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Grundlagenwissen Messtechnik Was die vertikale und horizontale Skalierung bei einem Oszilloskop bedeuten

Autor / Redakteur: Daniel Bogdanoff * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Für brauchbare Messergebnisse mit einem Oszilloskop muss man sich mit der vertikalen und horizontalen Auflösung auseinandersetzen. Dabei spielt auch die Auflösung des A/D-Wandlers eine wichtige Rolle.

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Grundlagen Oszilloskop: Für genaue Messergebnisse mit einem Oszilloskop ist es entscheidend zu wissen, was horizontale und vertikale Skalierung bedeuten. Im Bild ist ein Modell der Serie 4000 X von Keysight Technologies.
Grundlagen Oszilloskop: Für genaue Messergebnisse mit einem Oszilloskop ist es entscheidend zu wissen, was horizontale und vertikale Skalierung bedeuten. Im Bild ist ein Modell der Serie 4000 X von Keysight Technologies.
(dataTec/Keysight Technologies)

Damit man aus einem Oszilloskop gute Ergebnisse bekommt, sind einschlägige Fachkenntnisse notwendig. Denn bei steigenden Geschwindigkeiten und kleiner werdenden Spannungen werden die Reserven für Signale ebenfalls immer kleiner.

Dank der digitalen Oszilloskope konnten viele bisher manuelle Messungen automatisiert werden. Für eine präzise Messung sind richtiges Skalieren und die Bitauflösung entscheidend.

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Nach dem Einschalten des Scopes lässt sich dieses feiner einstellen. Dazu werden die Messparameter geändert, die Messkurve mit einem Cursor abgefahren oder Statistikdaten der Messung angezeigt. Eine wesentliche Einstellung ist die Skalierung. Sie beeinflusst die Abtastrate und die Bitauflösung. Horizontale und vertikale Skalierung haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Messung. Die horizontale Skalierung (Zeitbasis) ist relevant bei zeitbezogenen Messungen. Ändert man die Zeitbaiseinstellung, also die Zeit pro Skalenanteil, wird auch die Erfassungszeit des Oszilloskops geändert. Außerdem beeinflusst die Erfassungszeit wiederum die Abtastrate nach folgender Gleichung: Abtastrate = Speichertiefe / Erfassungszeit.

Mit zunehmender Erfassungszeit sinkt die Abtastzeit

Die Speichertiefe ist ein fester Wert und die Erfassungszeit wird durch die Zeitbasiseinstellung des Oszilloskops festgelegt. Mit zunehmender Erfassungszeit muss die Abtastzeit sinken, damit die erfassten Signaldaten noch vollständig in den Speicher des Scopes passen. Vor allem für zeitbezogene Messungen wie Frequenz, Impulsbreite oder Anstiegszeit ist das wichtig. Möchte man bei einer Frequenz eines Taktsignals von 100 kHz messen, erhält man bei einer Zeitbasis von 2 ms/s erhält man für die Frequenz einen Messwert von 99,6 kHz mit einer Standardabweichung von 1,48 kHz.

Die Abtastrate beträgt 100 MS/s infolge der langsamen Zeitbasis. Wird das gleiche Signal mit einer Zeitbasis von 1,2 µs/div anstatt 2 ms/div gemessen, so beträgt die durchschnittlich gemessene Frequenz 100,00 kHz bei einer Standardabweichung von 1,53 Hz. Die Messunsicherheit beträgt etwa 0,001%. Im Beispiel wurde ein Gerät der Serie InfiniiVision 4000 X von Keysight verwendet. Bei diesem beträgt im Beispiel die Abtastrate 5 GS/s. Dank entsprechender Horizontalablenkung lässt sich die Samplingfrequenz maximieren und die Standardabweichung um Faktor 1000 verbessern.

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