Themabewertung:
  • 0 Bewertung(en) - 0 im Durchschnitt
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Messen mit dem Oszilloskop
#1
Hallo Kollegen,

in kleinen Schritten möchte ich versuchen, dass Messen mit dem Oszilloskop für den absoluten Einsteiger darzustellen. Die Beiträge werden in loser Reihenfolge - je nach Zeit und Lust - erscheinen.

Fragen und konstruktive Kritik sind erlaubt bzw. erwünscht.

Eines muss aber klar sein: Alle Möglichkeiten des Oszilloskops können hier nicht dargestellt werden. Hierzu ist eine solide Fachkenntnis der Elektrotechnik erforderlich, weil bei diesem Messgerät Vieles zusammenkommt und theoretische Kenntnisse unbedingt notwendig sind.

Nach diesen Beiträgen solltet ihr in der Lage sein einfache Wechselspannungen und Frequenzen mit dem Oszilloskop messen zu können.

Ich schlage vor, wir probieren es einfach mal.

Beginnen möchte ich mit dem Bildschirmraster. Das Schachbrettmuster auf dem Bildschirm ist euch sicher schon aufgefallen. Je nach Alter und Hersteller sieht es etwas anders aus. Also stört euch nicht an kleinen Abweichungen. Bei Unklarheiten bitte fragen!

Den nachfolgenden Text habe ich eigentlich für einen anderen Verwendungszweck geschrieben, aber er passt ganz gut hier hin.

Das Bildschirmraster des Oszilloskops

Für die Messung der Auslenkung des Elektronenstrahles ist ein Bildschirmraster unentbehrlich. Auf dem Bildschirm sind horizontale und vertikale Linien zu sehen. Sie haben einen festen Abstand zueinander. Die Abstände zwischen den Linien werden als „Teil“ oder „DIV“ (eng. division) bezeichnet und entsprechen einer beliebigen Größe. Diese Größe ist abhängig von der Bildschirmgröße und der Forderung, dass die Horizontalachse immer in zehn Teile aufgeteilt ist. So kann beispielsweise bei einem Bildschirm 1 Teil = 1 cm sein. Die Ablenkempfindlichkeit wird dann in V/cm oder mV/cm (vertikal) oder s/cm, ms/cm oder µs/cm (horizontal) angegeben (diese Einheiten erkläre ich später!!). Bei einem anderen Bildschirm kann z.B. 1 Teil = 0,8 cm sein. Die Ablenkempfindlichkeit wird dann in V/DIV, mV/DIV, ms/DIV u.s.w. angegeben.
Es gibt Elektronenstrahlröhren mit Außenraster und solche mit Innenraster. Röhren mit Innenraster haben den Vorteil, dass bei der Ablesung Parallaxenfehler nicht auftreten können.
Das Bild zeigt die übliche Einteilung eines Bildschirmrasters. Die Raster-Mittellinien werden von Feinunterteilungen unterbrochen. Sehr häufig sind Strich- oder Punkt-linien für 0%- und 100%-Messpunkte und markierte Rasterzeilen für 10%- und 90%-Werte enthalten. Sie werden für die Messung von Anstiegs- und Abfallzeiten von Impulsen benötigt (für Radioten nicht so wichtig).

Alles klar?


.jpg   Bild 1.jpg (Größe: 94,64 KB / Downloads: 43)

Gleichspannungsmessung mit dem Oszilloskop

Macht es Sinn, Gleichspannungen mit dem Oszilloskop zu messen? Antwort: Nein! Das geht viel besser mit einem Voltmeter bzw. einem Multimeter. Wenn es trotzdem hier beschrieben wird, so geschieht dies deshalb, weil man Grundlegendes zur Spannungsmessung mit dem Gerät daran gut erklären kann und es sofort nachvollziehbar ist.
Schaltet bitte euer Oszilloskop ein und versucht eine waagerechte Linie in Bildmitte hinzubekommen. Dies kann unter Umständen schon Probleme bereiten. Zunächst gehe ich mal davon aus, dass dies jeder hinbekommt. Falls nicht, muss ich nochmal einen Gang zurückschalten.
Das müsste dann so aussehen:


.jpg   Bild 2.jpg (Größe: 67,92 KB / Downloads: 43)

Einige von euch haben sicher ein Zweikanal- oder Zweistrahlgerät . Dies bedeutet, dass ihr eigentlich zwei Oszilloskope habt (naja, nicht ganz). An zwei Anschlussbuchsen, z.B. mit YA und YB (auch: Kanal A und B oder auf neudeutsch CH I und CH II (CH = channel)) bezeichnet, können zwei verschiedene Spannungen angeschlossen und auf dem Schirm dargestellt werden. Ein Signal wird im oberen Teil des Bildschirmes und das andere darunter abgebildet. Das könnte dann so aussehen:


.jpg   Bild 3.jpg (Größe: 65,77 KB / Downloads: 43)

Wir benutzen zunächst nur einen Kanal; welchen von beiden ist gleichgültig. Die Umschaltung von Ein- auf Zweikanalbetrieb erfolgt mit einem Schalter der z.B. mit DUAL beschriftet ist. Diesen Schalter findet man im obigen Bild unten; es ist der mittlere von den dreien.
Wenn nichts angeschlossen ist, müsste nach der Umschaltung auf DUAL nur ein Strich zu sehen sein. Gehört der nun zu Kanal A oder zu Kanal B? Dies stellt man ganz einfach fest, indem man mal an beide Positionsregler dreht. Meist sind diese Potis mit Y-Pos. Oder so ähnlich beschriftet; es können auch zwei Pfeile am Regler sein. Diese beiden Regler – für jeden Kanal einen – müsst ihr finden. Man kann damit das Bild nach oben oder unten verschieben.
Also nochmal: Oszi auf Einkanalbetrieb schalten und mit den y-Positionsreglern den waagerechten Strich in die mittlere Position drehen. Wenn dies mit Positionsregler A funktioniert, dann gehört dieser Regler zur Anschlussbuchse A.
An diese Anschlussbuchse schließen wir nun ein Gleichspannungsnetzteil an. Es ist ja meist eine BNC-Buchse am Gerät. Das Anschließen erfolgt über ein Adapterstück wie im nachfolgenden Bild oder mit dem Tastkopf (übernächstes Bild). Der Tastkopf enthält evt. einen Umschalter; den stellen wir auf x1.


.jpg   Bild 4.jpg (Größe: 84,55 KB / Downloads: 43)


.jpg   Bild 5.jpg (Größe: 57,28 KB / Downloads: 43)

Natürlich kann man auch pfuschen:


.jpg   Bild 6.jpg (Größe: 73,38 KB / Downloads: 43)

Da wir eine Gleichspannung messen wollen, muss der Eingang des Oszilloskops auf DC geschaltet werden. Ein kleiner Schalter in der Nähe der Anschlussbuchse ermöglicht das.
Der Minuspol der Gleichspannung (schwarzes Kabel) kommt an Masse und der Pluspol an den Innenleiter der BNC-Buchse.
Weiterhin gehört zu jeder der beiden Anschlussbuchsen ein Drehschalter mit vielen Stufen. Je nach Fabrikat ist der beschriftet mit Amp. Oder V/cm oder V/T oder V. Den stellt ihr bitte auf 2 V ein.
Jetzt kommt der große Moment: Netzteil einschalten und mal auf 2 V einstellen. Dies könnt ihr ja mit einem parallelgeschalteten Voltmeter prüfen. Was ist auf dem Bildschirm passiert? Der Elektronenstrahl ist um ein Kästchen nach oben gewandert. Wenn ihr jetzt 4 V am Netzteil einstellt, wandert er um ein weiteres Kästchen – also insgesamt um 2 Kästchen oder 2 cm nach oben. Das sieht dann so aus:


.jpg   Bild 7.jpg (Größe: 75,48 KB / Downloads: 43)

Wie kommt man nun zum Messergebnis 4 V? Am Drehschalter hatten wir 2 V/cm oder 2V/T bzw. 2 V/DIV eingestellt. Dies bedeutet, dass das Wandern des Strahls um 1 Kästchen nach oben einer Spannung von 2 V entspricht.
Nochmal: 1 Kästchen = 2 V
2 Kästchen = 4 V ( 2 x 2 V)
3,5 Kästchen =7 V

Alles klar??
Ihr solltet jetzt mal die Spannung am Netzteil Umpolen. Was passiert auf dem Bildschirm?
Wenn das Alles gut funktioniert hat, könntet ihr mal andere Messbereiche am Drehschalter testen 5V/cm oder 0,1V/cm. Spielt und rechnet ein wenig; eine Kontrolle über die korrekte Spannung habt ihr ja am Voltmeter.
Falls es nicht ohnehin schon klar war, versteht ihr jetzt sicher meine Aussage vom Anfang: Es macht eigentlich keinen Sinn mit dem Oszi Gleichspannungen zu messen … aber es geht! Das Ablesen am Bildschirm bleibt aber bei Zwischenwerten relativ ungenau … und dann noch die komplizierte Rechnerei.


