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Oszilloskope

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Ratgeber Oszilloskope

Das Wichtigste über Oszilloskope

Was ist ein Oszilloskop?

Ein Oszilloskop misst und visualisiert elektrische Spannungen, damit diese professionell untersucht werden können. In den meisten Fällen geht es dabei um den Spannungsverlauf, der in einem Koordinatensystem mit Zeit- und Spannungsachse dargestellt wird: das sogenannte Oszillogramm.
Generell ist zwischen zwei Typen zu unterscheiden: Tisch Oszilloskope, die über einen eigenen Bildschirm verfügen, und Vorschalt Oszilloskopen, die ihre Messungen über einen USB-Anschluss an andere Geräte übermitteln. Die Messtechnik ist im Laufe der Jahre bei beiden Typen kompakter geworden, wobei bei Tischgeräten der Monitor die Größe bestimmt. Die früheren analogen Modelle mit Kathodenstrahlröhren wurden mittlerweile fast vollständig von digitalen mit LC-Monitoren abgelöst.
Es gibt auch Software, die die gleichen Werte über den Audioeingang oder die A/D-Wandlerkarte eines Computers messen kann. Diese erreicht jedoch nicht die Genauigkeit eines autonomen Oszilloskops.

Welche Arten von Oszilloskopen gibt es?

Der wichtigste Unterschied besteht, wie oben erwähnt, zwischen analogen und digitalen Geräten. Da allerdings die meisten Vorteile auf Seite der digitalen Modelle liegen, dominieren diese mittlerweile klar den Markt. Sie stellen die Messwerte deutlich präziser dar und verfügen, je nach Modell, über verschiedene Analyse- und Darstellungsfeatures. Vor allem aber erlauben sie die Anzeige, Speicherung und Analyse der Daten auf anderen Geräten. Sie sind zwar meist teurer und komplizierter, haben aber kaum praktische Nachteile. Einzig der Alias-Effekt, bei dem sehr hohe Frequenzen fälschlich als niedrige angezeigt werden, tritt nur bei digitalen Geräten auf.
Analoge Oszilloskope sind generell klobiger als digitale, da sie eine eigene Bildröhre brauchen. Da sie keinen korrigierenden Rechner haben, können zudem diverse Fehler in der Darstellung auftreten.

Neben diesen Haupttypen sind noch drei weitere, sehr spezielle Arten von Oszilloskopen zu beachten:
Das CCD-Oszilloskop kann über den eingebauten CCD-Sensor (engl. charge-coupled device) ein Schirmbild erzeugen, auch als einzelnes Sample. Es hat keine Abtastlücke und kann mit seiner winzigen Röhre im GHz-Bereich messen.
Das Mixed-Signal-Oszilloskop (MSO) ist an sich ein digitales Gerät, kann aber auch analoge Signale aufnehmen.
Der Waveformmonitor schließlich misst analoge Videosignale und wird nur sehr spezialisiert eingesetzt.
Innerhalb der genannten Typen ist jeweils zwischen Tisch-, Hand-/Handheld- und Vorschalt Oszilloskopen (auch Oszilloskop Vorsatz) zu unterscheiden. Die Tisch-Varianten sind meist Netzgeräte und bieten autark die beste Darstellung und Analyse. Handheld-Geräte hingegen arbeiten mit Akkus und sind deutlich mobiler, haben jedoch ein kleineres Display und Bedienfeld. Vorsätze schließlich sind besonders handlich, müssen jedoch an einen Computer angeschlossen werden.

Was muss ich beim Kauf eines Oszilloskops beachten?

In Bezug auf die bisher genannten Faktoren müssen Sie vor allem bedenken, welche Signale Sie messen wollen und wie mobil Sie dabei sein müssen. Im Detail sollten Sie auf verschieden Leistungsmerkmale achten, die wir im Folgenden kurz beschreiben:
Die Bandbreite bezeichnet, bis zu welcher Frequenz das Oszilloskop Signale misst. Um präzise und zuverlässig messen zu können, sollte die Bandbreite die Frequenz deutlich überschreiten: bei analogen Geräten um das Zwei-, bei digitalen sogar um das Vierfache. Wenn Sie mit stark variierenden Signalstärken arbeiten, bietet sich ein Modell mit digitalem Signalprozessor (DSP) an, über den Sie die Bandbreite anpassen können.
Um den Messpunkt nicht zu überlasten, hat jedes Oszilloskop einen Eingangswiderstand, üblicherweise 1 MΩ. Durch einen entsprechenden Tastkopf lässt sich dieser Widerstand (auch Impedanz genannt) erhöhen, um ihn an die gemessene Bandbreite anzupassen.
Die Abtastrate hingegen beschreibt, wie viele Samples das Oszilloskop pro Sekunde aufnimmt und speichert. Grob gesagt bestimmt sie die Anzahl der Punkte, aus denen die gezeigte Kurve besteht, und sollte entsprechend des zu messenden Signals gewählt werden: Am besten sollte die Abtastrate in Gigasamples das fünffache der Frequenz in GHz betragen.
Um überhaupt Signale erfassen zu können, brauchen Sie zunächst Tastköpfe, die Sie an deren Quelle anlegen können. Dies kann etwa durch ein Anschließen oder -klemmen oder direktes Verlöten erreicht werden. Beachten Sie auch, dass im Niederfrequenzbereich meist passive Tastköpfe ausreichen, unter bestimmten Bedingungen aber auch aktive vonnöten sind.
Sobald mehr als ein Signal gemessen werden kann, handelt es sich um ein Multimeter-Oszilloskop. Je nach Modell stehen bis zu vier Eingangskanäle für digitale oder analoge Signale zur Verfügung. Wenn Sie Stromstärken messen wollen, sollten Sie auf speziell isolierte Eingänge achten, um Unfälle und Kurzschlüsse zu vermeiden.
Als Speichertiefe wird das Datenvolumen bezeichnet, das zur Erfassung der Samples benötigt wird. Damit berechnet sie sich direkt aus Abtastrate und Dauer der Messungen und sollte entsprechend Ihrer Ansprüche in diesen Bereichen gewählt werden.

Über diese Merkmale hinaus sind auch bestimmte Funktionen der Modelle zu beachten:
Um ein stehendes Bild eines periodischen Signals darzustellen, muss dessen Aufzeichnung jeweils verzögert werden, bis es einen sogenannten Trigger-Zustand erreicht. Die meisten modernen Geräte erkennen diesen Zustand automatisch und einige verfügen über Funktionen, mit denen der Trigger manipuliert werden kann. Auf diese Weise lassen sich besonders genaue und spezifische Messungen durchführen.
Viele digitale Oszilloskope verfügen über ein gewisses Sortiment an automatischen Messfunktionen, die Ihnen die Analyse der Daten erleichtern bzw. überhaupt ermöglichen, diese mobil durchzuführen. Gerade wenn Sie bei der Arbeit keinen Zugriff auf weitere Geräte haben, sollten Sie auf solche Funktionen achten. Ebenso wichtig für das mobile Arbeiten sind Möglichkeiten zu Zoom und Kurvennavigation.
Zuletzt müssen Sie natürlich die Konnektivität bedenken. Stellen Sie sicher, dass Ihr Oszilloskop über Anschlüsse (meist USB) verfügt, die mit Ihrer sonstigen Hardware kompatibel sind. Zudem ist nicht bei jedem Gerät die zur Kopplung nötige Software im Lieferumfang enthalten. Achten Sie zuletzt auch darauf, die notwendigen Kabel, so nicht schon vorhanden, anzuschaffen.

Kalibrierung

Je nach Einsatzgebiet des Oszilloskops können zwei Kalibrierungen von Bedeutung sein: Die ISO-Kalibrierung ist eine international gültige Norm, die relativ schnell und günstig zu erwerben ist. Darüber hinaus ist eine Kalibrierung durch die Deutsche Akkreditierungsstelle (AkkS) möglich, auf deren Basis Messwerte als juristisch beweiskräftig gelten.

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