Periodische Signale mit dem Oszilloskop messen
Das Messen von periodischen Signalen ist eine der grundlegendsten Aufgaben bei der Arbeit mit dem Oszilloskop.
In diesem Beitrag klären wir:
- Was ist ein perdiodisches Signal?
- Wie wird bei einer Signalmessung mit dem Oszilloskop vorgegangen?
- Welche Besonderheiten bringen Messungen mit zwei oder mehr Kanälen mit sich?
Was ist ein periodisches Signal?
Ein periodisches Signal zeichnet aus, dass sich der zeitliche Signalverlauf mit einer bestimmten Frequenz immer wieder wiederholt. Das bedeutet, dass ein bestimmter Signalwert nach einer definierten Zeit wieder auftritt. Diese Zeit wird Periodendauer mit dem Formelzeichen T und der Einheit Sekunden genannt. Der Kehrtwert der Periodendauer ist die Frequenz mit dem Formelzeichen f und der Einheit Hertz. Es gilt also T = 1 / f.
Typische Verterter von periodischen Signalen sind:
- sinusförmige Signale
- Rechteck-Signale
- Dreick- / Sägezahn-Signale
Wie wird bei der Messung von periodischen Signalen vorgegangen?
HINWEIS: Die hier aufgeführten Erklärungen dienen der Veranschaulichung und dem Verständnis für das Gerät. Sie ersetzen keine eingehende Schulung zur Sicherheit bei elektrischen Messungen oder die gründliche Lektüre der Bedienungsanleitung für das jeweilige Oszilloskop. Zudem gilt wie immer: Elektrotechnische Arbeiten dürfen nur mit gesetzlich vorgeschriebener fachlicher Qualifikation durchgeführt werden.
Die im Folgenden beschriebene Vorgehensweise gilt für Messungen:
- an Schaltungen, die von einer Gleichspannungsquelle versorgt werden, deren Ausgang galvanisch vom Netz getrennt ist. Dies trifft typischerweise bei einem Labornetzteil zu, dessen Plus- und Minuspol keine Verbindung zu Erde haben.
- mit passivem Tastkopf
Vorbereitung der Messung
Schritt 1:
Anschluss des Tastkopfes an das Oszilloskop über eine sogenannte BNC-Buchse. Marktübliche Oszilloskope haben zwei oder vier BNC-Buchsen.
Schritt 2:
Tastkopfkompensation (mehr Details zur Notwendigkeit der Tastkopfkompensation im YouTube Video ganz unten), Vorgehensweise:
- Anschluss von Masseklemme und Messhaken an die beiden Anschlüsse rechts unten am Oszilloskop wie im Bild rechts gezeigt
- Das angezeigte Rechtecksignal muss einen horizontalen Signalverlauf mit rechtwinkligen Flanken haben
- Falls dies der Fall ist, ist der Tastkopf bereits richtig kompensiert
- Falls dies nicht der Fall ist (wie im Bild links gezeigt), muss der Trimmkondensator des Tastkopfes mit einem kleinen Schraubendreher eingestellt werden. Der Trimmkondensator befindet sich entweder am BNC-Buchsenanschluss oder vorne am Tastkopf. Der Trimmkondensator muss so lange gedreht werden bis das Rechtecksignal die beschriebene Form mit horizontalem Signalverlauf und rechtwinkligen Flanken angenommen hat.
Wenn der Tastkopf richtig angeschlossen und kompensiert ist, ist die Vorbereitung für die Messung abgeschlossen. Das Mess-Setup sieht dann wie im Bild rechts gezeigt aus. Die Masseklemme und der Messhaken können nun wie im Folgenden beschrieben an die Schaltung angeschlossen werden.
Der Messvorgang
- Anschließen der Masseklemme an das Masse-Potential (Ground = GND) in der Schaltung.
- Anschließen des Messhakens an die Stelle in der Schaltung, deren Potential / Signal gemessen werden soll.
- Aktivieren des Kanals, an den der Tastkopf angeschlossen ist (Druck auf entsprechende Taste, z. B. CH1 für Channel1).
- Einstellen des richtigen Teilerverhältnisses an Tastkopf und Oszilloskop. Empfohlene Dämpfung: x10. Entweder hat der Tastkopf nur die Dämpfung x10 oder diese muss mit einem Schieber am Tastkopf eingestellt werden. Die eingestellte Dämpfung kann dem Oszilloskop in der Regel über die Menüknöpfe direkt rechts neben dem Bildschirm mitgeteilt werden.
- Einstellen der horizontalen Achse: Es sollte ein Wert für die Zeit / Division eingestellt werden, der es erlaubt einen sinnvollen Ausschnitt des Signals darzustellen. Bei einem periodischem Signal, wie wir es messen wollen, bietet es sich an zwei bis drei Perioden auf dem Bildschirm „einzufangen“.
- Einstellen der vertikalen Achse: Es sollte ein Wert für Volt / Division eingestellt werden, der es erlaubt den höchsten sowie den niedrigsten Wert auf dem Bildschirm zu sehen.
- Trigger: Der Trigger Knopf muss so eingestellt werden, dass die horizontale Linie der Triggerschwelle innerhalb des Signals liegt. Dann wird ein stehendes Bild angezeigt. Gegebenenfalls muss über das Triggermenü noch der Triggermodus „normal“ eingestellt und das Trigger-Kriterium auf „steigende Flanke“ eingestellt werden.
Messen mit mehreren Kanälen
Wenn mehrere Signale gleichzeitig in der Schaltung gemessen werden sollen, müssen auch mehrere Kanäle des Oszilloskops genutzt werden. Hierbei wird wie folgt vorgegangen:
Vorbereitung der Messung:
- Anschluss der Tastköpfe an die Eingänge des Oszilloskops (BNC-Buchsen Kanal 1 bis 2 oder 1 bis 4, je nach Oszilloskop)
- Kalibrierung jedes Tastkopfes, Vorgehensweise siehe oben
Der Messvorgang
- Anschließen der Masseklemmen an das Masse-Potential in der Schaltung. Wichtig: Da alle Masseklemmen über das Oszilloskop miteinander kurzgeschlossen sind, müssen sie auch in der Schaltung alle an das selbe Potential angeschlossen werden, da sonst über das Oszilloskop ein Kurzschluss gebildet wird!
- Für jeden Tastkopf: Anschließen des Messhakens an der Stelle in der Schaltung, die das zu messende Potential hat.
- Für jeden Tastkopf: Aktivieren des Kanals, an den der Tastkopf angeschlossen ist (Druck auf entsprechende Taste, z. B. CH1 für Channel1, CH2 für Channel2 etc.).
- Für jeden Tastkopf: Einstellen des richtigen Teilerverhältnisses. Bevorzugte Dämpfung: x10. Eingestellte Dämpfung kann dem Oszilloskop in der Regel über die Menüknöpfe direkt rechts neben dem Bildschirm mitgeteilt werden.
5. Für jeden Tastkopf: Einstellen der horizontalen Achse: Es sollte ein Wert für die Zeit / Division eingestellt werden, der es erlaubt einen sinnvollen Ausschnitt des Signals darzustellen. Bei periodischen Signalen, wie wir sie messen wollen, bietet es sich an zwei bis drei Perioden auf dem Bildschirm „einzufangen“.
6. Für jeden Tastkopf: Einstellen der vertikalen Achse: Es sollte ein Wert für Volt / Division eingestellt werden, der es erlaubt den höchsten sowie den niedrigsten Wert auf dem Bildschirm zu sehen.
7. Trigger für einen Kanal einstellen (das Oszilloskop kann immer nur auf einen Kanal triggern): Der Trigger Knopf muss so eingestellt werden, dass die horizontale Linie der Triggerschwelle innerhalb des Signals liegt. Dann wird ein stehendes Bild angezeigt. Gegebenenfalls muss über das Triggermenü noch der Triggermodus „normal“ eingestellt und das Trigger-Kriterium auf „steigende Flanke“ eingestellt werden.
Nun solltest du mehrere stehende Signale auf dem Bildschirm sehen. Deren zeitlichen Verlauf kannst du nun wieder über die Cursor-Funktion und / oder die „Measure“-Funktion analysieren.
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