Darstellung von Wechselspannungen mit dem Oszilloskop (Teil 1)

Was ist denn eigentlich eine Wechselspannung? Sicher wissen das die Meisten von euch; trotzdem möchte ich Wesentliches erläutern. Wie versprochen, in ganz kleinen Schritten und – wie angedroht – mit ein bisschen Rechnerei. Ihr könnt ohnehin schon mal den Taschenrechner suchen – wir brauchen ihn dann bei der Frequenzmessung.
Man nehme gedanklich ein einstellbares Gleichspannungsnetzteil und schließe ein 12-V-Lämpchen an. Die Spannung wird jetzt innerhalb von einer Sekunde gleichmäßig (linear) von 0 auf 12 V gedreht. Das Lämpchen fängt immer stärker an zu leuchten, bis es bei 12 V mit voller Helligkeit blendet. Jetzt drehen wir wieder von 12 V auf 0 V zurück; ebenfalls innerhalb von einer Sekunde. Danach polen wir die Spannung um und wiederholen den Vorgang. Dem Lämpchen ist die Stromrichtung egal …. es funktioniert in beiden Fällen.
Den beschriebenen Vorgang habe ich nachfolgend grafisch dargestellt:


.jpg   Bild 8.jpg (Größe: 14,41 KB / Downloads: 43)

Wichtig ist jetzt, dass ihr diese grafische Darstellung in allen Einzelheiten versteht und nachvollziehen könnt, da unser Oszilloskop Wechselspannungen genauso darstellt. Wie in der Darstellung zu sehen ist, steigt also unsere Spannung von 0 V bis 12 V langsam an, dazu benötigt sie 1 Sekunde (1 s). Die 12 V sind der höchste, auftretende Spannungswert. Diesen bezeichnet man als Amplitude, Spitzenwert oder Maximalwert. Die Amplitude taucht bei 3 s nochmals auf, jetzt jedoch mit umgekehrter Polarität. Das Minuszeichen (-12V) an der linken Spannungsachse bedeutet also nur eine umgekehrte Stromrichtung bzw. Polarität.
Wenn eine Spannung ihren Wert und ihre Richtung ständig ändert, spricht man von einer Wechselspannung. Die genaue Definition für eine Wechselspannung ist etwas komplizierter und hier nicht von Bedeutung.
Wie oben schon gesagt soll der Vorgang ständig wiederholt werden …. man hat ja sonst nichts zu tun. Ein kompletter Vorgang dauert in unserem Beispiel 4 s; danach wiederholt sich der Spannungsverlauf. Man bezeichnet die 4 s als Periode oder Periodendauer. Abgekürzt wird sie mit dem Buchstaben T; die Zeit mit t.


.jpg   Bild 9.jpg (Größe: 19,09 KB / Downloads: 43)

Unsere Wechselspannung ist dreieckförmig, hat eine Amplitude von 12 V und eine Periodendauer von 4 s.
Dreieckförmige Wechselspannungen kommen in der Rundfunktechnik nicht so häufig vor. Bei moderneren Geräten haben wir es ab und zu mit rechteckförmigen Wechselspannungen zu tun (Achtung: nicht alle rechteckfömigen Spannungsverläufe sind auch Wechselspng.). Versucht doch bitte mal bei der nachfolgend abgebildeten rechteckfömigen Wechselspannung die Amplitude und die Periodendauer zu bestimmen. Sicher kein Problem, aber ich habe ein paar kleine Gemeinheiten eingebaut; diese sind aber unerlässlich für die Arbeit mit unserem Oszi.
Ihr hattet es ja schon in der Schule; ist aber vermutlich schon ein paar Tage her. Deshalb hier zur Erinnerung:
0,1 V = 100 mV (Millivolt)
0,01 V = 10 mV


.jpg   Bild 10.jpg (Größe: 11,93 KB / Downloads: 43)

Die Rechteckspannung hat also eine Amplitude von 50 mV (= 0,05 V) und eine Periodendauer von 10 ms.
Meistens haben wir es mit sinusfömigen Wechselspannungen zu tun. Sinusförmige Wechselspannungen sind mathematisch etwas schwieriger zu behandelt … warum nimmt sie man dann?? Die Antwort ist relativ einfach gegeben: Wenn man eine Wechselspannung durch eins kreisförmig drehendes Teil (Magnet oder Spule) erzeugt, entsteht dieser Spannungsverlauf nach dem Induktionsgesetz. Generatoren haben eben ein drehendes Teil und liefern (unfreiwillig) diesen komplizierten Spannungsverlauf. Auch wenn man Schwingungen mit einem Parallelschwingkreis erzeugt, entsteht zwangsläufig eine sinusförmige Spannung (= harmonische Schwingung). Bei der Sinusspannung lassen sich Amplitude und Periodendauer genauso einfach bestimmen, wie bei den anderen Wechselspannungen. Hier kommt aber noch etwas Entscheidendes hinzu:
Wir hatten ja gesehen, dass die Spannung in ihrer Höhe schwankt. Wenn wir jedoch die Höhe einer Wechselspannung angeben, so muss man sich darüber im klaren sein, welcher Wert angegeben wird. Man könnte z.B. immer die Amplitude angeben. Dies macht man aber nicht …. wäre ja zu einfach. Da die Spannung schwankt, gibt man einen Mittelwert an. Der Mittelwert wird so angegeben, dass er genauso groß ist und die gleiche Leistung erzeugen würde wie eine gleichgroße Gleichspannungsquelle. Mathematisch gesehen ist es der so genannte quadratische Mittelwert, besser bekannt als Effektivwert. Bei sinusförmigen Wechselspannungen wird also grundsätzlich der Effektivwert angegeben, es sei denn, es ist anders gekennzeichnet. Die Berechnung des Effektivwertes aus dem Spitzenwert (Amplitude) – und umgekehrt - ist relativ einfach. Die Herleitung erspare ich mir, kann sie bei Bedarf aber nachliefern.


.jpg   Bild 11.jpg (Größe: 9,29 KB / Downloads: 43)

Wichtig: Diese Umrechnungsformeln gelten nur für sinusförmige Spannungen. Sie sind also auf unsere Dreieck- oder Rechteckspannung nicht anwendbar!!

Beispiel:
Die Heizspannung von E-Röhren beträgt 6,3 V. Dies ist der Effektivwert. Der auftretende Spitzenwert am Heizfaden ist viel größer:
6,3 V x 1,414 = 8,9 V
Diese 8,9 V treten aber nur für wenige Millisekunden auf. Beim Nulldurchgang kann sich der Heizfaden wieder erholen.
Beim Oszilloskop kann man immer nur den Spitzenwert ablesen … der Effektivwert muss errechnet werden!
Soweit die Theorie. Teil 2 ist dann praxisorientiert.
Vielleicht abschließend noch eine Übung. Wie groß ist bei der abgebildeten Sinusspannung die Amplitude, der Effektivwert und die Periodendauer? Hinweis: Die Zeitachse ist in Mikrosekunden (millionstel Sekunden) eingeteilt.


.jpg   Bild 12.jpg (Größe: 23,17 KB / Downloads: 43)

Hier die richtige Lösung für alle:

Amplitude: 10 V; Effektivwert: ca. 7 V, Periodendauer: 50 µs

Falls Probleme auftauchen, bitte fragen. Keine Scheu!

Darstellung von Wechselspannungen (Teil 2)

So! Nach der grauen Theorie folgt jetzt die praktische Anwendung. Vorher weise ich noch darauf hin, dass alle nachfolgend beschriebenen Messungen und Experimente nur von Elektrofachkräften durchgeführt werden dürfen.

Um Wechselspannungen darstellen zu können wird der entsprechende Eingang auf AC geschaltet. Dieser Schalter wurde schon in Zusammenhang mit der Gleichspannungsmessung beschrieben. Ideal wäre es, wenn ihr jetzt eine Spannung mit etwa 1000 Hz an den Eingang legen könntet. Es sollte eine Sinusspannung sein.

An eurem Oszi habt ihr einen weiteren Drehschalter, der noch nicht besprochen wurde. Er ist – je nach Fabrikat – mit TIME, TIMEBASE, Zeitbasis oder T beschriftet. Manchmal fehlt diese Beschriftung aber auch. Man erkennt den Drehschalter aber sofort, da er viele Schaltstellungen hat die alle mit Zeitangaben versehen sind, z.B. 1 ms/cm. Diesen Drehschalter bringt ihr in eine Position, dass die angelegte Sinusspannung mit 2-3 Perioden dargestellt wird. Das könnte dann so aussehen:


.jpg   Bild 13.jpg (Größe: 66,68 KB / Downloads: 43)

Im vorliegenden Fall steht bei mir der Time-Schalter auf 0,2 ms/cm:


.jpg   Bild 14.jpg (Größe: 73,1 KB / Downloads: 43)

Dies bedeutet, dass unsere horizontale Achse in 10 Kästchen (DIV oder cm) zu je 0,2 ms eingeteilt ist. Damit können wir die Periodendauer bestimmen:

4,4 cm x 0,2 ms = 0,88 ms = 0,88 Millisekunden = 0,00088 s (Sekunden)

Unschön ist, dass wir hier nicht mit ganzen Kästchen arbeiten können; das ist leider fast immer so. Was haben wir davon, wenn wir die Periodendauer kennen? Ganz einfach: Man kann daraus die Frequenz berechnen. Ja, ihr habt richtig gelesen …. es muss wieder gerechnet werden … das geht beim Oszilloskop nicht anders.

