Oszilloskop. Grundlagen - Einführung. Zürcher Fachhochschule 1. A. Heinzelmann

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1 Oszilloskop Grundlagen - Einführung Zürcher Fachhochschule 1 A. Heinzelmann

2 Ausgangssituation Multimeter stellen den Spannungspegel in einem bestimmten Moment oder einen durchschnittlichen Spannungspegel dar In der Messtechnik interessiert sehr häufig der Spannungsverlauf über der Zeit. Ein Oszilloskop wird verwendet, um: die Form eines Signal zu betrachten die Amplitude und die Frequenz eines Signal zu betrachten die Zeit zwischen zwei Markierungslinien messen Abweichungen wie z.b. Clipping, Restwelligkeit, Klirrfaktor, Spitzen, usw. 2

3 Historische Entwicklung 1897 Karl Ferdinand Braun Erste Kathodenstrahlröhre 1971 LeCroy Echtzeit Digital Oszilloskop 1960 Hewlett-Packard (HP) Abtasttechnologie 1947 Tektronix zeitgetriggertes Oszilloskop 2017 Tektronix FlexChannel Technology 1991 Pico Technology PC Basiertes Oszilloskop 1937 General Radio Company (GenRad) vertreibt erstes Oszilloskop Type 687-A Quelle: 3

4 Aufbau und Funktionsweise Aufbau (Elektronenstrahlröhre): Funktionsweise 4

5 Allgemeine Informationen Aufbau (Digitales Oszilloskops): Erfassung Eingangsverstärker; Analog/Digital Wandler Erfassungsspeicher Trigger Logik Zeitbasis Anzeige Anzeige Prozessor Bildschirm Raster Messung/Analyse Prozessor Mathematik Coprozessor Prozessor Speicher Dokumentation Festplatten, USB Stick Schnittstellen, LAN Quelle: Teledyne LeCroy 5

6 Grundlegender Aufbau Aufbau (Digitales Oszilloskops): Verstärkung analoger Daten für den ADC Bereich 'Erfassen & Halten' im vorgegebenem Takt ADC: Umwandlung in digitale Werte zur Speicherung Quelle: Teledyne LeCroy 6

7 Hersteller und Kosten Hersteller: Keysight (Agilent, HP Hewlett Packard) Teledyne LeCroy (LeCroy) Tektronix Rohde & Schwarz (HAMEG) Fluke, Picoscope Yokogawa, RIGOL Kosten: 50 CHF 250 TCHF JOY-IT Digitales Oscilloscope DSO-138 LabMaster 10 Zi-A 100 GHz Systems Produktintegrierte Software-Oszilloskope: Twincat scopeview (Beckhoff) Global Drive Oscilloscope (Lenze) Individuelle Lösungen in verschiedenen Umrichtern 7

8 Kenngrössen Auflösung: Ordinatenachse (Y-Achse): 8 Bit ~ 256 Stufen (Standard) 10 Bit ~ Stufen 12 Bit ~ Stufen 16 Bit ~ Stufen Abszissenachse (X-Achse): T min = 2 ps 2.5 ns 100 ns (Lichtgeschwindigkeit 1 ns ~ cm) Messgenauigkeit : 2 10% (Multimeter 0.1%) Bandbreite: 10 MHz 100 GHz 8

9 Trigger - Funktion Der Trigger legt den zeitlichen Referenzpunkt in der Signalaufzeichnung fest. Getriggerte Anzeige Ungetriggerte Anzeige Triggerbetriebsart / Modus (MODE, normal oder automatisch). Normalbetrieb: zeichnet nur auf wenn ein Triggerereignis erscheint, nach dem Triggern in Warteposition Automatikbetrieb: zeichnet auch auf wenn kein Triggerereignis erscheint, nach dem Triggern freilaufende Darstellung Single Shot: zeichnet beim Erscheinen eines Triggerereignisses nur einmal auf, einmalige Darstellung 9

10 Trigger - Funktion Einstellungen Triggerniveau (LEVEL, stufenlos einstellbare Spannung) Triggeranstieg, mit dem das Signal das Triggerniveau überquert (SLOPE, + oder ) Triggerquelle: jeder der Kanäle (CH1, CH2, ) ein externer Triggereingang (EXT) das Versorgungsnetz (50 Hz; LINE) spezielle Triggerschaltungen, die z. B. TV-Signale oder den I2C- Buszyklus 10

11 AD-DC-Kopplung Oszilloskope messen primär nur Spannungssignale. Eingangsstufe: DC oder AC+Offset nur AC 11

12 Tastkopf (Sonden, Proben) Die Messung beginnt an der Tastkopfspitze. Die Messung kann nur so genau sein eingehenden Signale. Alle Tastköpfe haben ein Teiler Verhältnis, meistens 1 : 10 12

13 Passiver Tastkopf (passive Probe) Ein passiver Tastkopf muss vor Gebrauch auf das Oszilloskop abgestimmt werden (Kompensation) überkompensiertes Signal korrekt kompensiertes Signal überkompensiertes Signal 13

14 Aktive Probe Single-ended aktive Probe Leitungslänge wirkt auf die Bandbreite Anpassung und Verstärker hat keine Auswrikung auf die Ersatzschaltbild 14

15 Differential - Messsonde Galvanische Trennung Messung auf unterschiedlichen Potentialen möglich Aktive Spannungsmessung mit einen Signalverstärker 15

16 Strommesszangen Galvanische Trennung Strombereich: 1 ma 500 A Aktive Spannungsmessung mit einen Signalverstärker 16

17 Strommessung - Rogowskispule Galvanische Trennung Strombereich: 1 ma 500 A Aktive Spannungsmessung mit einen Signalverstärker Relative Strommessung 17

18 Signalkenngrössen Signale werden durch Kenngrössen charakterisiert: Kenngrössen: Maximal Wert u max Minimal Wert u min Spitzen-Spitzen-Wert u ss Impulsdauer t i Anstiegszeit t r Abfallszeit t f Periodendauer T = t i + t p 18

19 Bedienung Trigger Wann wird die Aufnahme gestarted? Vertikale Einstellung Wieviel Volt wird dargestellt? Horizontale Einstellung Wieviel Zeit wird dargestellt? 19

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