Oszilloskope. Fachhochschule Dortmund Informations- und Elektrotechnik. Versuch 3: Oszilloskope - Einführung

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1 Oszilloskope Oszilloskope sind für den Elektroniker die wichtigsten und am vielseitigsten einsetzbaren Meßgeräte. Ihr besonderer Vorteil gegenüber anderen üblichen Meßgeräten liegt darin, daß der zeitliche Verlauf von Spannungen sichtbar gemacht werden kann. Anders als bei Spannungsmessern mit Zeiger- oder Ziffernanzeige werden vom Oszilloskop auch die Augenblickswerte von Wechsel- und Mischspannungen angezeigt. Die Darstellung derartiger Funktionen u = f(t) ist das Haupteinsatzgebiet für Oszilloskope. Das Oszilloskop ist nicht nur ein vielseitiges, sondern von seinem Aufbau und seinen internen Funktionen her auch ein sehr kompliziertes elektronisches Meßgerät. Hat man früher Oszilloskope mit analoger Technik und Elektronenstrahlröhre verwenden, so setzt man heute überwiegent digitale Oszilloskope mit LCD-Anzeige ein. Der Vorteil digitaler Oszilloskope, liegt in der Baugrösse, im Gewicht und in der bessern Bedienung. Unabdingbar notwendig für einen sinnvollen Einsatz des Oszilloskops als elektronisches Meßgerät ist eine genaue Kenntnis der Funktion der zahlreichen Bedienungselemente, die jeweils auf der Frontplatte angeordnet sind. Im Grundlagenpraktikum des 1. Semesters, sollen Grundkenntnisse zur Bedienung des digitalen Oszilloskops vermittelt werden. Dazu stehen Ihnen das Benutzerhandbuch, sowie Praktikumsunterlagen zu Verfühgung. Unterstüzt werden die Kenntnisse, durch einfache Fragen bzw: praktische Übungen. Verwendetes Oszilloskop: TDS 2 Serie von Tektronix Seite 1 von 1

2 Messungen mit dem Oszilloskop Für den Praktiker ist die Kenntnis der Verläufe von Spannungen und Strömen sowie deren Frequenz oder Phasenverschiebung an bestimmten Bauteilen oder Meßpunkten in elektronischen Schaltungen besonders wichtig. Alle diese Größen lassen sich mit dem Oszilloskop in einfacher Weise messen und auswerten. Messung von Spannung und Strom Die beiden unteren Stromkreise zeigen, wie die Spannung mit dem Oszilloskop gemessen wird. In der Leiste unter den Bildschirmrastern sind zusätzlich noch die Einstellung sowie die X und Y Ablenkfaktoren eingetragen. CH! CH! R L R L CH 2 CH 2 Oszilloskop Oszilloskop us u ss X = ms/div. X = 2ms/Div. Wie groß ist die Spannung U? U =...V Welche Amplituden haben die Wechselspg. u s und u ss? u s =...V ; u ss =...V Wie groß ist die Periodendauer bzw. die Frequenz? T =...s ; f =...Hz Seite 2 von 1

3 Strom läßt sich nicht direkt mit dem Oszilloskop messen. Um den Strom messen zu können, müssen wir den Stromkreis um einen Strommeßwiderstand R M erweitern. An diesem Strommeßwiderstand wird der Spannungsabfall mit dem Oszilloskop ermittelt und dann kann der Strom berechnet werden. R L R M u RM i CH 1 CH 2 Oszilloskop Damit die durch den zusätzlichen Strommeßwiderstand auftretende Stromänderung gering bleibt, muß der Widerstandswert sehr klein gegenüber dem Lastwiderstand R L sein. Durch Wahl eines geeigneten Wertes, z.b. 1Ω, 1Ω oder 1Ω wird die Berechnung des Stromes I aus der Spannung U RM und dem Widerstand R M vereinfacht. Messung von Periodendauer und Frequenz Im unteren Schirmbild ist ein sinusförmiger Spannungsverlauf dargestellt. Mit Hilfe des eingestellten und in der unteren Leiste angegebenen X Ablenkfaktors kann die Periodendauer der Meßspannung ermittelt werden. T Um den Ablesefehler möglichst Gering zu halten, ist es zweckmäßig, stets nur eine oder wenige Perioden auf dem Bildschirm abzubilden. Weiterhin sollte bei jeder Messung Nochmals kurz überprüft werden, ob die Zeitbasis auch kalibriert ist. X = 1ms/Div. ms 1 1 T = 1Div. 1 = 1ms f = = = 1Hz Div. T 1ms Seite 3 von 1