Es gilt: Frequenz f = 1/T

Oder in Worten: Frequenz = Eins geteilt durch die Periodendauer.
Dies bedeutet für unser Beispiel:

f = 1 : 0,00088 s = 1136 Hz = 1,136 kHz

Ist doch nicht schwer, oder? Wichtig ist, dass man T in Sekunden und nicht in ms einsetzt. Wird T in ms eingesetzt (was hier sinnvoller wäre), so erhält man die Frequenz direkt in kHz. Setzt man T in Mikrosekunden ein, ergibt sich f in MHz. Ich persönlich habe mich an s und Hz gewöhnt.
Da ihr ja vielleicht eine andere Frequenz angeschlossen habt, ergeben sich bei euch natürlich auch andere Werte. Kontrollieren kann man das mit einem Frequenzzähler … falls vorhanden.

Was könnte ich falsch gemacht haben, wenn mein mit dem Oszi bestimmter Wert für f nicht mit der Anzeige des Frequenzzählers übereinstimmt?

Viele (nicht alle!) Oszilloskope haben ein kleines Poti mit dem man TIME-Einstellung geringfügig verändern kann; das ist genauso wie eine KW-Lupe bei unseren Radios. Man kann die eingestellte Frequenz geringfügig verändern. Damit die ms/cm auch stimmen, muss dieses Poti in einer definierten Position stehen. Dies ist auf der Frontplatte meist irgendwie erkennbar. Ein ähnliches Poti ist meist auch am Drehschalter für die V/cm vorhanden. Als Beispiel füge ich ein Bild von meinem Oszi an. Das Feintuningpoti hat einen roten Knopf mit Pfeil. Wie dieser zu stehen hat sieht man an dem Symbol unter dem Knopf (im roten Kreis).


Das ist ja Spitze

Das der Effektivwert einer Wechselspannung nicht direkt mit dem Oszilloskop gemessen werden kann, müsste jetzt jedem klar sein.

Direkt ablesen kann man nur die Amplitude. Die Amplitude wird auch als Spitzenspannung bezeichnet. In Formeln und/oder der Fachliteratur wird die Amplitude verschieden abgekürzt:


.jpg   Bild 15.jpg (Größe: 10,64 KB / Downloads: 43)

Um es nochmals deutlich zu sagen: Alle vorstehenden Abkürzungen stehen für ein und dieselbe Größe: Die Amplitude.

Leider ist es nicht gelungen, dass man sich auf ein Formelzeichen geeinigt hat. Das letzte Symbol, dass kleine u mit dem Hut wird u-Dach gesprochen. Der Index p kommt aus dem angelsächsischen Sprachraum und steht für peak (=Spitze).

Zur Wiederholung zeigen die nachfolgenden beiden Fotos nochmals eine Sinusspannung mit eingezeichnetem Spitzenwert und die zugehörige Stellung des Schalters zur Spannungsmessung. Wie groß sind Spitzen- und Effektivwert?


.jpg   Bild 16.jpg (Größe: 67,19 KB / Downloads: 43)


.jpg   Bild 17.jpg (Größe: 72,45 KB / Downloads: 43)

Lösung: Spitzenwert: 4 V. Daraus folgt für den Effektivwert: U = 2,83 V.

Häufig geben Hersteller von Geräten der Unterhaltungselektronik die Spannungsangaben auch als Spitze-Spitze-Wert an. Hierbei ist dann der Spannungsunterschied zwischen dem maximalen positiven Wert und dem maximalen negativen Wert gemeint. Das folgende Schirmbild zeigt den Spitze-Spitze-Wert der abgebildeten Spannung.


.jpg   Bild 18.jpg (Größe: 67,8 KB / Downloads: 43)


.jpg   Bild 19.jpg (Größe: 13,65 KB / Downloads: 43)

… und hier einen Schaltplanausschnitt von einem Greatz-Fernseher. Man sieht deutlich die Spannungsangaben als Spitze-Spitzewerte.


.jpg   Bild 20.jpg (Größe: 65,24 KB / Downloads: 42)

Bei symmetrischen sinusförmigen Spannungen ist also der Spitze-Spitze-Wert immer das Doppelte der Amplitude; also z.B. Spitzenwert: 2 V und Uss = 4 V.

Bei Spannungsverläufen, die nicht symmetrisch zur Nulllinie liegen (siehe Fernsehschaltbild) funktioniert das dann nicht mehr.

Zum Abschluss noch etwas Grundsätzliches: Der Umgang mit dem Oszilloskop muss geübt werden ….. genauso wie Klavierspielen oder Tennisspielen. Also viel messen (und rechnen): It´s a pleasure to measure!

Vergrößern und Verkleinern

Das Darstellen und Bestimmen von Spannungen und Frequenzen sollte jetzt bei jedem, der sich mit der Materie beschäftigt hat, funktionieren. Es ist wie bei allen Dingen die man neu erlernen will: Man muss Zeit investieren und sich bemühen.
Hier geht es um die Vergrößerung des Schirmbildes. Meine Pläne für die folgenden Beiträge sind:

- Zweikanalbetrieb
- Tastkopf
- Messen der Ausgangsleistung eines Verstärkers bzw. Radios (evt. auch Frequenzgang)
- Messungen am Netzteil
- Triggerung
- Signalverfolgung im ZF-Teil
- Bandbreite des Oszilloskops

Jetzt geht es um einige andere Knöpfe, die an unserem Oszilloskop vorhanden sind und deren Funktion vermutlich die meisten von euch schon durch Probieren herausgefunden haben.

Da sind zunächst die beiden Potis INT oder INTENS. und FOCUS. Mit beiden werden Gleichspannungen an der Braunschen Röhre (Kathodenstrahlröhre) eingestellt. Mit INTENS wird die Helligkeit und mit FOCUS die Bildschärfe eingestellt. Die mögliche Helligkeit und Bildschärfe hängen u.a. von der Höhe der Beschleunigungsspannung ab. Hier sind Werte von einigen hundert bis einigen tausend Volt möglich. Bei eurem Farb-TV wird in der Regel mit 27 kV gearbeitet; Schwarz-Weiß-Geräte haben ca. 16 kV.

Zwei weitere Potis sind mit x-Pos. und y-Pos (oder so ähnlich) beschriftet. Mit diesen Einstellern kann die Position des Schirmbildes nach rechts/links bzw. nach unten/oben verschoben werden. Im Foto weiter unten ist der Y-Regler blau und der x-Regler grün umrandet. Wozu sind diese Potis?
Wenn man Spannungen oder Frequenzen messen will, ist es oft einfacher, den Kurvenverlauf so auf dem Bildschirm hin und her zu schieben, dass man einfacher ablesen kann. Für einen anderen Zweck habe ich mal ein Beispiel verfasst welches nachfolgend dargestellt ist. Ich persönlich arbeite meistens so wie dort beschrieben; aber man muss das nicht so tun!! Wenn man viel übt, entwickelt jeder sicher seine eigene Methode.


.jpg   Bild 21.jpg (Größe: 78,63 KB / Downloads: 42)


.jpg   Bild 22.jpg (Größe: 76,31 KB / Downloads: 42)

Ein weiterer Schalter sei noch erläutert: Im folgenden Bild ist er rot umrandet und beschriftet mit x-Mag. x10.


.jpg   Bild 23.jpg (Größe: 76,5 KB / Downloads: 42)

Mag. steht für magnification; das kommt aus dem Englischen und bedeutet Vergrößerung. x ersetzt das Malzeichen. Bei Betätigung des Schalters wir das Bild in x-Richtung (Zeitachse) um den Faktor 10 vergrößert, d.h. gedehnt. Dieses muss man ausprobieren und erkennt sofort den Effekt. Das obige Foto wurde ohne Betätigung dieses Schalters ausgenommen. Man sieht sofort, dass es schwierig ist die Periodendauer abzulesen. Wir der Schalter dann betätigt, ergibt sich das folgende Bild:


.jpg   Bild 24.jpg (Größe: 72,24 KB / Downloads: 42)

Jetzt kann man die Periodendauer mit „5 cm“ gut ablesen. Damit alles wieder stimmt, muss dieser abgelesene Wert natürlich wieder durch 10 geteilt werden. Die wirkliche Periodendauer ist also 5 cm : 10 = 0,5 cm.

Im vorliegenden Fall war die TIMEBASE auf 2 ms/cm eingestellt. Die Frequenz betrug somit 1 kHz (Nachrechnen!).

Immer, wenn also die Frequenz zu groß ist bzw. die Periodendauer zu klein ist, kann dieser Schalter eingesetzt werden. Bei manchen Geräten ist nur eine Vergrößerung um den Faktor 5 möglich: die Rechnung erfolgt dann genauso.

