen gehören:

  • Pattern Lock-Triggerung
  • Serielle Bitmustertriggerung
  • A- und B-Triggerung
  • Such- und Markierungstriggerung
  • Triggerkorrektur
  • Bitmustertriggerung auf bestimmte Standardsignale (I2C, CAN, LIN)
  • Parallelbustriggerung

Die Vortrigger-Darstellung

Durch Änderung der horizontalen Triggerposition lassen sich Einblicke in das Signalverhalten vor einem Trigger-Ereignis gewinnen. Dies wird als Vortrigger-Darstellung bezeichnet. Dabei wird das erfasste Signals in Anteilen vor und nach einem Triggerpunkt unterschieden.

Die Vortrigger-Darstellung ist ein wertvolles Hilfsmittel für die Fehlersuche. Wenn ein Problem intermittierend auftritt, können Sie auf das Problem triggern und die Ereignisse aufzeichnen, die zu dem Problem führten, und dadurch die Ursache feststellen.

Verschiedene Triggerquellen

Das Oszilloskop muss nicht unbedingt auf dem dargestellten Signal getriggert werden. Mehrere Quellen können die Ablenkung triggern:

  • Ein beliebiger Eingangskanal
  • Eine andere externe Quelle außer dem Signal des Eingangskanals
  • Das Stromnetzsignal
  • Ein intern durch das Oszilloskop erzeugtes Signal aus einem oder mehreren Eingangskanälen definiert

Meistens können Sie das Oszilloskop so eingestellt lassen, dass es auf dem dargestellten Kanal triggert. Einige Oszilloskope verfügen über einen Trigger-Ausgang, der das Triggersignal auf ein anderes Gerät übertragen kann.

Die beiden Triggermodi

Der Triggermodus bestimmt, ob das Oszilloskop ein Signal auf der Grundlage eines Signalzustands darstellt oder nicht. Gängige Triggermodi sind:

  • Normalmodus: Das Oszilloskop erzeugt nur dann eine Darstellung des Signals, wenn das Eingangssignal den Triggerpunkt erreicht. Anderenfalls ist der Bildschirm leer oder auf dem zuletzt erfassten Signal eingefroren.
  • Auto-Modus: Im Auto-Modus stellt das Oszilloskop auch dann ein Signal dar, wenn kein Trigger anliegt. Wenn kein Signal vorhanden ist, triggert ein Zeitgeber im Oszilloskop die Ablenkung. Dies gewährleistet, dass die Anzeige nicht ausgeblendet wird, wenn das Signal keinen Trigger auslöst.

*Dave Ireland ist Technical Marketing Manager bei Tektronix.

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