Das OSCILLOSCOPE Bedienungsanleitung für PM3217 mit ergänzenden Erläuterungen

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1 OSC-2 NI896 Das OSCILLOSCOPE Bedienungsanleitung für PM3217 mit ergänzenden Erläuterungen Bild 1 Wer noch nie mit einem Oscilloscope gearbeitet hat, sieht sich beim ersten Betrachten der Frontplatte einer kaum zu bewältigenden Vielzahl von Bedienungselementen gegenüber. Ein Gerät anderen Typs erscheint vielleicht noch verwirrender, weil es völlig anders gegliedert zu sein scheint. Hier sei jedoch erwähnt, daß dieser große Unterschied nur schienbar besteht. Die Bedienungselemente handelsüblicher Geräte sind alle nach bestimmten zweckgebundenen Regeln angeordnet. Es gibt lediglich Unterschiede in der Plazierung und evtl. der Beschriftung einzelner Knöpfe. Nur Sondergeräte, die für zusätzliche Aufgaben ausgerüstet sind, weichen u. U. von diesen Regeln ab. Die Probleme mit der Beschriftung liegen für viele Anfänger darin, daß auch in Deutschland hergestellte Geräte meist mit englischen Bezeichnungen oder deren noch weniger verständlichen Abkürzungen versehen sind. Auf diese Tatsache wird im Folgenden besonders Rücksicht genommen. Sie finden im Anhang auch eine Auflistung der englischen Begriffe und deren deutsche Übersetzung. DAS OSCILLOSCOPE SEITE 1

2 Das vorliegende Dokument soll eine allgemeine Funktionsbeschreibung von Oscilloscopes und im Speziellen eine Bedienungsanleitung für das im Labor verwendete Philips-Gerät vom Typ PM3217 sein. Das auf Bild 1 gezeigte Gerät läßt sich im Bereich der Frontplatte in die Bedienungsfelder einteilen. Diese Einteilung geschieht nicht willkürlich, sondern es sind darin jeweils die Bedienungselemente zusammengefaßt, die zum Steuern einer bestimmten zusammengehörigen Funktionsgruppe dienen. Das Vorgängermodell des PM3217, das im Labor jahrelang gute Dienste leistete, hat sein Leben nicht elektronisch, sondern mechanisch ausgehaucht. Die Bedienungsknöpfe waren der Beanspruchung durch ungeübte Studentenhände nicht gewachsen. Aus diesem Grund werden Sie hiermit eindringlich darum gebeten, das jetzige Gerät pfleglich und vorsichtig zu behandeln. Überlegen Sie zuerst, ob ein Bedienungselement gezogen (pull), eingedrückt (push) oder verdreht werden muß. Im Zweifelsfall probieren Sie nicht mit Gewalt, sondern fragen einen Versuchsbetreuer. Feld 1 Das Feld 1 besteht nur aus dem Schirm der sog. Kathodenstrahlröhre (CRT = Cathode-Ray- Tube), auf dem die darzustellenden elektrischen Vorgänge sichtbar werden. Vor diesem Bildschirm befindet sich eine Scheibe, die mit Hilfe eines Rasterfeldes eingeteilt ist. Dieses Raster dient beim Messen zum Ablesen der dargestellten Größen und entspricht somit in seiner Funktion der Skala eines Zeigerinstruments. Beim PM3217 kann dieses Raster indirekt beleuchtet werden, damit es auch in abgedunkelten Räumen und bei fotografischen Aufnahmen des Schirmbildes sichtbar ist. Die Helligkeit der Rasterbeleuchtung kann stufenlos verändert werden. Die Rasterscheibe ist meist aus Kunststoff und sollte deshalb nie mit Fingern oder Schreibgeräten berührt werden, weil sie sonst sehr schnell verschmiert oder verkratzt wird. DAS OSCILLOSCOPE SEITE 2