Achtung! Fehlerträchtig!
Zu Beginn einer Messung sollte man die Position dieses Schalters immer prüfen, sonst kann es natürlich passieren, dass man sich um den Faktor 10 bzw. 5 vermisst. Es macht Sinn, nach dem Einsatz dieser Vergrößerung den Schalter immer sofort zurückzusetzen.

Um es nochmals deutlich zu machen: Die Vergrößerung des Schirmbildes erfolgt nur nach rechts und links, nicht nach oben und unten. Die Darstellung der Amplitude wird also nicht verändert.

Wer kein Oszilloskop hat oder mal ein anderes Gerät ausprobieren möchte, dem sei das http://www.virtuelles-oszilloskop.de empfohlen …. geht wirklich gut.
   

.jpg   Bild 25.jpg (Größe: 36,66 KB / Downloads: 42)

Falls es immer noch Probleme gibt, liegt fast immer ein Ablese- und/oder Rechenfehler vor. Mailt mir bei speziellen Problemen.
Zum Abschluss (für heute) solltet ihr mal versuchen die Heizspannung von 6,3 V zu oszilloskopieren. Also einen Netztrafo angeschlossen und Oszi an die Heizwicklung. Die Heizspannung könnt ihr mit einem Voltmeter messen und dann zur Übung den Effektivwert mit dem Oszi bestimmen. Tja …. und schon wieder gibt es ein Problem. Damit ihr mindestens eine komplette Periode sehen könnt, müsst ihr den TIME-Schalter auf eine relativ große Zeit einstellen – vermutlich 5 oder 2 ms. Dabei beginnt das Bild zu flackern …. Dies ist bei niedrigen Frequenzen bei unseren Geräten leider normal. Welche Frequenz hat eigentlich die Heizspannung? Nein … nicht raten oder nachlesen, sondern messen!

Mehrkanalbetrieb

Viele Oszilloskope haben zwei Eingangskanäle; d.h., man kann zwei Spannungen gleichzeitig darstellen und messen. Je nach Fabrikat werden die Eingangskanäle mit YA und YB oder CH1 und CH2 oder so ähnlich bezeichnet. Dies hatte ich ja schon beschrieben.

Zu jedem Eingangskanal gehört ein eigener Schalter (AMP.) für den jeweiligen Messbereich und eine eigene Eingangsbuchse mit Umschalter für AC oder DC. Die nachfolgende Abb. zeigt ein Scope mit zwei Kanälen. Die zu jedem Kanal gehörigen Bedienelemente sind rot bzw. grün umrahmt.


.jpg   Bild 26.jpg (Größe: 67,86 KB / Downloads: 42)

Interessant und wichtig werden die drei Tasten unten in der Mitte des Bedienfeldes: CHOP, ALT, DUAL …. Hier können auch andere, ähnliche Bezeichnungen auftauchen.

Ich möchte versuchen, diese Tasten (Schalter) an einem praktischen Anwendungsbeispiel zu erläutern. Wie ihr ja wisst, dürfen die nachfolgend beschriebenen Messungen nur von Elektrofachkräften durchgeführt werden bzw. sie dürfen nur mit Simulationsprogrammen nachvollzogen werden.

Wir basteln uns zunächst eine einfache Gleichrichterschaltung wie sie auf der folgenden Abb. zu sehen ist. Die Sekundärspannnung des Trafos beträgt bei mir ca. 6 V (Effektivwert). Als Diode kann auch ein anderer Typ zur Anwendung kommen. Den Kondensator C lassen wir zunächst weg. Der 500-Ohm-Widerstand ist erforderlich, damit der Stromkreis geschlossen ist und überhaupt ein Strom fließt.


.jpg   Bild 27.jpg (Größe: 15,97 KB / Downloads: 42)

Wir schalten das Oszilloskop jetzt auf DUAL-Betrieb, d.h. beide Kanäle werden benutzt. Bevor wir jetzt unsere Gleichrichterschltg. Anschließen, spielen wir noch ein wenig mit den Bedienelementen des Scopes.

Im DUAL-Betrieb sollten ohne Signal zwei waagerechte Linien zu sehen sein:


.jpg   Bild 28.jpg (Größe: 63,13 KB / Downloads: 42)

Beide Linien werden mit den Y-Pos-Reglern jeweils mit einer horizontalen Rasterlinie zur Deckung gebracht.

Je nach Fabrikat eures Oszilloskops, verfügt das Gerät evt. über eine Umschalttaste CHOP/ALT. In beiden Schaltstellungen ist Zweikanalbetrieb möglich. In der Stellung ALT (alternierend) funktioniert eigentlich immer; allerdings ergibt bei Ablenkkoeffizienten über 0,5 ms/DIV die Betriebsart CHOP (chopped = zerhackt) ein besseres Bild (Ausprobieren!!).

Schaltet jetzt bitte am TIME-Schalter einen Ablenkkoeffizienten von 2 oder 5 ms/DIV ein …. am besten: Beides Probieren!

Die Gleichrichterschaltung wird jetzt in Betrieb gesetzt. Ein Eingang des Oszilloskops wird vor, der andere nach der Diode angeschlossen (siehe obige Abb.). Auf einem Kanal müsstet ihr jetzt die sinusförmige Wechselspannung vor der Gleichrichterdiode sehen und der andere Kanal zeigt die pulsierende Gleichspng. (eine Halbwelle) an der Kathode der Diode … alles immer noch ohne C. Sieht dann so aus:


.jpg   Bild 29.jpg (Größe: 77,01 KB / Downloads: 42)

Wegen der niedrigen Netztfrequenz von 50 Hz ist ein großer Ablenkkoeffizient erforderlich und das Bild flackert. Schaltet doch mal – je nach Möglichkeit – auf 10 oder 20 ms/DIV. Ihr könnt dann zwar nichts Vernünftiges mehr ablesen, aber man erkennt deutlich, dass beide Kanäle abwechselnd geschrieben werden. Ihr könnt versuchsweise mal den Netztrafo entfernen und einen Generator mit z.B. 1000 Hz als Wechselspannungsquelle benutzen. Die TIMEBASE könnt ihr jetzt auf wesentlich kleinere Werte einstellen und das Bild erscheint – bedingt durch die Trägheit des menschlichen Auges – als flimmerfrei.

Die meisten Oszilloskope mit denen wir zu tun haben, sind solche Zweikanalgeräte. Es gibt aber auch deutlich teurere Zweistrahler. Hier sind tatsächlich zwei Elektronenstrahlen vorhanden und die ständige Umschalterei entfällt.

Wenden wir uns wieder dem Versuchsaufbau zu. Also Trafo mit ca. 6V/50Hz und Diode. Jetzt solltet ihr mal verschiedene Elkos entsprechend dem Schaltbild einsetzen. Für die folgenden Fotos habe ich 47, 100 und 1000 Mikrofarad benutzt.


.jpg   Bild 30.jpg (Größe: 86,13 KB / Downloads: 42)


.jpg   Bild 31.jpg (Größe: 74,73 KB / Downloads: 42)


.jpg   Bild 32.jpg (Größe: 76,69 KB / Downloads: 42)

Man sieht deutlich, dass die Welligkeit der Spannung hinter der Diode mit steigender Kapazität abnimmt. Wenn unser Kondensator im Radio also Kapazität verliert, nimmt die Welligkeit zu und wir hören das als Netzbrummen im Radio.

ACHTUNG: Diesen Versuch so bitte nicht mit vier Dioden bzw. einem Brückengleichrichter durchführen. Eine Zweikanalmessung ist nur möglich, wenn beide Spannungen den gleichen Bezugspunkt (Masse) haben … bei einer Brückenschaltung ist das nicht der Fall. Falls ihr es trotzdem probiert, wird es ganz schön knallen.

Das heißt aber nicht, dass man die Spannung hinter einem Brückengleichrichter nicht darstellen kann …. nur eben nicht im Zweikanalbetrieb unter gleichzeitiger Darstellung der Wechselspannung. Schaltet einfach einen Kanal an Plus des Brückengleichrichters und die Masse des Scopes an Minus. Wenn ihr den Lastwiderstand (ca. 500 Ohm) nicht vergesst und den Elko weglasst, ergibt sich sowas:


.jpg   Bild 33.jpg (Größe: 76,96 KB / Downloads: 42)

Die Messung der Periodendauer ergibt jetzt 10 ms was einer Frequenz von 100 Hz entspricht. Durch Zuschalten von Elkos kann man die Gleichrichterausgangsspannung jetzt schön zu einer Gerade biegen. Jetzt könnt ihr dann auch mal die Brummspannung an einem Röhrenradio messen. Hier kann man wunderbar Versuche machen: Ab welcher Kapazität wird z.B. das Brummen erträglich?
Als Elektrofachkraft denkt ihr natürlich daran, dass es dort einige Hundert Volt sind. Wenn ihr dort anfasst, seit ihr u.U. für den Rest eures Lebens tot und ihr hättet den Oszilloskop-Kurs bis hierher ganz umsonst gemacht.

