Ein Oszilloskop ist ein elektronisches Werkzeug zur grafischen Darstellung von Schallwellen und Umgebungsfrequenzen. Diese Art von Werkzeug ist in einer Reihe von verschiedenen Anwendungen hilfreich. Zu den gängigsten gehören Musik, insbesondere Radiofrequenzen und digitales Musik-Remastering, aber es kann auch in bestimmten Schaltungs- und Konstruktionsszenarien und bei der Messung seismischer Aktivität und bestimmter anderer Geräusche in der Natur hilfreich sein. Die meisten Geräte sind so kalibriert, dass sie nicht nur die Schallwellen in einem Moment darstellen, sondern sie auch im Laufe der Zeit verfolgen und Veränderungen und signifikante Verschiebungen feststellen. Sie sind normalerweise relativ einfach zu steuern und zu manipulieren, und Benutzer können sie kalibrieren, um eine Reihe verschiedener Ziele zu erreichen. Darüber hinaus stehen viele verschiedene Modelle zur Auswahl, oft mit einer Reihe von Spezifikationen. Einige sind einfach und einfach zu bedienen, während andere viel komplizierter sind und oft unterstützende Software und andere Geräte erfordern. Menschen, die eines dieser Tools kaufen möchten, sind in der Regel klug, die verfügbaren Optionen zu recherchieren und ihre Bedürfnisse sorgfältig abzuwägen, bevor sie eine Investition tätigen.
Technische Eigenschaften
Ein typisches Oszilloskop ist ein rechteckiges Gehäuse mit einem kleinen Bildschirm, zahlreichen Eingangsanschlüssen und Steuerknöpfen sowie Tasten auf der Vorderseite. Ein Raster auf der Vorderseite des Bildschirms, das sogenannte Raster, hilft bei der Messung. Jedes Quadrat im Raster wird als Division bezeichnet. Das zu messende Signal wird einem der Eingangsanschlüsse zugeführt, bei denen es sich normalerweise um einen Koaxialanschluss handelt, der ein elektrisches Kabel oder eine andere Verkabelung verwendet. Verfügt die Signalquelle über einen eigenen Koaxialanschluss, genügt möglicherweise ein einfaches Koaxialkabel; andernfalls ist möglicherweise ein spezielles Kabel erforderlich, das als „Scope-Sonde“ bezeichnet wird, obwohl in diesen Fällen die Sonde normalerweise mit dem Gerät geliefert wird.
Grundfunktionalität
Im einfachsten und grundlegendsten Modus zeichnet das Gerät eine horizontale Linie, die als Spur bezeichnet wird, von links nach rechts über die Mitte des Bildschirms, die sich auf die gehörten und absorbierten Geräusche bezieht. Eine der Steuerungen, die Zeitbasissteuerung, legt die Geschwindigkeit fest, mit der die Linie gezeichnet wird. Es wird normalerweise in Sekunden pro Division kalibriert. Wenn die Eingangsspannung von Null abweicht, wird die Spur entweder nach oben oder nach unten abgelenkt. Eine andere Steuerung, die vertikale Steuerung, stellt die Skala der vertikalen Ablenkung ein und wird in Volt pro Teilung kalibriert. Die resultierende Kurve ist ein Spannungs-Zeit-Diagramm, wobei die jüngste Vergangenheit links und die jüngere Vergangenheit rechts liegt.
Wenn das Eingangssignal ein sogenanntes „periodisches“ Signal ist, ist es normalerweise möglich, eine einfache Kurve zu erhalten, indem die Zeitbasis so eingestellt wird, dass sie der Frequenz des Eingangssignals entspricht. Wenn das Eingangssignal beispielsweise eine 50-Hz-Sinuswelle ist, beträgt seine Periode 20 ms, daher sollte die Zeitbasis so eingestellt werden, dass die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden horizontalen Durchläufen 20 ms beträgt. Dieser Modus wird als kontinuierlicher Sweep bezeichnet. Der Fehler dabei ist, dass die primäre Zeitbasis des Tools normalerweise nicht perfekt genau ist und die Frequenz des Eingangssignals normalerweise nicht perfekt stabil ist. Daher kann die Kurve über den Bildschirm driften, was Messungen erschweren kann.
