Prof. Dr.-Ing. H. Heuermann

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1 Hochfrequenztechnik WS 2007/08 Prof. Dr.-Ing. H. Heuermann Oszilloskope Autor: Jihad Lyamani 1

2 Geschichte und Entwicklung: Als erstes soll die Frage geklärt werden, warum man ein Oszilloskop erfunden hat und was dahinter steckt. Signalgrößen sollen in ihrem zeitlichen Verlauf sichtbar gemacht und erfasst werden. Bevor das aber mit der Hilfe von Oszilloskopen möglich war, gab es eine Reihe anderer Möglichkeiten diese zeitlichen Verläufe dar zu stellen. Es wurden mechanische Oszillographen entwickelt. Mit deren Hilfe war es nun möglich, die zeitlichen Verläufe auf Papierstreifen oder Photoplatten auf zu zeichnen. Allerdings waren diese Geräte nur für niedrige Frequenzbereiche bis ca. 500 khz geeignet, da die Mechanik nicht so schnell arbeiten konnte, wie wir das von heutigen Oszilloskopen gewohnt sind. 1 2 Hier sehen wir zwei Beispiele, in denen heute noch mechanische Oszillographen verwendet werden. Die erste Abbildung zeigt den Ausdruck eines Lügendetektors und das zweite Bild einen Seismographen zur Erfassung von Erdstößen. Gut zu erkennen bei Abbildung 2, ist die Nadel mit der die Schwingungen auf die drehende Papierwalze aufgezeichnet werden. Die Methoden der Aufzeichnung auf Papier oder Photoplatte waren aber sehr aufwendig und die Auswertung der gewonnen Daten schwierig. Erleichterung brachte da Karl-Ferdinand Braun. Der 1850 in Fulda geborene Physiker und Nobelpreisträger erfand 1897 die Kathodenstrahl Oszillographen Röhre. Diese wird heute Braunsche Röhre genannt und findet sich in meist von seinen Schülern weiterentwickelter Form in Fernsehempfängern und Oszillographen ebenso, wie in Radargeräten. 2

3 Hier sehen wir jetzt das Photo einer vereinfachten Braunschen Röhre, wie sie für Experimente an Hochschulen oder Universitäten eingesetzt wird. In den folgenden Abbildungen werden wir auf die einzelnen Details genauer eingehen. 3 Die Braunsche Röhre besteht grundsätzlich aus den folgenden Bestandteilen. Als Außenhülle dient der evakuierte Glaskolben. Er ist luftleer damit der erzeugte Elektronenstrahl nicht durch Teilchen der Luft abgelenkt oder gestreut werden kann. Somit wird eine höhere Genauigkeit erreicht. Das Lehrmodell auf der vorhergehenden Folie dagegen ist mit Neon gefüllt um den entstehenden Strahl schon vor dem Auftreffen sichtbar zu machen. Alle weiteren Bestandteile sind im Glaskolben eingebaut und die Anschlüsse nach außen geführt. Gehen wir von dem Bauteil aus, welches für die Entstehung des Strahls sorgt. Die Kathoden Glühwendel, mit deren Hilfe Elektronen emittiert werden. Die Braunsche Röhre wurde 1902 durch Arthur Wehnelt weiterentwickelt. Er erfand den, heute Wehneltzylinder genannten Bestandteil moderner Oszillographen Röhren. Dieser Zylinder dient zur Regelung der Intensität des Elektronenstrahls. Mit Hilfe einer bestimmten, an den Wehneltzylinder angelegten Spannung, lässt sich der Schirm des Oszilloskops zum Beispiel beim Rücklauf des Strahls Dunkeltasten. 3

4 Kommen wir nun wieder zur Geschichte des Oszilloskops. Auf dieser Folie sehen wir ein Gerät der Firma Tektronix aus dem Jahre Es handelt sich um das Modell Es handelt sich hierbei um das erste kommerzielle Oszilloskop mit Triggern. Die Genauigkeit der Zeitbasis beträgt 5 %. Es konnte Frequenzen bis 10 MHz erfassen. Das Gerät kostete damals 795 $. 4

5 5 Das TEK 564. Auch dieses Gerät wurde von der Firma Tektronix hergestellt. Es ist im Jahr 1962 gebaut worden und war das erste bistabile Speicheroszilloskop. Die Speicherzeit betrug dabei bis zu einer Stunde. Bei moderneren analogen Geräten ist es dann auch möglich den gespeicherten Verlauf in die obere Hälfte des Schirms zu verlagern. So kann im unteren Teil ein anderes Signal verglichen oder angepasst werden. Auch bei diesem Gerät lag die Bandbreite noch bei 10 MHz. Die Oszilloskope sind auch in die Computerwelt vorgedrungen. Auf der Abbildung 6 sehen wir eine ISA Einsteckkarte. Es handelt sich um ein Gerät mit 2 Kanälen und einer Bandbreite von 10 MHz. Es besitzt einen Triggereingang und hat einen maximalen Eingangsspannungswert von ± 10 V. 5

6 Bei diesem Model fehlt aber leider der Funktionsgenerator zum richtigen Abgleich der wohl aufgrund der geringen Eingangsspannung nötigen Tastteiler. Weiter ist zu erwähnen, dass die Einsteckkartegalvanisch mit der Masse des Motherboards verbunden ist. Zum Abschluss des Bereichs Geschichte und Entwicklung können wir also folgendes festhalten: - Die Bandbreiten der Oszilloskope wurden im Laufe der Zeit immer höher. - Analog- / Digital- Geräte lösen die rein analogen Oszilloskope immer mehr ab. - Die Geschwindigkeit der A/D Wandler wurde verbessert, frühere arbeiteten nur bis 10 MHz stabil. - Das Readout erleichtert das Ablesen der eingestellten Werte. - Für preiswerte und einfache Lösungen stehen PC Oszilloskope oder auch Handgeräte zur Verfügung. Aktuelles: In diesem Kapitel werden wir paar Oszilloskope aus dem aktuellen Katalog der Firma Tektronix Kennenlernen. Dies habe ich in zwei Diagrammen wie folgt zusammengefasst: 6

7 Und ganz zum Schluss möchte ich die ganz neuen Serien DSA8200 und DPO/DSA7000 erwähnen. Diese neue Modelle haben bis zu 20GHz BB und ganz viele andere Feinheiten, die man sich auf der Tetronix-seite anschauen kann. 7