Ich werde demnächst noch weitere praktische Anwendungen beschreiben. In der nächsten Folge geht es aber zunächst um den Tastkopf … ich meine dieses Teil:


.jpg   Bild 34.jpg (Größe: 68,95 KB / Downloads: 42)


Tastkopf

Beginnen wir zunächst mit dem Eingangsschalter AC – DC – GND. Er sitzt meistens in der Nähe der Eingangsbuchse und wurde schon erwähnt. Beim Zweikanalgerät ist er für jeden Kanal einmal vorhanden. Wie dieser Schalter im Prinzip verdrahtet ist, zeigt das folgende Bild.


.jpg   Bild 35.jpg (Größe: 11 KB / Downloads: 42)

In der Schaltstellung DC ist die Eingangsbuchse direkt mit dem nachfolgenden Eingangsteil des Oszilloskops verbunden. In der Schaltstellung AC ist lediglich ein Kondensator C in Reihe geschaltet. Kondensatoren lassen bekanntlich Wechselstrom „durch“ und sperren Gleichstrom. Wenn wir also die Netzteilspannung aus dem vorhergehenden Beitrag ohne den (hohen) Gleichspannungsanteil messen wollen – also nur die Restwelligkeit – dann kann man auf AC schalten.
In der Stellung GND wird das Eingangssignal vom Oszilloskop getrennt; man braucht also nicht unbedingt den BNC-Stecker abziehen, sondern einfach nur auf GND schalten.

Hinter dieser Beschaltung des Umschalters folgt beim Oszilloskop meist ein Eingangsabschwächer und ein Verstärker. Beides brauchen wir nicht detailliert betrachten. Aus dieser Elektronik folgt aber, dass das Scope einen Eingangswiderstand und eine Eingangskapazität hat. Beides kann man sich durch diese beiden Bauteile vorstellen. Im nachfolgenden Bild habe ich das obige Bild entsprechend ergänzt.


.jpg   Bild 36.jpg (Größe: 13,96 KB / Downloads: 42)

Die Werte dieses Eingangswiderstandes und des Kondensators Cein sind meist neben der Buchse auf der Frontplatte des Oszilloskops aufgedruckt. R ist meist 1 Megaohm und C liegt bei 20 … 30 pF. R kann auch leicht nachgemessen werden: Das ausgeschaltete Oszi auf DC schalten und das Ohmmeter an der BNC-Buchse anschließen.

Oft ist es wesentlich besser, wenn das Gerät über einen höheren Eingangswiderstand verfügt und die Eingangskapazität so gering wie möglich ist … 20 pF sind in der Rundfunktechnik u.U. schon sehr viel. Eine Verbesserung bringt hier die Verwendung eines Tastkopfes. Der Tastkopf beinhaltet in der Regel einen 9 Megaohm-Widerstand, der in Reihe liegt. Parallel zu dem Widerstand liegt ein kleiner Trimmkondensator. Die Kapazität dieses Trimmers lässt sich am Tastkopf durch eine kleine Öffnung mit einem kleinen Schraubendreher einstellen. Dazu gleich mehr.


.jpg   Bild 37.jpg (Größe: 44,18 KB / Downloads: 42)

Betrachten wir zunächst die Widerstände. Sicher könnt ihr nachvollziehen, dass der 9M im Tastkopf und der 1M-Widerstand im Scope in Reihe liegen. Damit ergibt sich mit Tastkopf ein gesamter Eingangswiderstand von 10 MOhm. Der Eingangswiderstand wird also mit Tastkopf um das 10fache vergrößert … das ist gut! Dummerweise fällt an dem 9MOhm aber der größte Teil der Messspannung ab und ist verloren …. das ist schlecht. Genaugenommen kommt nur noch 1/10 der Spannung am Scope an. Wenn wir also mit Tastkopf 5 V auf dem Bildschirm angezeigt bekommen, ist die wirkliche Messspannung 10mal größer, also 50V. Dies muss bei der Messung also berücksichtigt werden.
Hat man sehr kleine Spannungen zu messen kann eine weitere Abschwächung um den Faktor 10 dazu führen, dass man nichts mehr messen kann.

Viele Tastköpfe haben einen Umschalter, der mit x10 und x1 beschriftet ist. In der Stellung x1 ist der Tastkopf dann praktisch wirkungslos; in Stellung x10 schwächt er die Spannung (nicht die Frequenz) um das 10fache ab.

Wozu nun der Trimmkondensator? Er verringert die Eingangskapazität. Hierzu muss ich etwas ausholen: Um die Einstrahlung von Störspannungen in die Messleitung des Tastkopfes zu verhindern, ist diese als abgeschirmte Leitung ausgeführt. Eine abgeschirmte Leitung besteht aus einem Innenleiter und einem Metallgeflecht außenrum. Es sind also zwei gegenüberliegende Metallteile mit einer Isolierung dazwischen …. und sowas nennt man einen Kondensator. Die Kapazität kann z.B. 100 pF betragen und liegt parallel zu den 20 pF im Oszi. Es ergeben sich somit 120 pF. Wenn man z.B. damit an einem Mittelwellenschwingkreis messen will, liegen also während der Messung plötzlich noch 120pF parallel zum Schwingkreis-C. Als Ergebnis kommt nur Unfug heraus. Ohne das jetzt rechnerisch nachvollziehbar zu machen (kann bei Bedarf aber geschehen), sei gesagt, dass der Trimmer im Tastkopf diese störende Kapazität weitgehend (nicht vollständig) kompensiert … vermutlich bleiben noch so ca. 10 pF übrig.

Wie wird der Trimmer nun korrekt eingestellt? Nichts einfacher als das. Der Tastkopf wird auf x10 geschaltet und mit der Kalbrierspannung im Scope verbunden.

Nahezu jedes Oszilloskop verfügt über einen eingebauten Generator, der eine Rechteckspannung zur Kontrolle des Scopes dient. Im vorliegenden Fall liefert dieser Generator eine Spannung von 2 V-Spitze-Spitze.


.jpg   Bild 38.jpg (Größe: 77,22 KB / Downloads: 42)

Damit lässt sich die Zuverlässigkeit der Spannungsmessung prüfen. Der Trimmer im Tastkopf wird jetzt so eingestellt, dass eine möglichst exakte Rechteckspannung zu sehen ist. Das folgende Bild zeigt den Anschluss des Tastkopfes.


.jpg   Bild 39.jpg (Größe: 68,53 KB / Downloads: 42)

Hier ist der Trimmer falsch eingestellt:


.jpg   Bild 40.jpg (Größe: 66,98 KB / Downloads: 42)

Ihr solltet das alles selbst probieren … es kann nichts kaputtgehen.

Anekdote am Rande: Vor ca. 20 Jahren war ich für eine Woche bei LOEWE im werk in Kronach. An einem neuen TV-Gerät wollte ich verschiedenes messen. Laut Serviceanleitung – die ich natürlich nicht gelesen hatte – durfte man in der Zeilenendstufe nur mit einem 100 : 1 – Tastkopf messen. Andernfalls war die kapazitive Belastung des Schwingkreises zu groß und die Halbleiterbauteile gingen kaputt. …. und sie gingen wirklich kaputt … das war mir natürlich peinlich. Aber: Was die LOEWE-Leute da gebaut hatten, war wirklich unmöglich. Welcher Servicetechniker arbeitet schon mit einem 100:1-Tastkopf und welche Servicewerkstatt hat sowas überhaupt??

Die Wirkung der Eingangskapazität des Oszilloskops kann man sehr schön an unseren Röhrenradios demonstrieren. Zeitablenkung des scopes auf ca. 0,5 Mikrosekunden (us) und die Ampl. auf ca. 1 V einstellen. Auf Mittelwelle einen Sender einstellen; Gerät darf nur von Elektrofachkraft über Trenntrafo betrieben werden. Geht man jetzt mit dem 10:1-Tastkopf an den Oszillator-Drehko, sieht man die oszillatorspannung auf dem Bildschirm und der Sender verstellt sich etwas .... das kommt durch die Eingangskapazität des Oszilloskops.

Viel Spaß beim Experimentieren.


Messung der Ausgangsleistung eines Verstärkers

Will man die Ausgangsleistung eines Verstärkers oder des Verstärkerteils eines Radios messen, so ist dazu einiges an Equipment und know-how nötig. Aber wer hat schon eine Klirrfaktormessbrücke? Es geht aber auch einfacher, wenn man einen evt. Fehler von ca. 10% akzeptiert (den Unterschied hört man ohnehin nicht!).
Wir wollen die so genannte Sinusleistung eines Nordmende spectra futura m bestimmen. Für die Sinusleistung gilt u.a. nach DIN: Die Leistung muss bei einem definierten Klirrfaktor diese Leistung für min. 10 Minuten abgeben können. Die Messfrequenz beträgt 1 kHz.

Wir benötigen also einen Sinusgenerator, der eine Spannung mit f = 1 kHz liefern kann und dessen Ausgangsspannung einstellbar ist. Hiermit wird der Verstärker gespeist; dies kann z.B. über die TA-Buchse geschehen.