4 Gleichzeitige Messung von u E und u A Für die gleichzeitige Messung von zwei Spannungen ist ein Zweikanal Oszilloskop bzw. ein Zweistrahl Oszilloskop erforderlich. Das untere Bild zeigt einen Spannungsteiler, bei dem die Eingangsspannung u E auf den Eingang des Kanals A und die Ausgangsspannung u A auf den Eingang des Kanals B gelegt wird. u (Kanal A) R1 1 R2 2 u A (Kanal B) Im Schirmbild ist der Verlauf der beiden Spannungen dargestellt. Es ist darauf zu achten, das beide Spannungen einen gemeinsamen Bezugspunkt haben. D.h. die beiden Nullinien müssen übereinander liegen. u E (Y ) A u (Y ) A B X = 1ms/Div. Eingangsspg. Kanal A Ausgangsspg. Kanal B Wie groß ist die Eingangsspannung? u E =...V Seite 4 von 1

5 Wie groß ist die Ausgangsspannung? u A =...V Messung der Phasenverschiebung zwischen zwei Spannungen Das untere Bild zeigt eine Reihenschaltung aus R und C, bei der der Phasenver- Schiebungswinkel zwischen u E und u A gemessen werden soll. u E R u C Die Eingangsspannung u E wird auf den Eingang von Kanal A und die Ausgangsspannung u A auf den Eingang von Kanal B gegeben. Die Triggerung des Oszilloskops erfolgt durch die Eingangsspannung u E an Kanal A. Zu Beginn der Messung müssen zunächst die Nullinien beider Kanäle ohne Eingangssignal deckungsgleich eingestellt werden (siehe Schirmbild a). Nach Anlegen der beiden Meßspannungen erscheint auf dem Bildschirm ein Oszillogramm entsprechend Schirmbild b). u E u C X = 1ms/Div. X = 1ms/Div. Eine Periode entsprechen 5 Rasterteile, d.h. wir haben einen Winkel von 36. Die abgelesene Phasenverschiebung beträgt 1 Rasterteil, daraus ergibt sich ein 36 1Div. Phasenwinkel von ϕ = = 72 5Div. Seite 5 von 1

6 Erkennbar ist weiterhin, daß die Spannung am Kondensator gegenüber der Eingangsspannung u E nacheilt. Seite 6 von 1

7 Fragen zur Bedienung eines Oszilloskops 1. Welche Funktion hat der dreistufige Umschalter AC / DC / GND, wenn er sich in der Stellung AC befindet? 2. Was bedeutet Triggern? 3. Wie erfolgt die Triggerung, wenn der Trigger - Wahlschalter auf Extern eingestellt ist? 4. Welche Funktion hat der Drehknopf Level? 5. Erklären Sie den Unterschied der beiden Schalter ALT und CHOP des Betriebsartenschalters. Seite 7 von 1

8 Welche Einstellung bzw. welcher Wert muß verändert werden, damit weniger Perioden auf dem Bildschirm abgebildet werden? Antwort: X = 1ms/Div. Welche Einstellung bzw. welcher Wert muß verändert werden, damit die Amplitude dieser Spannung größer auf dem Bildsc hirm ersc heint? Antwort: X = 2ms/Div. Seite 8 von 1

9 Welchen wert haben die Impulsdauer ti = Impulspause tp = Periodendauer T = und die Frequenz f = X =,1ms/Div. Wie grß ist der Phasenwinkel Phi zwischen beiden Spannungen? X =,2ms/Div. Seite 9 von 1

10 Bild 1 Bei dieser Aufgabe, handelt es sich um eine sogenannte Mischspannung (Eine Gleichspannung mit einer überlagerten Wechselspannung). In Bild 1, steht der Eingangswahlschalter auf AC In Bild 2, steht der Eingangswahlschalter auf DC. Die Nullinie ist gekennzeichnet. Bild 2 Aufgabe: U = Seite 1 von 1

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