Triggering verstehen
Diese Geräte verfügen normalerweise über eine Funktion, die als „Trigger“ bezeichnet wird und zu einer stabileren Verfolgung beiträgt. Im Wesentlichen bewirkt der Trigger, dass das Oszilloskop nach Erreichen der rechten Seite des Bildschirms anhält, wo es auf ein bestimmtes Ereignis wartet, bevor es zur linken Seite des Bildschirms zurückkehrt und die nächste Spur zeichnet. Der Effekt ist eine Neusynchronisation der Zeitbasis zum Eingangssignal, wodurch eine horizontale Drift verhindert wird. Triggerschaltungen ermöglichen die Anzeige von nichtperiodischen Signalen wie Einzelimpulsen sowie periodischen Signalen wie Sinus- und Rechteckwellen.
Auslöserarten sind:
externer Trigger, ein Impuls von einer externen Quelle, die an einen dedizierten Eingang des Oszilloskops angeschlossen ist;
Flankentrigger, ein Flankendetektor, der einen Impuls erzeugt, wenn das Eingangssignal eine spezifizierte Schwellenspannung in einer spezifizierten Richtung überschreitet;
Videotrigger, eine Schaltung, die Synchronisationsimpulse aus Videoformaten wie PAL und NTSC extrahiert und die Zeitbasis auf jeder Zeile, einer bestimmten Zeile, jedem Halbbild oder jedem Frame triggert; und
verzögerter Trigger, der nach einem Flankentrigger eine bestimmte Zeit wartet, bevor der Sweep gestartet wird.
Externe Signale und Eingangskanäle
Die meisten Geräte ermöglichen es dem Benutzer auch, die Zeitbasis zu umgehen und ein externes Signal in den Horizontalverstärker einzuspeisen. Dies wird als XY-Modus bezeichnet und ist nützlich, um die Phasenbeziehung zwischen zwei Signalen anzuzeigen, wie es in der Radio- und Fernsehtechnik möglich ist. Wenn die beiden Signale Sinuskurven unterschiedlicher Frequenz und Phase sind, wird die resultierende Kurve als Lissajous-Kurve bezeichnet.
Einige Oszilloskope haben Cursor, das sind Linien, die über den Bildschirm bewegt werden können, um das Zeitintervall zwischen zwei Punkten oder die Differenz zwischen zwei Spannungen zu messen. Die meisten Geräte verfügen außerdem über zwei oder mehr Eingangskanäle, wodurch sie mehr als ein Eingangssignal gleichzeitig auf dem Bildschirm anzeigen können. Normalerweise haben sie für jeden Kanal einen separaten Satz vertikaler Bedienelemente, aber nur ein Triggersystem und eine Zeitbasis.
Besondere Sorten
Ein Dual-Timebase-Gerät verfügt über zwei Triggersysteme, sodass zwei Signale auf unterschiedlichen Zeitachsen betrachtet werden können. Dies wird auch als „Vergrößerungsmodus“ bezeichnet. Der Benutzer fängt zuerst das gewünschte Signal mit einer geeigneten Triggereinstellung ab. Dann aktiviert er die Vergrößerungs-, Zoom- oder Dual-Timebase-Funktion und kann ein Fenster verschieben, um Details des komplexen Signals anzuzeigen.
Manchmal kann das Ereignis, das der Benutzer sehen möchte, nur gelegentlich auftreten. Um diese Ereignisse zu erfassen, sind einige Oszilloskope „Speicher-Scopes“, die den letzten Sweep auf dem Bildschirm speichern. Einige digitale Modelle können mit Geschwindigkeiten von bis zu einmal pro Stunde scannen und emulieren einen Streifenschreiber. Das heißt, das Signal läuft von rechts nach links über den Bildschirm.