3 Feld 2 Das Feld 2 enthält die Bedienungselemente der Kathodenstrahlröhre. Mit dem Drehknopf ILLUM kann die Helligkeit der bereits erwähnten Rasterbeleuchtung stufenlos eingestellt werden. Außerdem ist in ihn die Funktion des Netzschalters integriert. In seiner Raststellung OFF am linken Anschlag ist das Oscilloscope ausgeschaltet. Die rote LED POWER ON zeigt den Betriebszustand des Geräts an. Hinweis: Auch heute enthalten die meisten Oscilloscopes trotz modernster Halbleitertechnik noch Kathodenstrahlröhren (es werden aber teilweise auch LCD-Displays verwendet). Ähnlich wie eine Glühlampe wird auch eine Elektronenstrahlröhre beim Einschalten (wegen der Kathodenheizung) am stärksten beansprucht. Ihre Lebensdauer wird also von der Anzahl der Einschaltvorgänge negativ beeinflußt. Aus diesem Grund wird ein Oscilloscope bei kurzen Arbeitsunterbrechungen nicht ausgeschaltet. Mit Hilfe des FOCUS wird der Strahl scharfgestellt. Dabei verändert man in der CRT das elektrische Feld zwischen der Beschleunigungs- und der Hilfsanode. Dadurch kann der Brennpunkt dieser sog. elektronischen Linse so lange verschoben werden, bis er direkt auf der phosphoreszierenden Schicht liegt. Dadurch erhält der Leuchtfleck seine geringste flächenmäßige Ausdehnung und die Strahlspur ihre größtmögliche Schärfe. Falls Sie in die Verlegenheit kommen mit einem etwas älteren Oscilloscope arbeiten zu müssen, so werden Sie für die Strahlschärfe ein weiteres Einstellelement vorfinden. Damit wird der sog. Astigmatismus (die Randunschärfe) beeinflußt. Hierbei ist darauf zu achten, daß Focus- und Astigmatismuseinstellung sich gegenseitig beeinflussen. Die optimale Einstellung erfordert also einige Übung. Bei Geräten modernerer Bauart entstehen diese Randunschärfen erst gar nicht mehr, weil neuere Verstärkertechniken keine unsymmetrischen Felder mehr zwischen den Ablenkplatten und dem Bezugspotential erzeugen. Mit dem Drehknopf INTENS kann die Strahlhelligkeit eingestellt werden. Dabei wird die Spannung am sog. Wehneltzylinder der CRT verändert. Dieser hat die Funktion eines Steuergitters; d.h. von seiner Spannung hängt ab, wieviele Elektronen nach vorne durchgelassen werden und somit wie hell der Leuchtfleck erscheint. Für möglichst genaue Messungen sollte man die Intensität so gering wie möglich einstellen, weil Breite und Unschärfe durch Überstrahlung mit der Helligkeit der Strahlspur zunehmen. Die Strahlhelligkeit sollte auch nicht sehr lange auf extrem große Werte (besonders bei abgeschalteter TIME-BASE) eingestellt bleiben, weil sonst auch bei modernen Geräten der Leuchtfleck in die Schicht einbrennen kann. Diese Gefahr ist zwar nicht mehr so groß wie bei älteren Röhren, sollte aber dennoch nicht unterschätzt werden. Hinweis: Um die CRT beim Einschalten möglichst wenig zu beanspruchen, sollte dies immer bei minimaler Intensität geschehen. Nach einer Anheizzeit von ca. 1 Min. kann dann die gewünschte Strahlhelligkeit eingestellt werden. Aus diesem Grund sollte man sich angewöhnen, beim Abschalten die Intensität schon auf den Minimalwert einzustellen. DAS OSCILLOSCOPE SEITE 3

4 Im Bedienfeld 2 befindet sich auch eine Einstellschraube mit der Bezeichnung TRACE ROTATION. Daß dieses Einstellelement versenkt angebracht und nur mit Hilfe eines kleinen Schraubendrehers zu bedienen ist, läßt den naheliegenden Schluß zu, daß es wohl nicht oft eingestellt werden muß. Wird ein Oscilloscope an einem Ort betrieben, an dem es z.b. durch Hochspannungsleitungen sehr starken elektrischen Feldern ausgesetzt ist, die durch die Gehäuseabschirmung alleine nicht mehr von den Ablenksystemen der CRT ferngehalten werden, so kann dies Veränderungen der Strahlgeometrie zur Folge haben. Dies äußert sich u.u. so, daß