Der Lautsprecher des Radios wird abgelötet und durch einen entsprechenden Widerstand mit ausreichender Belastbarkeit ersetzt. Dazu habe ich mir durch Zusammenschaltung mehrerer Hochlastwiderstände einen 4 Ohm- und einen 8-Ohm-Widerstand mit 70 W Belastbarkeit gebastelt. Die Widerstände werden durch zwei Alu-Platten gehalten und dienen gleichzeitig zur Aufnahme der Anschlussbuchsen. Zum Anschluss des Oszis habe ich gleich noch eine BNC-Buchse eingebaut … dies muss man aber nicht tun.


.jpg   Bild 41.jpg (Größe: 70,27 KB / Downloads: 41)

Parallel zum Widerstand wird jetzt das Oszilloskop angeschlossen. Der Lautstärkeregler wird voll aufgedreht und die Ausgangsspannung des Generators zunächst auf Minimum eingestellt.
Natürlich kann man die Spannung auch am Lautsprecher messen; nur 1 kHz bei voller Lautstärke verbiegt einem die Gehörgänge.


.jpg   Bild 42.jpg (Größe: 13,49 KB / Downloads: 41)

Der Sinusgenerator wird jetzt langsam aufgedreht und am Oszi ein vernünftiger Messbereich für die Y-Ablenkung (AMP) eingestellt. Auf dem Bildschirm müsste jetzt ein schöner Sinus zu sehen sein … etwa so:


.jpg   Bild 43.jpg (Größe: 76,51 KB / Downloads: 41)

Jetzt dreht man alle Klangregler so, dass die max. Amplitude erscheint. Die Ausgangsspannung des Generators wird nun vorsichtig so lange erhöht, bis die Sinusspannung verzerrt, d.h. oben und unten abflacht; man dreht nun soweit zurück, bis wieder eine einwandfreie Sinusform vorhanden ist. Dies ist jetzt die max. Ausgangsspannung ohne entscheidende Verzerrungen.

Eine verzerrte Spannung sieht z.B. so aus – hier muss der Pegel des Generators verringert werden:


.jpg   Bild 44.jpg (Größe: 71,01 KB / Downloads: 41)

Aus dem Schirmbild mit der einwandfreien Sinusspannung muss jetzt der Effektivwert der Wechselspannung ermittelt werden. Wie das geht, wisst ihr ja. Im vorliegenden Beispiel (Bild oben) wären das dann 4,24 V, da ich einen 10:1-Tastkopf benutzt habe.

Die Leistung ergibt sich nun aus: (Effektivwert x Effektivwert) geteilt durch Widerstand. Also (4,24 V x 4,24 V) : 4 Ohm = 4,5 W. Die Herstellerangabe ist etwas höher als dieser Wert, das kann verschiedene Gründe haben. 1. Hersteller runden gerne nach oben auf; 2. der originale Lautsprecherwiderstand ist 4,5 Ohm und nicht 4 Ohm (über 10% Abweichung); die Endstufe könnte auch einen Fehler haben … dies werde ich noch untersuchen … spielt hier auch keine große Rolle. Messt eure Schätzchen mal durch, ihr werdet staunen.

Man könnte im Zweikanalbetrieb auch die Ausgangsspannung des Generators überwachen. Das folgende Bild zeigt diesen Fall. Die obere Spannung ist die Verstärker-Ausgangsspannung; unten ist die Generatorausgangsspannung dargestellt. Frage: Wieso ist eigentlich dort die Ausgangsspannung kleiner als die Eingangsspannung?


.jpg   Bild 45.jpg (Größe: 54,62 KB / Downloads: 41)

Na klar, die Stellung der beiden Drehschalter für die Y-Ablenkung ist unterschiedlich.

Hat man ein Stereogerät, kann man das Generatorausgangssignal gleichzeitig auf den rechten und den linken Kanal geben und im Zweikanalbetrieb beide Kanäle auf dem Schirm darstellen – dazu benötigt man natürlich auch zwei Lastwiderstände. Man kann so prüfen, ob beide Kanäle gleich verstärken.

Signalverfolgung im ZF-Teil

und

Bandbreite des Oszilloskops


Ein wichtiges Qualitätskriterium bei der Beurteilung eines Oszilloskops ist die so genannte Bandbreite. Diese Bandbreite wird in MHz angegeben und ist meistens auf der Frontplatte des Oszilloskops aufgedruckt; anderenfalls muss man sie im Handbuch bzw. Datenblatt suchen. Bei meinem Gerät beträgt die Bandbreite 30 MHz. Was bedeutet nun dieser Wert? Kann ich nur Frequenzen bis 30 MHz (das wäre also bis in den Kurzwellenbereich) messen? Antwort: Nein, nicht mal das!
Das Ganze ist nicht ganz einfach zu beschreiben. Grundsätzlich gilt: Je höher die Frequenz der Spannung die ich messen möchte, umso ungenauer wird das Ergebnis. Eine Angabe von 30 MHz bedeutet, dass die Spannung nur noch mit ca. 70% ihres wahren Wertes dargestellt wird.

Beispiel: Eine Spannung mit f = 30 MHz wird gemessen. Auf dem Bildschirm ist ein Spitzenwert von 7 V abzulesen. Der wahre Wert ist dann um 30% größer und beträgt somit 10 V.

Leider gilt dieser 70%-Wert nur bei der angegebenen Bandbreite (30 MHz). Bei anderen Frequenzen kann man leider nicht so rechnen.

Wollte man exakte Werte ermitteln, müsste man eine Grafik zu Rate ziehen, die die frequenzabhängige Verstärkung darstellt. Eine solche Grafik müsste genau genommen vom Gerätehersteller mitgeliefert werden. Man würde dort erkennen, dass das Oszilloskop bis zu einer bestimmten Frequenz – die deutlich unter 30 MHz liegt – genau arbeitet. Ab dieser Frequenz ist die Anzeige der Spannungshöhe zu gering und sie nimmt bei weiter steigender Frequenz noch mehr ab.

In der Praxis arbeitet man gerne mit der 5fach-Regel. Sie besagt, dass die Bandbreite des Oszzilloskops mindestens 5x so groß sein muss wie die höchste gemessene Frequenz. Oder andersherum ausgedrückt: Bandbreite geteilt durch 5 ergibt die maximale Frequenz.

In meinem Beispiel könnte ich also nur Spannungen bis 30 MHz : 5 = 6 MHz zuverlässig messen. Mit dieser Regel ist man auf der absolut sicheren Seite. Meist ist die Zuverlässigkeit des Gerätes auch noch bei höheren Frequenzen gegeben …. aber man kann sich nicht darauf verlassen. Ich gehe davon aus, dass keiner von uns ein Oszilloskop hat, mit dem man im UKW-Bereich messen kann.

Die Situation ist aber in der Praxis nicht ganz so tragisch, wie sie auf den ersten Blick zu seien scheint. Sehr häufig ist es für unsere Restaurierungs- und Reparaturarbeiten gar nicht so entscheidend, ob die dargestellte Spannung in der Amplitude genau stimmt oder auch nicht. Will man einen Verstärker prüfen, so ist einmal entscheidend, in welchem Verhältnis die Ein- und Ausgangsspannung zueinander stehen und zum zweiten, ob das Signal verzerrt. Beides kann man auch ohne Kenntnis der absoluten Spannung ermitteln.

Beispiel: Wir möchten einen Verstärker bei einer Frequenz von 10 MHz prüfen. An den Eingang legen wir eine sinusförmige Spannung von 0,1 V und f = 10 MHz. Diese Spannung ist mit dem Oszilloskop darstellbar – auch wenn die Bandbreite des Gerätes nur 10 MHz beträgt. Nach der 5fach-Regel kann man mit diesem Gerät ja nur bis 2 MHz zuverlässig messen. Nehmen wir an, die Eingangsspannung wird mit 0,08 V (20% Fehler) angezeigt. Stellt man dann die Ausgangsspannung dieses Verstärkers dar, so wird auch diese um 20% zu gering angezeigt. Sie sei mit 2 V angezeigt; der wahre Wert ist dann 2,4 V (wieder 20% Fehler). Zur Prüfung des Verstärkers möchten wir jedoch nur wissen, um das Wievielfache er verstärkt und der jetzt auftretende Fehler ist gering: 2V:0,08V = 25. Weiterhin können wir erkennen, ob unser Verstärker verzerrt; die Sinusform müsste am Ausgang einwandfrei sein und von der Form her der Eingangsspannung entsprechen.

Man kann mit dem Oszilloskop sehr schön das ZF-Teil eines Radios durchmessen. Das ZF-Teil ist ja nichts anderes als ein selektiver Verstärker. Wenn wir die AM-ZF messen, können wir mit unseren Geräten sogar vernünftige Spannungsanzeigen bekommen, da die Frequenz der Wechselspannung im ZF-Teil ja in der Regel unter 1 MHz liegt. Grundsätzlich gibt es mehrere Möglichkeiten diese Messungen durchzuführen. Wenn man einen Messsender hat, könnte man zum Beispiel ein Frequenz von 800 kHz einstellen (Mittelwellenbereich) und diese Spannung (möglichst über eine künstliche Antenne; muss aber nicht sein) auf den Antenneneingang geben. Diese Spannung sollte zunächst unmoduliert sein. Am Gitter der ersten ZF-Röhre müsste diese Sinusspannung über einen 10:1-Tastkopf gut zu messen sein, wenn das Radio auf 800 kHz abgestimmt ist. Anschließend kann man an der Anode dieser Röhre eine wesentlich höhere Spannung messen …. Das muss so sein, die Stufe soll ja verstärken. Danach geht man zur Anode der zweiten ZF-Röhre u.s.w. Falls man sowas noch nie gemacht hat, empfehle ich die Spannungswerte zu notieren; sie können als Richtwerte bei der Untersuchung eines defekten Gerätes dienen.

