Elektrik / Elektronik Oszilloskop Grundlagen. Bildquelle: auto-wissen.ch. Oszilloskop. Grundlagen. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 1/6

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1 Bildquelle: auto-wissen.ch Oszilloskop Grundlagen AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 1/6

2 INHALTSVERZEICHNIS ELEKTRISCHER STROM WIRD SICHTBAR... 3 FRONTANSICHT EINES ZWEIKANAL-OSZILLOSKOPS:... 4 X- und Y-Ablenkung:...4 Triggerung/Auslösung/Synchronisierung:...4 Für die Ablesung...4 Wichtig:...4 Zweikanal-Oszilloskope...5 Speicherung:...5 DEUTSCH-ENGLISH... 5 WICHTIG:... 5 NOTIZEN:... 6 AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 2/6

3 Elektrischer Strom wird sichtbar Bekanntlich ist der elektrische Strom unsichtbar, er ist nur an seinen Wirkungen zu erkennen. Mit dem Elektronenstrahl-Oszilloskop, das zuweilen auch als Katodenstrahl-Oszilloskop (KO) bezeichnet wird, ist eine spezielle Art der Sichtbarmachung auch sehr schnell ablaufender elektrischer Vorgänge möglich. Bild 1. Schematischer Aufbau der Braunschen Röhre: 1 Heizung, 2 Katode, 3 Wehneltzylinder, 4 Hilfsanode, 5 Anode, X X, Y Y Ablenkplatten, 6 Elektronenstrahl, 7 Leuchtschicht, 8 Leuchtfleck, 9 Punktschärfe-Steller, 10 Punkthelligkeit-Steller. Das Herzstück des Oszilloskops (Bild 1) ist die Elektronenstrahlröhre, die nach ihrem Erfinder auch als Braunsche Röhre bezeichnet wird. Im Innern der Röhre, welche luftleer gepumpt (evakuiert) ist, sendet die elektrisch beheizte Katode Elektronen aus. Durch die Anode, welche gegenüber der Katode positives Potenzial aufweist, werden die Elektronen angezogen und durch den Potenzialunterschied von 3 bis 4 kv stark beschleunigt. Die zylinderförmige Anode hat eine kleine Öffnung, welche als Lochblende wirkt. Weil die Elektronengeschwindigkeit sehr gross ist, fliessen kaum Elektronen über die Anode ab. Der grösste Teil der beschleunigten Elektronen gelangt durch das Loch der Anode als Elektronenstrahl in das erweiterte Ende der Röhre zum Leuchtschirm. Dort treffen sie mit hoher Geschwindigkeit auf und regen die Atome der fluoreszierenden Schicht zum Ausstrahlen von Licht an. Die Innenseite des Bildschirmes ist mit einer Leuchtstoffschicht überzogen, welche meist aus Zink- und Kadmium- Verbindungen besteht. Die Leuchtstoffe unterscheiden sich unter anderem durch die Leuchtfarbe und die Nachleuchtdauer, welche einige Mikrosekunden bis einige Sekunden erreichen kann. Die Helligkeit des entstehenden Leuchtflecks (Bild 2) hängt einerseits von der Geschwindigkeit und anderseits von der Dichte der auftreffenden Elektronen ab und kann durch die Steuerelektrode (auch Steuergitter oder Wehneltzylinder genannt) beeinflusst werden. Das Steuergitter hat veränderliches negatives Potenzial gegenüber der Katode. Dadurch wird der Strahlstrom stärker oder schwächer und damit der Lichtfleck entsprechend heller oder dunkler. Der Bedienungsknopf des Stellwiderstandes, mit welchem die Helligkeit verändert werden kann, ist oftmals mit Intensity bezeichnet. Die Bildschärfe: Weil sich innerhalb des Elektronenstrahls die Elektronen gegenseitig abstossen, möchte sich der Strahl auffächern. Eine Elektronenoptik, die aus der Anode und der Hilfsanode besteht, ermöglicht es, den Elektronenstrahl durch Veränderung der Spannung zwischen den beiden Anoden mehr oder weniger zu bündeln. Durch diese so genannte Fokussierung lässt sich der Durchmesser des Leuchtflecks verändern. Der Bedienungsknopf für diese Einstellung trägt in der Regel die Bezeichnung Fokus. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 3/6

4 Frontansicht eines Zweikanal-Oszilloskops: Wichtigste Einstellmöglichkeiten: 1 Netzschalter, 2 Helligkeit, 3 Bildschärfe, 4 Steller fürvertikalamplitude Kanal II, 5 Zeiteinsteller in X-Richtung, 6 Eingangsbuchse Kanal I, 7 Massebuchse, 8 Steller für Vertikalamplitude Kanal I, X- und Y-Ablenkung: Damit auf dem Bildschirm nicht nur ein Leuchtfleck, sondern ein Bild entsteht, muss der Elektronenstrahl abgelenkt werden. Hierzu verwendet man zwei parallel zueinander angeordnete Ablenkplattenpaare. Durch Anlegen einer Spannung an die Plattenpaare lässt sich der Leuchtfleck auf dem Bildschirm senkrecht und waagrecht ablenken. Man spricht von der vertikalen Ablenkung (Y-Ablenkung) und der horizontalen Ablenkung (X-Ablenkung). Triggerung/Auslösung/Synchronisierung: Die Auslösung des Sägezahnimpulses erfolgt bei Erreichen der so genannten Triggerspannung, welche zumindest bei Laboroszilloskopen eingestellt werden kann. Sobald die Messspannung gleich hoch wie das eingestellte Triggerniveau ist, wird ein Impuls erzeugt. Nach erfolgtem Rücklauf setzt die Auslösung wieder ein, sobald die Triggerspannung erneut erreicht wird. Für die Ablesung der Messwerte muss der jeweilige Ablenkkoeffizient berücksichtigt werden. Lautet für die vertikale Ablenkung (Spannung) die Einstellung 1 V/DIV, bedeutet dies, dass ein Signal, das von der Nulllinie 25 mm ausgelenkt wird, eine Spannung von 2,5 V aufweist. Die Abkürzung DIV bedeutet division (= Einteilung/Rastereinheit des Bildschirmes, die oft eine Seitenlänge von 10 mm aufweist). Sinngemäss kann auf der horizontalen Achse der Zeitachse die Dauer eines Signals abgelesen werden. Wichtig: Das Oszilloskop ist grundsätzlich ein Spannungsmesser, mit welchem Gleichspannungen und zeitabhängige Spannungen (zum Beispiel Schwingungsvorgänge) dargestellt werden können. Weil der Innenwiderstand extrem hoch ist, erfolgt die Messung dabei praktisch leistungslos. Mit einer speziellen Messschaltungen kann jedoch auch der zeitliche Verlauf von Strömen sichtbar gemacht werden. Hierzu wird der zu messende Strom über einen (ohmschen) Widerstand geführt und gleichzeitig die Höhe des entstehenden Spannungsabfalls aufgezeichnet. Falls die Grösse des Messwiderstandes bekannt ist, kann über die Formel I= U/R die Stromstärke berechnet werden. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 4/6

5 Zweikanal-Oszilloskope ermöglichen es, zwei periodische Vorgänge gleichzeitig auf dem Bildschirm des Oszilloskops darzustellen; sie haben zwei Y-Eingänge (welche meist miteinander geerdet sind), aber nur ein Strahlsystem. Ein elektronischer Schalter schaltet mit hoher Frequenz ständig zwischen Kanal I und Kanal II um. Die beiden Eingangssignale beeinflussen dadurch die Strahlablenkung der Elektronenstrahlröhre kurz hintereinander. Speicherung: Bei einmaligen, nicht periodisch wiederkehrenden Signalen, ist es günstig, wenn diese gespeichert werden können. Dazu werden diese vorerst digitalisiert und in einem Speicher abgelegt. Dank dieser Speicherung können zum Beispiel auch äusserst kurze Signale als Standbilder sichtbar gemacht werden. DEUTSCH-ENGLISH Kanal channel Eingang input Zeitbasis timebase Masse ground (GND) Halten hold (Ein)Teilung division (DIV) Drücker/Auslöser trigger Höhe/Niveau level Wichtig: Beim anschliessen des Oszilloskops zuerst alle Schalter ausschalten AC / DC Schalter kontrollieren Masseanschluss 7 immer an Fahrzeugminus anschliessen Mit Taste Ground die Nulllinie festlegen Feineinstellschrauben auf Nullposition bringen (rechter Anschlag) Tastkopf Teilerverh. 1:1 / 10:1 kontrollieren Quelle: auto-wissen.ch AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 5/6

6 Notizen: AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 6/6