die Nullinie der Zeitablenkung nicht mehr parallel, sondern schräg zum Ableseraster verläuft. Diese Schräglage kann dann im Einzelfall durch Drehen der Nullinie um den Schirmmittelpunkt mit Hilfe der TRACE ROTATION korrigiert werden. Die Bedeutung der Ausgangsklemme CAL wird im nächsten Kapitel erläutert. Feld 3 und Feld 4 Die Felder 3 und 4 enthalten die Bedienungselemente der Y-Ablenkung, d.h. hier werden in den meisten Fällen die Meßgrößen angeschlossen, ihre Darstellungsweise gewählt und ihr Meßbereich eingestellt. Die BNC-Buchsen A und B sind die Eingangsbuchsen für die Meßgrößen der beiden Kanäle. Die Massepunkte aller Anschlußbuchsen, sowie des Gerätegehäuses (Abschirmung) sind miteinander verbunden. Diese Tatsache birgt einige Gefahren in sich und erfordert somit große Sorgfalt beim Anschluß von Meßgrößen. Werden z.b. an zwei Masseanschlüssen unterschiedliche Potentiale mit einem gemeinsamen Bezugspunkt angeschlossen, so führt dies unweigerlich zu einem Kurzschluß, der die Meßschaltung und im Extremfall sogar das Oscilloscope zerstören kann. Weil beim PM3217 das Gehäuse nicht geerdet ist (als Berührungsschutz wird die sog. Schutzisolation verwendet), besteht auch die Gefahr, daß durch den Anschluß einer Meßgröße ein Potential auf das Gehäuse gelangt, das einen Bezug gegen Erde und somit gegen den Schutzleiter anderer Geräte hat. Hierdurch ist z.b. beim Arbeiten mit Netzspannungen eine erhebliche Unfallgefahr gegeben. Es ist deshalb auf jeden Fall zu empfehlen, daß Bild bei der Darstellung von Netzspannungen und daraus abgeleiteter Größen ohne galvanische Trennung zum Erdpotential, mit Oscilloscopes gearbeitet wird, die im Eingang mit Differenzverstärkerstufen arbeiten. Den Eingangsbuchsen sind die jeweils darüberliegenden AC/DC- und O- Tasten zugeordnet. In Stellung O wird der Y-Eingang vom Meßsignal getrennt und auf Massepotential gelegt. Dadurch ist eine eindeutige Beurteilung der Lage des Nullpotentiale (z.b. für die Einstellung der Nullinie einer Messung) möglich. Die Eingangsbuchse ist dabei nicht kurzgeschlossen, sondern DAS OSCILLOSCOPE SEITE 4

5 liegt hochohmig gegen Masse. In Stellung DC = direct current = Gleichstrom wird das Meßsignal direkt auf den Y-Eingang gekoppelt. Dadurch werden Gleichspannungen sowohl als auch Wechselspannungen innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs originalgetreu abgebildet. In Stellung AC liegt zwischen Eingangsbuchse und internem Y-Eingang ein 0,1µF-Kondensator in Reihe. Ein solcher Reihenkondensator stellt bekanntlich ein Hochpaßverhalten dar. Von einer Mischspannung läßt er also nur den Wechselanteil durch, der dann auch auf dem Schirm erscheint, während der Gleichanteil unterdrückt wird. Das hat den Vorteil, daß man auch Wechselanteile von Mischspannungen bei größeren Ablenkkoeffizienten betrachten kann, ohne daß der Gleichanteil das Bild außerhalb der Schirmfläche schiebt. Für sehr kleine Frequenzen ist bei AC-Kopplung allerdings Vorsicht geboten, weil der Koppelkondensator hier auch für Wechselgrößen einen nicht vernachlässigbaren Widerstand darstellt. Man bedenke, daß der kapazitive Widerstand im vorgegebenen Fall bei ca. 1,6 Hz schon 1MS beträgt, also gleich dem ohmschen Anteil der Eingangsimpedanz ist. So daß außer einer Amplitudendämpfung, auch noch eine nicht unbeträchtlich Phasenverschiebung der dargestellten gegenüber der Originalmeßgröße entsteht. Die untere Grenzfrequenz wird im AC-Mode also mit 2 Hz angegeben, weil die Amplitude nur noch mit ca. 70% ihrer Originalgröße (-3dB) abgebildet wird. Dieselben Kriterien gelten auch für die Angabe der oberen Grenzfrequenz, die wie in Bild 1 zu sehen ist, mit 50 MHz angegeben wird. Diese Angabe bedeutet also nicht, daß das Oscilloscope Frequenzen von 50 MHz noch originalgetreu abbildet, sondern auch hier gilt für die Angabe der Grenzfrequenz die -3dB- Grenze. Ein Sinus von 50MHz wird nur noch mit 70% (1//2) seiner Originalamplitude abgebildet. Die Angabe der oberen Grenzfrequenz gilt logischerweise für die AC- sowohl als auch für die DC- Kopplung. Wie man an den Meßbereichsumschaltern der Felder 3 und 4 sehen kann, ist das Oscilloscope nur in der Lage Spannungen zu messen. Alle anderen Meßgrößen müssen vor dem Anschluß an das Gerät erst in möglichst proportionale Spannungen umgewandelt werden. Die Meßbereiche sind in V/DIV und mv/div angegeben. Beliebige Zwischenwerte können mit den aufgesetzten Drehknöpfen eingestellt werden, was bei rein qualitativen Betrachtungen oft nützlich sein kann. Für quantitative Auswertungen müssen jedoch diese Feineinstellknöpfe sich in der Stellung CAL (calibrated) befinden, weil nur dann die angegebenen Ablenkoeffizienten gültig sind. Wie aus dem Prinzipschaltschaltbild in ne benstehender Abbildung 5 erkennen kann, geschieht die Meßbereichsumschaltung im Gerät durch einen dem Y-Verstärker vorgeschalteten Spannungsteiler. Diese Anordnung hat einerseits den Vorteil eines konstanten Eingangswiderstands und andererseits einen fest eingestellten Verstärkungsfaktor. INPUT DC AC Y-Amplifier Um die Kalibrierung dieser Schaltung zu überprüfen, befindet sich in Feld 2 die Anschlußmöglichkeit an einen Kalibriergenerator, der eine Rechteckspannung von 1,2 V SS ± 1% mit einer Frequenz von ca. 2 khz Abbildung 5 liefert. DAS OSCILLOSCOPE SEITE 5

6 Stellt man z.b. einen Meßbereich von 0,2V/DIV ein, so muß das angezeigte Rechteck mit einer Höhe von 6 DIV (1 DIV entspricht einem Rasterquadrat [ca 1 cm]) abgebildet werden. Diese Überprüfung braucht nur in einem Meßbereich durchgeführt werden, weil der Verstärkungsfaktor, der sich als einzige Größe dieser Schaltung ändern könnte, nicht umgeschaltet wird. Solche Überprüfungen sind bei modernen Geräten eigentlich nicht mehr nötig, weil auch alterungs- und temperaturbedingte Veränderungen der Kalibrierung nahezu ausgeschlossen sind, oder in einem Bereich liegen, der für die mit einem Oscilloscope realisierbaren Meßgenauigkeiten irrelevant sind. Weiterhin kommt dem Kalibriergenerator aber eine sehr wesentliche andere Aufgabe zu. Der in Abb. 5 gezeigte Eingangsspannungsteiler besteht aus ohmschen Widerständen. Diese haben jedoch die unangenehme Eigenschaft, daß sie auch eine geringe Kondensatorwirkung besitzen. In diesem Fall kann man das Ersatzschaltbild so annehmen, daß dem rein ohmschen Anteil eine Kapazität im Pikofaradbereich parallelgeschaltet ist. Diese Größenordnung scheint bei erster Betrachtung vernachlässigbar klein zu sein. Bei genauerem Hinsehen erkennt man aber die Probleme. Bei unserem Gerät (Gesamteingangswiderstand 1MS) hat der Spannungsteilerwiderstand zwischen den Schalterstellungen 10V/DIV und 5V/DIV eine Größe von 500kS. Nimmt man an, daß diesem Widerstand auch nur eine Kapazität von 1pF parallel liegt, so stellt diese bei 10MHz einen kapazitiven Widerstand von ca. 16kS dar. Aus dem vorher wirkenden ohmschen Spannungsteilerwiderstand von 500 ks ist also eine Impedanz < 16kS geworden. Leider sind die Kapazitätswerte der handelsüblichen Widerstande recht starken Streuungen unterworfen, so daß die Spannungsteilerstufung bei Gleichspannnung und kleinen Frequenzen u.u sehr genau ist, sich durch unterschiedliche Kapazitäten aber stark verändern kann. Die Forderung, die ein Spannungsteiler erfüllen muß, der über den gesamten Frequenzbereich konstante Teilerverhältnisse aufweist, sieht so aus, daß bei allen Meßfrequenzen die Impedanzwerte der Spannungsteilerstufen im selben Verhältnis stehen wie die entsprechenden ohmschen Widerstandswerte bei Gleichspannungsmessung. Für einen einfachen Spannungsteiler ergibt sich daraus die Forderung R1 / R2 = Z1 / Z2. Diese Bedingung ist dann erfüllt, wenn C1 x R1 = C2 x R2 ist. Der Eingangsspannungsteiler eines Oscilloscopes muß also frequenzkompensiert werden. Dies geschieht, indem den einzelnen Widerstandsstufen zusätzliche Trimmkapazitäten parallelgeschaltet sind, die dann einzeln auf die obige Bedingung abgeglichen werden. Abbildung 6 Wie der Beschriftung neben der Y-Eingangsbuchse zu entnehmen ist, belastet der Spannungsteiler den Meßeingang mit 1MS//20pF. Wird eine Sinusquelle mit einer Frequenz von 10MHz angeschlossen, so wird diese nicht mit 1MS, sondern mit ca. 800S belastet. Das PM3217 hat als größten Spannungsmeßbereich 10V/DIV. Das bedeutet, daß maximal Wechselspannungen mit 80V SS abgebildet werden können. Es dürfen zwar Spannungen bis 500V (hauptsächlich begrenzt durch die Spannungsfestigkeit der Kapazitäten) angeschlossen werden, ohne daß das Gerät zerstört wird, deren Spitzen liegen jedoch dann weit außerhalb des Bildbereichs. DAS OSCILLOSCOPE SEITE 6

7 Um Spannungen > 80V zu messen, kann man sich eines sog. Tasteiler (Tastkopf) bedienen. SS Hier wird das Prinzip der Spannungsmeßbereichserweiterung verwendet. Besitzt ein Tastteiler einen Widerstand von 9MS und wird wie üblich zwischen Eingangsbuchse und Meßgröße (in Reihe) geschaltet, so fällt bei Gleichspannungsmessung nur noch 1/10 der Meßspannung am Oscilloscopeingang ab und aus dem 10V/DIV- ist ein 100V/DIV-Meßbereich geworden. Ein solcher Tastkopf muß jedoch auch frequenzkompensiert werden, daß die Meßbereichserweiterung nicht nur für DC wirksam ist. Im Tastkopf befindet sich deshalb eine Trimmkapazität, die von außen mit Hilfe eines kleinen Schraubendrehers eingestellt werden kann. Sie muß nun so eingestellt werden, daß das Teilerverhältnis bei allen Frequenzen stimmt. Das Problem dürfte aber sein, daß vielfach kein Testgenerator mit entsprechend hohem Frequenzbereich zur Verfügung steht. So erinnert man sich an die Fourieranalyse, die ja besagt, daß z.b. in einem Rechteck (speziell in den scharfen Eckpunkten) auch sehr hohe Frequenzen wirksam sind. Hier kommt nun der eigentliche Zweck des Kalibriergenerators von Feld 2 zum Tragen. Man greift mit dem an den Y-Eingang angeschlossenen Tastkopf die Spannung dieses Rechteckgenerators ab. Die Trimmkapazität ist dann so lange zu verstellen, bis das Schirmbild des Oscilloscopes dieses Rechteck möglichst originalgetreu abbildet. Dann kann man davon ausgehen, daß der gesamte Frequenzbereich richtig kompensiert ist. Bei falscher Einstellung der Kompensationskapazität spricht man von Über- bzw. Unterkompensation, die sich in verzerrter Rechteckdarstellung äußert. Die abgebildeten Meßgrößen oder Nullinien lassen sich mit Hilfe der POSITION - Stellknöpfe Unterkompensation richtig kompensiert Überkompensation C zu klein C zu groß in Y-Richtung in jede beliebige Schirmlage verschieben. In der obersten Reihe der Felder 3 und 4 befinden sich die Betriebsartenumschalter der Y- Ablenkung, von denen jeweils nur einer eingedrückt sein darf. In Betriebsart A oder B wird jeweils nur die an Kanal A oder die an Kanal B angeschlossene Meßgröße abgebildet. Der Zweikanalbetrieb in alternierender oder gechoppter Darstellung wird durch die entsprechenden Tasten eingeschaltet. Ist die Taste ADD gedrückt, wird auf dem Schirm (mit nur einer Strahlspur) die Summe der beiden Signale A und B abgebildet. Dabei gehen die eingestellten Meßbereiche mit in die Summenbildung ein. Wird Kanal A mit 10V/DIV und Kanal B mit 2V/DIV abgelenkt, so entspricht die abgebildete Summenkurve der Funktion (U A + 5 x U B). Die Darstellung der Differenzfunktion (A-B) erfolgt durch Invertierung des Kanals B. Diese Invertierung geschieht durch Herausziehen des POSITION-Stellknopfs und ist nur bei Kanal B möglich. So kann der Zweikanalverstärker bedingt als Differenzverstärker benutzt werden. Dies kann bei Masseanschlußproblemen hilfreich sein, oder man erreicht die Unterdrückung von Gleichtaktstörsignalen auf den Meßleitungen. DAS OSCILLOSCOPE SEITE 7

8 Der Zweikanalbetrieb Um zwei zeitabhängige Meßgrößen gleichzeitig sichtbar zu machen, benötigt man nur in Ausnahmefällen ein echtes Zweistrahloscilloscope. Bei einem solchen Gerät werden zwei separate Elektronenstrahlen erzeugt, die auch durch verschiedene elektrostatische Systeme abgelenkt werden. In den meisten Fällen kann diese Aufgabe jedoch genauso gut, und in gewissen Bereichen sogar noch besser, von sog. Zweikanaloscilloscopes übernommen werden, wie es auch das PM3217 ist. Zweikanaloscilloscopes arbeiten mit nur einem Strahl und je einem Ablenksystem in beiden Richtungen. Wie man trotzdem zwei Meßgrößen gleichzeitig darstellen kann, wird in den folgenden beiden Kapiteln erläutert. Der CHOP - Betrieb Die erste Möglichkeit, die auch bei älteren Geräten schon durch extern anschließbare Zusatzeinheiten Anwendung fand, wird mit einem sog. elektronischen Schalter, auch CHOPPER = Zerhacker genannt, realisiert. Die beiden Eingänge CH A und CH B werden mit einer Umschaltfrequenz von ca. 500 khz auf den Y-Verstärker geschaltet, so daß dieser immer bruchstückhaft kurzzeitig den einen oder den anderen Kanal darstellt. Bewegen sich Zeitablenk- und Meßfrequenz weit unterhalb dieser 500kHz-Grenze, so kann der Schirm die einzelnen Bruchstücke nicht mehr auflösen, und die beiden Kurvenzüge werden vollständig abgebildet. Abbildung 8 Bei höheren Zeitablenkgeschwindigkeiten ist dieses Verfahren teilweise unbrauchbar, weil dann u.u. Lücken (Abb. 8) sichtbar werden oder große Triggerprobleme auftreten. Der ALT - Betrieb Diese Betriebsart nennt sich ALT = alternating = abwechselnd. Wie man aus der Bezeichnung schon folgern kann, werden hier die beiden Meßgrößen nicht bruchstückhaft abgetastet, sondern der Strahl zeichnet jeweils für eine volle Zeitablenkperiode nacheinander die eine und dann die andere Meßgröße. Es wird also zuerst Kanal A über die ganze Bildschirmbreite gezeichnet und danach Kanal B usw.. Ist die Zeitablenkfrequenz groß genug, so wird durch die Nachleuchtdauer der Röhre und das begrenzte Zeitauflösungsvermögen des menschlichen Auges der Eindruck erweckt, als seien beide Vorgänge gleichzeitig vorhanden. Damit kann auch der obere Frequenzbereich des Geräts mit Hilfe hoher Zeitablenkfrequenzen ausgenutzt werden, bei dem Darstellungen im Chopperbetrieb oft nicht möglich sind. Für geringe Zeitablenkgeschwindigkeiten eignet sich der alternierende Betrieb allerdings nicht. Hier kann das Auge die zeitliche Aufeinanderfolge der Strahlablenkspuren unterscheiden und DAS OSCILLOSCOPE SEITE 8

9 beide Meßgrößen erscheinen nicht mehr gleichzeitig auf dem Schirm. Durch gezielten Einsatz der beiden Betriebsarten - CHOP für geringe und ALT für hohe Zeitablenkgeschwindigkeiten - stellt das PM3217 ein vollwertiges Zweikanalgerät dar. Der weitaus größte Bereich der mittleren Zeitablenkgeschwindigkeiten ist nahezu ohne Einschränkungen von beiden Betriebsarten optimal nutzbar. Hier sind es u.u. Besonderheiten der Meßgrößen selbst, die zur Benutzung der einen oder anderen Darstellungsweise zwingen oder bessere Ergebnisse erzeugen. Mehr dazu in einem späteren Kapitel. Bevor die Felder 5 und 6 hier abgehandelt werden können, müssen noch einige wesentliche Grundlagenkenntnisse erarbeitet werden. Zeitablenkung und Triggerung Das größte Anwendungsgebiet von Oscilloscopes ist die Darstellung von zeitabhängigen Spannungsverläufen U(t). Aus diesem Grund ist auch die Zeitablenkung und ihre Steuerung eines der wichtigsten Kapitel der Oscilloscopetechnik. Um eine Zeitachse mit konstanter Ablenkgeschwindigkeit zu erzeugen, muß an die X-Ablenkplatten eine Spannung angeschlossen werden, die den Leuchtpunkt kontinuierlich von links nach rechts bewegt und dann möglichst schnell wieder zum Ausgangspunkt zurückbringt. Dies läßt sich mit einer ansteigenden Spannungsrampe mit möglichst steilem Abfall realisieren. Im periodischen Fall wird dieser Verlauf Sägezahnspannung genannt. Damit die Strahlspur bei der Rückführung zum Nullpunkt der Zeitachse unsichtbar bleibt und das optische Bild nicht stört, wird der Strahl in dieser Zeit dunkelgesteuert. Während des Sägezahnabfalls wird deshalb am Wehneltzylinder eine negativere Spannung angelegt. Diese läßt dann keine Elektronen mehr passieren und es wird kein Leuchtfleck mehr erzeugt. Abbildung 9 Die Anstiegssteilheit der Sägezahnspannung U/t bestimmt die Zeitablenkgeschwindigkeit. Läßt man den Zeitablenkgenerator (Sägezahngenerator) frei laufen, d.h. seine Frequenz ist bei konstant abfallender Flanke nur abhängig von der eingestellten Anstiegssteilheit (Zeitablenkgeschwindigkeit), so ist auch für periodische Meßgrößen nur sehr schwer ein stehendes Bild zu erzeugen. Dies soll hier am Beispiel einer darzustellenden Sinusspannung gezeigt werden. Abb. 10 zeigt einen fortlaufenden Sinus. Die Zeitablenkung einersägezahnperiode entspricht genau einer Bildschirmbreite. Die 1. Ablenkperiode bildet ungefähr 1 und 1/12 Sinusperioden ab. Sie beginnt bei 0 (Sinuswert = 0) und endet bei ca. 390 (Sinuswert. 0,5). Dies entspricht im unteren Bildschirmrechteck dem schwarzen Sinusverlauf. Der Strahl wird nun sehr schnell zurückgesteuert, so daß die Darstellung der nächsten Zeitablenkperiode praktisch mit dem Augenblickswert beginnt, mit dem die vorherige aufgehört hat. Diese entspricht dem blauen Verlauf (im fortlaufenden Bild, blaues Feld). Bei einer Gesamtdarstellungslänge von wiederum DAS OSCILLOSCOPE SEITE 9

10 1. Ablenkperiode 2. Ablenkperiode 3.Ablenkperiode Free-Run-Betrieb Abbildung werden die Anfangs- und Endwerte jetzt durch 0,5 und 0,866 dargestellt. Die nächste Ablenkperiode - im roten Feld - erzeugt den roten Kurvenzug. Das Schirmbild des Oscilloscopes ist aus dem unteren Rechteck der Abb. 10 abzuleiten. Hier werden nacheinander die schwarze, die blaue und die rote Kurve abgebildet, die aber nie zusammen, sondern immer nur einzeln auf dem Schirm erscheinen. Das wird als Bild so aussehen, als ob ein endloser Sinus mehr oder weniger schnell nach links über den Schirm gezogen wird. Bei etwas schnellerer Zeitablenkgeschwindigkeit - eine Ablenkperiode stellt z.b. nur 270 der Sinusschwingung dar - wird das Bild nach rechts über den Schirm laufen. Ein gut auswertbares, stehendes Bild wird in diesem Free-Run-Betrieb also nur dann entstehen, wenn die aufeinanderfolgenden Strahlspuren die vorherigen immer exakt überschreiben. Es muß also Synchronität zwischen Meß- und Zeitablenkfrequenz erzeugt werden. Die Grundvoraussetzung für ein stehendes Bild ist also ein ganzzahliges Verhältnis zwischen Meß- und Zeitablenkfrequenz; d.h. eine Zeitablenkperiode bildet 1, 2, 3... oder ½, 1/3, 1/4, 1/5... oder 2/5, 3/5, 4/5 Perioden der Meßgröße ab. Diese Synchronität ist bei den stufig einstellbaren Zeitablenkgeschwindigkeiten aber nur selten automatisch vorhanden. In den meisten Fällen müßte sie mit dem Feineinstellknopf auf irgendwelche Zwischenwerte der Zeitablenkung eingestellt werden, was aber wiederum den Nachteil mit sich bringt, daß die Einteilung der Zeitachse nicht mehr kalibriert ist. Die Triggerung Das probate Mittel, ohne das eine moderne Oscilloscopetechnik nicht mehr denkbar wäre, zur Erzeugeng stehender Bilder ist die Triggerung. Die prinzipielle Funktion der Triggerung soll hier mit Hilfe von Abb. 11 erläutert werden. DAS OSCILLOSCOPE SEITE 10

11 Triggergröße Referenzgröße slope +/- Triggerschaltung Triggerimpuls Ein stehendes Bild entsteht also dann, wenn die aufeinanderfolgenden Strahlspuren bei einer periodischen Meßgröße exakt übereinandergeschrieben werden. Die Triggerung erreicht dies, indem sie jede Ablenkperiode beim selben Spannungswert der Meßgröße beginnen läßt. Level Fälschlicherweise wird von Laien und angehenden Fachleuten der Begriff Triggerung mit Zeitablenkung gleichgesetzt und damit auch der Sägezahn nicht als Zeitablenk- sondern als Triggerspannung bezeichnet. - A Delonschaltung B Die Triggerung ist jedoch nur das steuernde Element der Zeitablenkung. In der Übersetzung bedeutet triggern nichts anderes als auslösen. Nebenstehende Abb. 11 enthält als Herzstück einen Rechteckblock mit der Bezeichnung Triggerschaltung. Diese hat zwei Eingänge. Als Triggergröße sei für Abbildung 11 unsere jetzige Betrachtung die darzustellende Meßgröße angeschlossen. Der andere Eingang, mit der Bezeichnung Referenzgröße, liegt am Abgriff eines Spannungsteilers, der von einer bipolaren Gleichspannung versorgt wird. Die Triggerschaltung vergleicht laufend die Augenblickswerte der Triggergröße (hier = Meßgröße) mit der eingestellten Referenzgröße. Jedesmal wenn Gleichheit zwischen beiden Spannungswerten besteht, erzeugt die Schaltung einen sog. Triggerimpuls. Dieser wird an den Zeitablenkgenerator weitergeleitet und löst dort einen Zeitablenkzyklus (bestehend aus Rampenanstieg und Abfall) aus. Der Strahl wird also einmal mit der eingestellten Geschwindigkeit von links nach rechts und sofort dunkelgesteuert wieder zurückgeführt. Danach befindet sich der Zeitablenkgenerator im Ruhezustand (Triggerpause) bis durch einen weiteren Triggerimpuls ein neuer Zeitablenkzyklus ausgelöst wird. Welches Bild daraus entstehen kann zeigt Abb. 12. Abbildung 12 DAS OSCILLOSCOPE SEITE 11