Schaltet man die Modulation des AM-Signales ein, kann man die Wirkung sofort auf dem Bildschirm sehen und außerdem hören. Das Signal lässt sich dann im NF-Teil weiterverfolgen … allerdings muss jetzt TIME betätigt werden, da die Frequenz ja dort eine andere ist (Modulationsfrequenz).

Natürlich lässt sich die Signalverfolgung im ZF-Teil auch durchführen, indem man eine Wechselspannung mit der ZF – z.B. 470 kHz – direkt auf das Gitter 1 der ersten ZF-Röhre gibt …. Kondensator dazwischen wäre nicht schlecht.

Noch etwas zum Abschluss: Eingangs wurde beschrieben, dass die Bandbreite des Oszilloskop die Frequenz angibt, bei der die Eingangsspannung um 30% zu gering angezeigt wird. Diese 30% entsprechen im logarithmischen Maß 3 dB (Dezibel); man spricht demzufolge auch von -3 dB oder der 3-dB-Grenze. Achtung: Die Zahlenähnlichkeit zwischen 30(%) und 3 (dB) ist zufällig; der Zusammenhang ist nicht linear! 50% entsprechen also nicht 5 dB …. Aber das wusstet ihr ja alle schon.

So, jetzt habe ich einen weiteren Beitrag geschrieben und dabei vollständig auf Fotos verzichtet. Ging doch auch … oder?


Trigger

Die Triggereinrichtung des Oszilloskops sorgt für ein stehendes Bild auf dem Bildschirm. Je nach Fabrikat gibt es zur Triggerung verschiedene Schalter am Oszi. Legt doch einfach mal eine Wechselspannung an einen Eingang und probiert verschiedene Schalterstellungen bei der Triggerung aus. Vermutlich wird bei der einen und/oder anderen Schalterposition das Bild nicht stillstehen sondern nach rechts weglaufen …. dann kann man natürlich nicht vernünftig ablesen. Die Triggereinrichtung sorgt für ein stillstehendes Bild. Zur Erklärung muss ich wieder etwas ausholen.

Das Herz unseres Messgerätes ist die Kathodenstrahlröhre – auch Braunsche Röhre genannt. Auch diese Röhre hat eine Heizung, eine Kathode und Anode sowie mehrere Gitter. Die nachfolgende Abb. zeigt in etwa das Innere.


.jpg   Bild 46.jpg (Größe: 73,54 KB / Downloads: 41)

Man erkennt einen Elektronenstrahl der, von der Kathode kommend, vorne auf den Bildschirm trifft. Beim Auftreffen erzeugt er einen hellen Punkt. Ein so genannter Sägezahngenerator im Oszilloskop sorgt dafür, dass dieser Elektronenstrahl immer wieder von links nach rechts wandert. Dieses kann man sehr schön testen.

Bitte kein Eingangssignal anlegen und Oszilloskop einschalten. Der Schalter der Zeitbasis (TIME) wird jetzt auf die größtmögliche Zeit (z.B. 0,1 s) eingestellt (vermutlich ganz nach links drehen). Jetzt erkennt man, dass der Elektronenstrahl von links nach rechts läuft …. und zwar immer wieder. Verkürzt man die Zeit (Schalter weiter rechts herum drehen), wird der Strahl immer schneller. Man kann die Zeit so kurz einstellen, dass für das menschliche Auge aufgrund der Trägheit eine gerade Linie entsteht.

Es ist in der Tat so, dass das Oszilloskop ein Schirmbild immer wieder neu schreibt. Wird eine Wechselspannung geschrieben, so muss natürlich sichergestellt sein, dass z.B. die Amplitude (der Maximalwert) immer an exakt der gleichen Stelle des Bildschirmes dargestellt wird …. sonst empfinden wir kein feststehendes Bild.

Im Zusammenhang mit der Triggerung gibt es jetzt jede Menge Feinheiten und Tricks. Man kann z.B. durch ein externes Triggersignal die Ablenkung steuern u.s.w.

Alles das ist für den Rundfunktechniker kaum von Bedeutung und erfordert sehr umfangreiche Erläuterungen mit vielen Zeichnungen. Wer sich näher dafür interessiert, findet im Internet sehr viel Material hierüber. Natürlich sind auch hier gezielte Fragen erlaubt.

Der Aufbau der Kathodenstrahlröhre entspricht im wesentlichen dem Aufbau der TV-Bildröhre. Das TV-Gerät bezeichne ich deshalb auch oft als Kultur-Oszilloskop. Die Ablenkung des Elektronenstrahls in der Bildröhre geschieht durch Magnetfelder von Spulen (Ablenkeinheit): bei der Oszi-Röhre macht man das mit Kondensatoren bzw. Ablenkplatten.

Die relativ langsame Zeitablenkung bei Spannungsmessungen kennt vielleicht der ein oder andere aus dem Bereich der Medizin. Ein EKG-Gerät ist nichts anderes, als ein Oszilloskop. Die gemessenen Spannungen liegen (hoffentlich) bei einigen hundert Mikrovolt und die Zeitablenkung liegt im Sekundenbereich.
Falls ihr kein eigenes Oszilloskop habt, bittet euren Hausarzt doch mal um das Ausleihen übers Wochenende …. Krankenkasse zahlt!


So, liebe Freunde,

mit dem Beitrag zur Triggerung möchte ich die Reihe zunächst beenden ... vorbehaltlich spezieller Wünsche eurerseits.

Es ist klar, dass man zur Thematik ein ganzes Buch schreiben könnte ... ist ja auch mehrfach geschehen. Hier habe ich versucht dem Einsteiger eine Brücke zum Gerät zu bauen ... nicht mehr, aber auch nicht weniger.

Ihr habt sicher gemerkt, dass bei den Messungen oft theoretisches Hintergrundwissen vonnöten ist. Bei komplizierteren Messungen ist noch wesentlich mehr Fachkenntnis gefragt. Zur Reparatur unserer Oldies ist dies alles nicht unbedingt erforderlich.

Vielleicht habe ich jedoch etwas vergessen oder ihr habt noch weitere Fragestellungen. Scheut euch nicht diese zu äußern. Ich werde versuchen im Rahmen der Möglichkeiten euren Wünschen nachzukommen.

Einzelne Beiträge habe ich jetzt im Nachhinein leicht geändert, ergänzt und Fehler korrigiert. Trotz mehrfachen Lesens schleichen sich immer wieder Unzulänglichkeiten ein. Sorry!

Messung der Impulsanstiegszeit

Die Messung der Impulsanstiegszeit bzw. Abfallzeit spielt in der nostalgischen Rundfunktechnik kaum eine Rolle. Bei „moderneren“ Geräten mit jede Menge Digitaltechnik kann das u. U. schon wichtig werden.

Denken wir uns zunächst z.B. eine rechteckförmige Spannung:


.jpg   Bild 47.jpg (Größe: 10,29 KB / Downloads: 41)

Der rot umrandete Teil wird nun in Richtung der Zeitachse – also nach rechts – stark gedehnt (auseinander gezogen). Man erkennt dann, dass der Elektronenstrahl in Wirklichkeit nicht senkrecht nach oben angestiegen ist, sondern dafür eine gewisse Zeit benötigte.


.jpg   Bild 48.jpg (Größe: 9,74 KB / Downloads: 41)

Man definiert hier die so genannte Anstiegszeit tr (rise time). Da die Übergänge an den Grenzen der eingerahmten Zeit nicht immer so eindeutig zu sehen sind wie in unserem Beispiel hat man sich darauf geeinigt, diese Anstiegszeit zwischen 10 und 90% der Amplitude zu messen. Das sieht dann so aus:


.jpg   Bild 49.jpg (Größe: 26,43 KB / Downloads: 41)

Die gemessenen Zeiten sind naturgemäß sehr klein und nicht immer mit jedem Oszilloskop messbar.

Bei der praktischen Messung wird mit dem Drehschalter für die Amplitude und dem dazugehörigen Feinregler die Amplitude der zu messenden Spannung genau zwischen die 0 und 100% Linie des Bildschirmrasters gelegt. Hierzu muss man in der Regel auch den Regler für die vertikale (Y-) Position benutzen. Das könnte dann so aussehen:


.jpg   Bild 50.jpg (Größe: 60,3 KB / Downloads: 41)

Wenn man dann den TIME-Drehschalter entsprechend betätigt, wird die Zeitachse entsprechend gedehnt und man kann die Zeit tr zwischen der 10%- und der 90%-Linie ablesen.
Nachfolgend noch ein Beispiel. „Ein Bild sagt mehr als tausend Worte“ sagten schon die alten Chinesen.


.jpg   Bild 51.jpg (Größe: 67,14 KB / Downloads: 42)

Bei dem vorstehenden Bild war der Zeitablenkschalter auf 10µs/cm eingestellt. Damit ergibt sich für die Impulsanstiegszeit ca. 32 µs …. das ist ziemlich langsam und fast unrealistisch. Das Beispiel habe ich aber gewählt damit sich vernünftige Werte als Beispiel ablesen lassen.


Komponententester

Manche Oszilloskope haben einen so genannten Komponetentester eingebaut oder es gibt sie als Zusatzgerät. Mit diesen Testern kann man Widerstände, Kondensatoren, Dioden und Transistoren testen. Ich persönlich ziehe andere Testverfahren vor, aber da der Wunsch bestand dies hier zu behandeln, mache ich das gerne. Positiv daran ist, dass man sich selbst sehr einfach einen Komponententester selbst bauen kann. Dies wird natürlich nur eine ganz einfache Ausführung.

Und so sieht sie z.B. aus:


.jpg   Bild 52.jpg (Größe: 25,4 KB / Downloads: 41)

Der Trafo ist ein Heiztrafo … hier würden auch andere Spannungswerte gehen. Als Widerstand habe ich 5,6 k eingesetzt … auch hier sind andere Werte möglich. Statt des Trafos kann man auch eine andere wechselspannungsquelle, z.B. ein NF-Generator mit höherer Frequenz, nehmen.

An die beiden Buchsen wird das zu untersuchende Bauteil (R C oder Diode) angeschlossen. Die drei roten Leitungen gehen zum Oszi. Dazu gleich mehr.

Eine Betriebsart des Oszilloskops kam noch nicht zur Sprache: x-y-Betrieb.
Wie in einem früheren Beitrag schon beschrieben, ist im Oszi ein Sägezahngenerator. Seine Frequenz ist durch den Schalter TIME einstellbar. Dieser Generator sorgt dafür, dass der Elektronenstrahl in der Röhre ständig von links nach rechts abgelenkt wird. Geschieht dies schnell genug, entsteht für das menschliche Auge ein Strich.

Was passiert eigentlich, wenn man diesen Generator ausschaltet? Richtig! Die Ablenkung in der horizontalen findet nicht mehr statt. Probiert es aus: TIME so einstellen, dass ein waagerechter Strich zu sehen ist und dann die Taste x-y (kann je nach Fabrikat auch anders beschriftet sein: horizontal extern, x ) drücken. Der Strich verschwindet und es bleibt ein Punkt auf dem Schirm. Diesen Zustand sollte man nicht zu lange beibehalten – macht ja auch keinen Sinn. Also bitte wieder Sägezahn einschalten.

Wenn der Sägezahngenerator ausgeschaltet ist, kann man dem Oszi von außen eine Ablenkspannung zuführen und der Strahl wird wieder abgelenkt. Diese Spannungszuführung erfolgt beim Zweikanaloszi meist über eine der beiden Eingangsbuchsen, die dann umgeschaltet wird. An dieser Buchse steht dann meist ein x oder horiz. Extern. Legt dort doch mal eine Wechselspannung an und schaltet wieder x-y ein. Der Strich müsste wieder da sein. Die Strichbreite lässt sich jetzt mit dem AMP-Schalter einstellen.

Unser Komponententester wird entsprechend dem obigen Schaltbild an das Scope angeschlossen. Im x-y-Betrieb ergeben sich jetzt verschiedene Schirmbilder für die verschiedenen Bauelemente.

Eine Diode ergibt z.B. sowas:


.jpg   Bild 53.jpg (Größe: 70,6 KB / Downloads: 41)

Ein Kondensator ergibt eine Ellipse bzw. irgendetwas kreisförmiges:


.jpg   Bild 54.jpg (Größe: 74,11 KB / Downloads: 42)

Ein Widerstand wird als Gerade dargestellt:


.jpg   Bild 55.jpg (Größe: 65,31 KB / Downloads: 42)

In allen Fällen muss man mit beiden AMP-Schaltern „spielen“ um ein vernünftiges Bild zu bekommen. Je nach Bauteilewert weichen die Bilder auch etwas von diesen Beispielen ab.



ZF-Durchlasskurve aufnehmen

Das Aufnehmen der ZF-Durchlasskurve ist grundsätzlich mit einfachen Mitteln möglich …. mit einem Wobbler geht es allerdings einfacher als die hier vorgestellte Methode. Leider gibt es auch viele Möglichkeiten Fehler zu machen, aber dazu später mehr.

Gehen wir von einem Beispiel aus. Die AM-ZF-Durchlasskurve des GRUNDIG Musikgerätes 87 soll aufgenommen werden. Die ZF ist mit 468 kHz angegeben; dass sollte unser Oszilloskop in jedem Fall darstellen können.

Das Prinzip ist klar: Auf den Eingang des ZF-Verstärkers wird über 10nF das Messsendersignal gegeben. Am Ausgang des ZF-Verstärkers wird die Spannung gemessen. Die Frequenz des Messsenders wird um +/-5kHz der ZF in kleinen Schritten verändert und bei jeder Frequenz die Spannung gemessen.

Das Messsendersignal gibt man z.B. über einen 10nF-Kondensator auf das Gitter 1 der ersten ZF-Röhre. Der Messsender sollte modulierbar sein; in meinem Fall habe ich 1 kHz als Modulationsfrequenz benutzt.

Vor dem Lautstärkepoti schließt man das Oszilloskop an:


.jpg   Bild 56.jpg (Größe: 23,61 KB / Downloads: 41)

Das demodulierte Signal lässt sich auch an anderen Stellen messen, aber das Lautstärkepoti ist am leichtesten zu finden.
Es müsste bei eingeschaltetem Gerät und Messsender eine sinusförmige Wechselspannung dargestellt werden deren Frequenz der Modulationsfrequenz entspricht; in meinem Fall also 1 kHz.
Evt. muss man die Messsenderfrequenz etwas verändern bis man ein vernünftiges Bild auf dem Scope erhält.

Die Messsenderfrequenz wird jetzt in kleinen Schritten (500 Hz oder 1 kHz) rund um die erwartete ZF verändert und jeweils die Spannung notiert. In meinem Fall (ZF = 468 kHz) habe ich zwischen 462 kHz und 474 kHz in 1 kHz-Schritten gemessen.

Die Messwerte werden dann grafisch aufgetragen:


.jpg   Bild 57.jpg (Größe: 52,49 KB / Downloads: 42)

Unten ist die Frequenzachse und die senkrechte Achse ist in Spannungen von 0 bis 100 mV eingeteilt.
Um einfacher und damit schneller am Oszi ablesen zu können, habe ich immer die Spitze-Spitze-Werte gemessen. Je nach Gerät kann hier auch ein anderer Spannungsbereich auftreten.

Wichtig beim Aufnehmen dieser Spannungswerte ist, dass die Frequenz sicher stimmt (evt. Zähler mit anschließen) und das die Eingangsspannung des ZF-Teils bzw. Ausgangsspannung des Messsenders über diesen kleinen Frequenzbereich konstant bleibt. Man könnte mit einem Zweikanal-Oszi diese Messsenderspannung auf einem Kanal überwachen und mit dem zweiten Kanal die Spannung am Poti messen.

Den Lautsprecher kann man – wie bei der Leistungsmessung – durch einen Widerstand ersetzen …. das 1-kHz-Gepiepe ist nämlich nervtötend.

Wenn man die Durchlasskurve des ZF-Teils jetzt entsprechend dem obigen Muster gezeichnet hat, lässt sich die Bandbreite bestimmen. Dazu wird zunächst die maximal auftretende Spannung (bei mir 97 mV) abgelesen und davon 70% (=3 dB) errechnet. 70% von 97 mV sind 67,9 mV. Diesen Spannungswert sucht man sich auf der Spannungsachse unserer Grafik und zieht mit dem Lineal einen waagerechten Strich (rot). Es ergeben sich jetzt zwei Schnittpunkte mit der Bandbreitenkurve. Von jedem Schnittpunkt zieht man jetzt eine senkrechte nach unten und landet bei zwei verschiedenen Frequenzen. Dies waren bei mir 471,6 kHz und 464 kHz. Die Bandbreite ergibt sich nun als Differenz: 471,6 kHz – 464 kHz = 7,6 kHz. Das ist ok! Die Form der Durchlasskurve ist im Idealfall symmetrisch zur ZF; das ist bei meinem GRUNDIG offenbar nicht der Fall oder ich habe mich vermessen.

Die folgende Seite stammt aus Unterlagen der GRUNDIG-Werkschule und beschreibt das punktweise Aufnehmen der ZF-Kurve … also genau das, was ich hier beschrieben habe. Dort sieht man dann auch die Idealform dieser Kurve; bezogen auf eine ZF von 460 kHz.

   
Grüße aus dem Odenwald,

Werner



Lesen gefährdet die Dummheit!
Zitieren


Gehe zu: