oscilloskop

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Kompakt digitalt oscilloskop fra 1997 med flydende krystaldisplay
Analogt oscilloskop fra 1970'erne med rørdisplay
Et oscillogram af et sinusbølgesignal på et analogt oscilloskop. Periodevarigheden og peak-dalværdien af signalet kan bestemmes ud fra signalkurven ved hjælp af netopdelingen og enhedsindstillingerne vist ovenfor. Moderne digitale enheder beregner automatisk signalparametrene.

Et oscilloskop ( lat. Oscillare "til rock", gamle Gr. Ποπεῖν skopein "at se på") er en elektronisk måleindretning, der i sin foretrukne anvendelse gør den tidsmæssige progression af en eller flere elektriske spændinger synlig på en skærm . Oscilloskopet viser en progressionsgraf i et todimensionalt koordinatsystem , hvor den (vandrette) x-akse normalt er tidsaksen og (lodret) y-aksen er spændingsaksen. Det resulterende billede kaldes et oscillogram .

Der er analoge og digitale oscilloskoper, hvor de analoge enheder næsten fuldstændig afløses af de digitale. Ud over multimeteret er oscilloskopet et af de vigtigste måleenheder inden for elektronik og elektroteknik . Området af målbare spændinger strækker sig på den ene side fra direkte spænding til lavfrekvent spænding, som den forekommer i det elektriske forsyningsnet , spænding i lydteknik til højfrekvente signaler i radioer, fjernsyn eller computere; på den anden side, ved hjælp af standardtilbehør , rækker området fra et par millivolt til et par hundrede volt ( spidsværdi ).

Nogle gange bruges udtrykket oscilloskop stadig, hvilket var korrekt i en tidlig udviklingsfase for en enhed, der kunne skrive på papir. Sjusket udtryk er Scope , Oscar eller Oszi .

Måling

Generelt kan hver proces, der kan kortlægges som en tidskurve for en elektrisk spænding, repræsenteres med oscilloskopet med en kontinuerlig eller diskontinuerlig kurve. Det har også et rektangulært displayområde. Periodiske forløb betragtes fortrinsvis, idet de karakteristiske detaljer om hvilken "deres form" skal registreres. X-afbøjningen bruges til at vise tid.

Indgangsspændingerne er normalt forbundet direkte via BNC -stik på forsiden eller ved hjælp af en sonde . I laboratorieudstyr er stikkontakterne forbundet til jorden (hus, beskyttende kontakt) på den ene side via en beskyttende leder . Hver spænding, der skal måles, skal derfor jordes på samme måde på den ene side eller være potentialfri . Der er fortrinsvis 2 eller 4 indgangskanaler til at påvirke y-afbøjningen af ​​2 eller 4 indgangsspændinger.

De fleste oscilloskoper kan bruge et input til x-afbøjningen, hvilket betyder, at ikke kun tidsafhængige funktioner kan repræsenteres (ty repræsentation), men også xy-repræsentationer (såsom Lissajous-figurer eller egenskaber ). Af og til er der et z-input, der kan bruges til at påvirke kurvens intensitet.

Mange fysiske størrelser kan repræsenteres af spændingssignaler via måletransducere . Oscilloskopet kan derefter bruges til at måle detaljer såsom peak-dalværdi , konstant komponent eller periodevarighed , tidsinterval , faseskift .

Afhængigt af udstyret er det muligt at danne summer eller forskelle mellem to kanaler eller vise andre end tidsmæssige relationer, for eksempel i form af

Struktur og indstillingsmuligheder

Blokdiagram over et oscilloskop

Blokdiagrammet viser et overblik over strukturen af ​​et oscilloskop.

Indstillingsmulighederne er forskellige, afhængigt af mærket: De muligheder, der er nævnt her, er repræsentative og på ingen måde komplette eller er på ingen måde tilgængelige på hver enhed.

Lodret samling

Typisk opbygning af en indgangstrin

Væsentlige komponenter til dette er for hver kanal

  • en forstærker af høj kvalitet fra direkte spænding til vekselstrøm med høj frekvens (typisk 100 ... 500 MHz)
  • en omskifter for spændingen måleområde
  • en regulator til nullinjens højde (y -position)
  • en inputvælgerkontakt med muligheder for optagelse
  • vekselstrømskomponenten i den påførte spænding (position AC)
  • af den samlede spænding inklusive DC -komponenten (position DC)
  • nullinjen (position GND).

Ligesom enhver måleenhed bør et oscilloskop påvirke kredsløbet, der skal undersøges så lidt som muligt og forfalde det påførte signal så lidt som muligt. Det betyder, at inputimpedansen skal være så høj som muligt, mens der samtidig skal være så få refleksioner som muligt på mållinjen. Disse krav kan ikke kombineres med hinanden.

  • Et universelt oscilloskop har normalt en inputmodstand på 1 MΩ og en inputkapacitans på 20 til 50 pF. Med en sonde kan modstanden øges og kapacitansen reduceres, men mest uden at bruge de laveste måleområder for små spændinger.
  • I tilfælde af specielle oscilloskoper til anekoiske højfrekvente applikationer kan inputmodstanden være 50 Ω.

Et særligt træk ved oscilloskopet: Spændingsnulpunktet er hverken fast i kanten af ​​billedet eller fastgjort på midterlinjen, men altid hvor det er individuelt placeret for optimal brug af skærmen.

Trigger samling

Til udløsning:
Tynd linje: en savtandsspænding, der konstant er til stede ved indgangen.
Tyk linje: En del af indgangsspændingen, der er synlig på skærmen i en given skala (når den udløses ved en positiv stigning).

Et påført signal måles og tegnes kontinuerligt igen og igen fra venstre kant af displayområdet til højre. For at opnå et stabilt billede med de periodiske signaler er det nødvendigt at stoppe skærmscanningen, indtil det signal, der skal vises, har nået en defineret starttilstand. Først da udløses et nyt display. Kørslerne er derfor identiske og opdaterer billedet igen og igen.

Normalt gøres dette

  • udløserniveauet (NIVEAU, trinløst justerbar spænding)
  • triggerstigningen, hvormed signalet krydser triggerniveauet
    (SLOPE, + eller -)
  • udløserfunktionen (MODE, normal eller automatisk).

Hvis den indstillede triggerbetingelse ikke opfyldes af det valgte triggersignal, forbliver tidsbasen i venteposition under normal drift; i automatisk tilstand oprettes et display, omend det er fritløbende. For eksempel kan DC -spænding ikke udløse; Freewheel -funktionen er også nyttig til at søge efter signalvejen op til den korrekte indstilling af den lodrette samling.

En mulig triggerkilde, fra hvis spændingskurve skal udløses, kommer i tvivl

  • hver af kanalerne (CH1, CH2, ...)
  • en ekstern triggerindgang (EXT)
  • forsyningsnetværket (50 Hz; LINE), da netværkssynkrone hændelser ofte skal registreres.

Afhængigt af oscilloskopets udstyr er der også specielle triggerkredsløb, der z. B. Registrer tv -signaler eller I 2 C -buscyklussen, og brug dem til at udløse.

Vandret samling

En tidsbase , som også skal opfylde høje krav, sikrer, at billedet kører vandret. Den har justeringsmuligheder for

  • tidsmåleområdet
  • den vandrette position i begyndelsen af ​​billedet.

I tilfælde af et analogt oscilloskop genererer det en spænding, der stiger strengt lineært over tid fra trigger -tiden (" savtandsspænding "), som bruges til den vandrette afbøjning.

I tilfælde af et digitalt oscilloskop scannes forløbet, og dataene fra målepunkterne gemmes i en datahukommelse, der gentagne gange overskrives i en ring. Her sikrer tidsbasen det tidsinterval, hvori måledataene opnås og skrives til hukommelsen. Disse bruges derefter til at bygge billedet fra en bestemt afstand til udløsertiden. Datalagringsenheden accepterer data i en længere periode end den periode, der vises på skærmen. Det betyder, at historikken for triggerhændelsen ("pre trigger") kan vises.

Med digitale oscilloskoper er der også en bekvem mulighed for at vise engangshændelser ("enkelt"). Fra triggerhændelsen og fremefter skrives datahukommelsen kun med et defineret antal målepunkter, men overskrives ikke længere konstant. Dette gør det muligt at registrere og vise et forbigående signal så længe som ønsket.

Praktiske oscilloskoper har to tidsbaser. Ud over hovedtidsbasen er der en anden tidsbase, der kan bruges til at generere forstørrede sektioner med hurtigere behandling. Dette starter efter en justerbar forsinkelsestid, efter at hovedtidsbasen er blevet udløst; eller det kan udløses efter den indstillede forsinkelsestid på grund af en anden triggerhændelse. På denne måde kan en hændelse løses meget mere fint, end det er muligt med hovedtidsbasen, hvis hændelsen sker en længere afstand efter triggerhændelsen. Den anden tidsbase kan udelades, hvis dataene registreres fra begyndelsen og skrives til hukommelsen meget tættere, end de kan bruges til billedkonstruktion. For en bedre løsning af begivenheden vises en del af dataene spredt ud.

Måleområder

For at kunne aflæse måleværdier indeholder skærmen et gitter. Den er fortrinsvis udstyret med 10 divisioner (“div” for kort) vandret og 8 divs lodret. Et måleområde er her - fortrinsvis forskelligt fra målingen - ikke med et nul og en fuld skala værdi , men ved en skala ("skala") eller i afbøjning.

Angivelsen bruges til en kvantitativ beskrivelse af tiden på skærmen

Typiske justerbare skalaer er 10 ns / div ... 1 s / div med tre indstillinger pr. Effekt på ti i faktorerne 1, 2 og 5.

Men 20 ps / div [1] eller 5000 s / div [2] tilbydes også.

Indstillingsmulighederne strækker sig derfor typisk over det store område på omkring otte potens på ti, og i nogle tilfælde et par flere.

Oplysningerne bruges til en kvantitativ beskrivelse af spændingen på skærmen

Typiske justerbare vægte er 2 mV / div ... 5 V / div i de samme trin som for tiden.

arter

Digitalt oscilloskop

Oscillogram optaget med et digitalt oscilloskop

oversigt

Digitalt oscilloskop til højere krav med farve TFT -display, 2012
Digitalt oscilloskop, startmodel, med TFT-farvedisplay, 2008

I dag bruges digitale oscilloskoper (DSO, engelsk: Digital Storage Oscilloscopes ) overvejende. Efter en analog teknisk forstærkning konverterer de spændingsværdierne til digitale signaler på diskrete tidspunkter for hver kanal og gemmer dataene i en datahukommelse . Disse bruges derefter til at bygge billedet, men kan også gemmes på en ekstern hukommelse eller overføres til en pc efter målingen.

Der er forskellige niveauer af udstyr samt blandede former mellem analoge og digitale oscilloskoper. Ud over de ovenfor nævnte måleindstillinger indeholder digitale oscilloskoper andre funktioner, f.eks .:

  • Forudløser til visning af historien om en begivenhed, der udløser udløseren, for eksempel når man leder efter årsagen til en spændingsstigning
  • Gennemsnit over mange billedkørsler for at undertrykke interferens med periodiske signaler
  • Beregning af stigningstid, pulsbredde, amplitude, frekvens mv.
  • Beregning af frekvensspektre / FFT , histogrammer og statistik
  • automatisk justering til et ukendt signal.

Indgangsspændingen digitaliseres med en analog-til-digital-omformer (ADC) med en opløsning på 8 til mere end 12 bit. Flashomformere bruges mest. I tilfælde af krav til høj hastighed betjenes de omformere, der er tilgængelige for 2 til 4 kanaler parallelt, som derefter arbejder tidsforskudt (indfletter) for 1 kanal. En 8-bit ADC kan løses i 256 trin; Over et måleområde på 10,24 div [3] er der en relativ opløsning på 25 trin / div, hvilket er tilstrækkeligt til visning i lodret retning.

Ud over opløsningen i y-retningen (spænding) er tidsopløsningen også en vigtig parameter: Den bestemmes på den ene side af den analoge indgangsforstærkeres båndbredde og på den anden side af den samplingshastighed, hvormed signalet samples. Da digitale oscilloskoper repræsenterer en anvendelse af tidsdiskret signalbehandling , spiller samplingshastigheden og Nyquist-Shannon-prøvetagningssætningen en central rolle. Samplingshastigheden er normalt angivet i "megasamples per second" (MS / s eller Msps) eller "gigasamples per second" (GS / s eller Gsps), dvs. antallet af prøver pr. Sekund. I begyndelsen af ​​2009 lå samplingshastighederne i DSO's lavere prissegment (800 til 2000 €) i intervallet 1 GS / s med båndbredder (-3 dB) mellem 60 og 200 MHz.

Eksempel: Hvis en punktdensitet på 50 S / periode anses for ønskelig på skærmen for en kurve, der ikke er enkel, er dette muligt ved en samplingshastighed på 1 GS / s op til en signalfrekvens på 20 MHz. Undersamplingen beskrevet nedenfor starter derefter omkring den 25. harmoniske .

En anden parameter er hukommelsesdybden, som i oscilloskopet betyder antallet af målepunkter, der kan gemmes. Det angives som et samlet antal eller pr. Kanal. Hvis det kun er et spørgsmål om visning af billedet, er en vandret punkttæthed på 50 S / div tilstrækkelig med en 10 div billedbredde, det vil sige en lagringsdybde på 500 punkter, til forudløser med triggerhændelsen til højre kanten af ​​billedet yderligere 500 punkter. Imidlertid kan isolering af årsagen til timing -anomalier i en kompleks digital datastrøm kræve millioner af prikker som hukommelsesdybden. [4]

DSO'er implementeres ofte på basis af FPGA'er , da de små mængder og oversvømmelsen af ​​data, der skal behandles og lagres, ikke altid kan opnås med en DSP . Over en samplingshastighed på ca. 1 GS / s bruger DSO'er ofte flere AD -omformere pr. Kanal parallelt (interleaved mode), som prøver signalet ud af fase. [5] Ved meget høje frekvenser er lavt uro det stærkeste kvalitetskriterium. [6]

Udviklingen mod stadig mindre enheder har gjort det muligt ikke kun at oprette meget kompakte DSO'er til brug i laboratoriet, men også at skabe robuste, bærbare "håndholdte" oscilloskoper til brug f.eks. B. om montering og vedligeholdelse. Disse flyder, nogle er potentialefri i alle inputkanaler og er ofte udstyret med multimeterfunktioner .

Delsampling

Hvis den anvendte spænding (tynd linje) scannes for sjældent, kombineres målepunkterne for at danne et forvrængende billede (tyk streg). I dette enkle tilfælde er frekvensen naturligvis forkert (for lav).

Scanningen kan ikke længere følge processen ved højere og højere frekvenser af indgangsspændingen. Hvis der er færre end 2 punkter pr. Periode, forekommer undersampling, og aliasing -effekten skaber billeder, der ikke længere har noget tilfælles med den originale gradient. Periodiske signaler kan imidlertid genmonteres korrekt ved at sampler værdier fra mange kørsler. En forudsætning er et meget hurtigt sample-and-hold-kredsløb, der kan detektere indgangssignalet på særlig kort tid. To dokumenterede periodiske prøveudtagningsteknikker er: [7]

Sekventiel prøveudtagning: Der er kun én prøveudtagning pr. Udløser. I det første løb er prøvetagningstiden en kort forsinkelsestid bag triggerpunktet. Forsinkelsestiden fordobles for det andet løb og tredobles for det tredje - indtil tidsvinduet er udfyldt. Pixelerne er arrangeret i rækkefølgen af ​​scanningen, den ene under den anden med den lille forsinkelse.

Tilfældig prøveudtagning af et signal i flere cyklusser

Tilfældig (uafhængig af den udløsende) prøveudtagning (tilfældig prøveudtagning): Her tages hvert målepunkt inden for den mulige driftshastighed, og derudover måles dets tidsmæssige afstand til triggerpunktet. Pixelerne er arrangeret i rækkefølgen af ​​dette tidsinterval. Hvis optagelsestiden er lang nok, er pixelerne så tæt, at der vises en lukket kurve.

Med disse teknikker må der dog ikke være nogen lavfrekvente signalkomponenter til stede, da disse ville vise sig som en sløring i den konstruerede kurve.

Peak -registrering (fejlsøgning)

Med digitale lagringsoscilloskoper er der risiko for, at meget korte hændelser registreres forkert eller slet ikke mellem to samplingspunkter på grund af aliasing -effekten, især med langsommere tidsbaserede indstillinger. For at sikre, at spændingstoppe ( fejl ) altid opdages, har nogle enheder permanent tilgængelige (dvs. analoge) hardwaretopdetektorer, hvis positive eller negative topværdier midlertidigt gemmes, digitaliseres separat og indsættes i billedet. [8.]

Forskelle i forhold til det analoge oscilloskop

  • Displayet kan være større og farvet, hvilket gør det lettere at skelne mellem de enkelte kanaler.
  • Hyppig prøvetagning og gennemsnit over successive kørsler resulterer i bedre opløsning ned til under mV / div -området samt interferensundertrykkelse.
  • Kortsigtede hændelser kan gå tabt mellem prøverne, undtagen når der påvises stigning.
  • Med pre-trigger kan signalforløbet ses før trigger-tiden.
  • Komplicerede triggerfunktioner, f.eks. Pulsbreddeudløsere eller i forbindelse med serielle grænseflader, udløser en sekvens af serielle bitmønstre.
  • Autoset og Autorange forårsager en automatisk, i mange tilfælde optimal justering af indgangssignalet. Nyere analoge oscilloskoper har imidlertid også denne funktion.
  • Rulning og forstørrelse over flere gemte grafer udvider visningsmulighederne.
  • Selv langsomme processer, f.eks. B. en temperaturprofil over et døgn kan registreres.
  • I stedet for en endimensionel liste kan oscilloskopets hukommelse også indeholde en multidimensionel række af de tidligere prøveudtagningsintervaller for at simulere en fosforskærm. De foregående perioder er vist i forskellige farver og kan derfor skelnes (f.eks. Diagrammer med farvede øjne ).
  • Automatisering og fjernbetjening er mulig via standardiserede grænseflader som f.eks B. seriel grænseflade , USB -port eller GPIB .
  • Data- eller billedfiler kan gemmes og integreres i andre applikationer. Dette kan gøres via grænseflader til tilslutning af standard USB -masselagringsenheder .
  • Numeriske beregninger såsom rms -værdi eller frekvens for den viste signalkurve kan udføres og vises i billedet.
  • Markørfunktioner gør det muligt at måle vandrette og lodrette afstande i displayet. Analoge oscilloskoper af det nyere design har også disse funktioner.
  • Afledte kanaler er mulige; Udtrykket "matematisk kanal" bruges også. For eksempel kan spektret af et signal dannes og vises i realtid ved hjælp af Fourier -transformation .
  • Visse enhedsindstillinger (opsætninger) kan gemmes og kaldes op igen senere. Nyere analoge oscilloskoper har imidlertid også denne funktion.
  • Overfladen af ​​funktioner kræver håndtering ved at indstille et stort antal betjeningselementer. I tilfælde af digitale oscilloskoper er disse kun delvist tilgængelige på forsiden, nogle gange som softkeys , ellers ved at åbne menuer.
  • Forkerte gengivelser på grund af aliasing -effekten genkendes ikke umiddelbart. Oscilloskoper af høj kvalitet bruger urskiftning til at undertrykke aliasingsfrekvenser, så brugeren umiddelbart kan se på displayet, at aliasing forekommer.

Analogt oscilloskop

Analogt oscilloskop

oversigt

Funktionsdiagram over et elektronstråleoscilloskop
Digitalisering plug-in 7D20 med GPIB- bus til analoge oscilloskoper af 7000-serien fra Tektronix fra 1980'erne. Det muliggjorde mange målefunktioner som med senere digitale oscilloskoper i en konventionel analog enhed, f.eks. Digital signalprøvetagning med op til 40 MSamples / s.
Katodestrålerør af en analog enhed, skærmen er til venstre. Fordi en relativt lang længde giver tekniske fordele, havde analoge enheder ofte en dybde, der var betydeligt større end bredden og højden på fronten.

Med analoge oscilloskoper "projiceres" spændingen, der skal måles, via en omskiftelig forstærker på skærmen på et katodestrålerør ved hjælp af en elektronstråle. Mere præcist afbøjes elektronstrålen fokuseret på et punkt i y-retningen af ​​indgangsspændingen. I tilfælde af tidsafhængig repræsentation skal der samtidig genereres en vippende svingning for x-afbøjningen, der udløst af udløsningen stiger jævnt med en omskiftelig stejlhed og derefter hurtigt falder igen. Stigningstiden for denne savtandformede vippende svingning giver varigheden af ​​det viste signalsegment. Det kan normalt sættes i et meget bredt område. Som følge heraf bevæger elektronstrålen sig fra venstre mod højre (i løbet af denne tid oprettes billedet, som forsvinder igen efter en kort efterglødningsperiode) og vender derefter straks tilbage til startpunktet. Strålen scannes mørkt, så lyspunktets tilbagevenden ikke kan ses.

I modsætning til andre skærme udføres afbøjningen af ​​elektronstrålen i analoge oscilloskoper praktisk talt altid kapacitivt ved hjælp af elektriske felter . Denne form for afbøjning er meget lettere at kontrollere over store frekvensområder; fordelene opvejer langt ulemperne (lette pletdeformationer med stigende nedbøjning, stor installationsdybde på det tilhørende billedrør) i det påtænkte anvendelsesområde.

Af tekniske årsager, praktiske ulemper (såsom størrelsen på katodestrålerøret) og økonomiske overvejelser (f.eks. De lave omkostninger ved DSO), er analoge oscilloskoper kun af sekundær betydning i praktisk laboratoriebrug i dag.

Betjening med flere kanaler

Det er normalt nødvendigt at vise to eller flere signaler på skærmen på samme tid for at kunne genkende relationer. Der er forskellige metoder til at gøre dette.

  • To-stråle oscilloskop: Her er der to elektronkanoner, fokuserings- og y-afbøjningssystemer i røret, men et fælles x-afbøjningssystem. På denne måde kan kurver vises uafhængigt på samme tid. Sådanne anordninger er imidlertid ikke blevet fremstillet i årtier. To-strålerør kan også kombineres med følgende teknikker for at kunne vise mere end to signaler.
  • Multikanal oscilloskop i helikoptertilstand: Du kan hurtigt skifte mellem indgangene, og sektionerne af gradienterne vises på skærmen for bedre optisk adskillelse i forskellige højder. Displayet består af en stiplet (hakket) linje for hver kanal, men ved en høj koblingsfrekvens (i forhold til afbøjningsfrekvensen) bevæger segmenterne sig så tæt sammen, at øjet kan se en lukket kurve. Når et signal udløses, kører de andre på samme tid. Denne driftstilstand bruges for det meste med lave afbøjningsfrekvenser, for eksempel ved visning af langsomme signalkurver under 100 Hz.
  • Multi -channel oscilloskop i vekslende drift: Signalen fra en kanal vises én gang over hele bredden på skærmen, derefter skiftes den til den næste kanal, og dens kurve vises helt i en anden højde - i kontinuerlig ændring. Hvis signalfrekvensen er høj nok, kan øjet se kurverne på samme tid uden at flimre, hvorfor denne driftstilstand normalt vælges ved visning af hurtige signalkurver. Visningen af ​​hver kurve udløses normalt af det samme signal. Som følge heraf forbliver det tidsmæssige forhold mellem signalerne genkendeligt, forudsat at der er tale om periodiske processer. Nogle typer oscilloskoper kan også indstilles, så hvert indgangssignal udløser sin egen cyklus. I denne driftstilstand går det tidsmæssige forhold mellem signalerne i displayet imidlertid tabt.

Et flerkanals oscilloskop kræver mere indsats, da der kræves en separat lodret samling for hver kanal.

CCD oscilloskop

Oscilloskopet har et lille katodestrålerør, hvis elektronstråle genererer oscillogrammet på en CCD -sensor placeret i røret. Fordi røret er meget lille, kan det fungere i GHz -området. Oscilloskopet har ingen prøveudtagning. En LCD -skærm viser billedet. En enkelt prøve kan fanges ved at slukke for elektronstrålen. Prisen for en moderne enhed er omkring $ 20.000.

Blandet signaloscilloskop

Blandede signaloscilloskoper er digitale oscilloskoper, der ikke kun har et eller flere analoge indgange, men også yderligere digitale indgange: De digitale kanaler kan normalt sættes til en bestemt logisk familie ( TTL , CMOS osv.) Og derefter kun skelne mellem tilstande HØJ, LAV og udefineret.

DSO som computertilbehør

Digitale lagringsoscilloskoper tilbydes også som computertilbehør. De er derefter enten et plug-in-kort eller en separat enhed koblet via en grænseflade. Du kan også kun bestå af software og bruge et signal fra et ADC -kort eller (med begrænsede nøjagtighedskrav i området mellem 10 Hz og 10 kHz) lydindgangen . Ingen af ​​disse løsninger opnår imidlertid parametrene for autonome DSO'er, men er normalt meget billigere. De kan også vises grafisk på en pc og kan derfor være særligt nyttige til undervisningsformål.

Bølgeform -skærm

Bølgeformmonitoren (WFM) er et specielt oscilloskop, der bruges i professionel videoteknologi til at måle analoge videosignaler.

Historisk udvikling

Skildring af hospitalsbetjenten
Tidligt oscillogram på film
Kamera vedhæftet fil til optagelse med et analogt oscilloskop
Philips oscilloskop med rørforstærkerteknologi , 1955
Heathkits OL-1-oscilloskop, 1954. Det blev solgt for 29,50 dollar (ca. 280 dollar baseret på nutidens købekraft ) som et sæt. [9]

De første automatiserede enheder i begyndelsen af ​​det 20. århundrede til at registrere en signalkurve over tid brugte galvanometre til at flytte en kuglepen over en roterende papirrulle, som det f.eks. Er tilfældet med hospitalist -ekspedienten . [10] I en udvidet form, men med stort set identiske funktioner, er sådanne enheder stadig almindelige i begyndelsen af ​​det 21. århundrede i form af måleoptagere , selvom de i stigende grad erstattes af dataloggere . Begrænsningen skyldes den mekaniske bevægelse i den snævre båndbredde , som kun tillader registrering af lavfrekvente signalkurver.

Forbedringer erstattede galvanometerets mekaniske markør med et spejlgalvanometer, og signalkurven blev optisk optisk på en lysfølsom film. Håndteringen, herunder den nødvendige filmudvikling, var imidlertid tidskrævende. En klar forbedring skyldes brugen af katodestrålerør . Erste Kathodenstrahlröhren wurden zwar schon Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt, der Einsatz in Form eines Messgerätes zur Signalaufnahme mit zwei Elektronenstrahlen geht auf eine Entwicklung aus den 1930er Jahren der britischen Firma ACCossor zurück, welche später von der Firma Raytheon gekauft wurde. Einsatz fanden diese meist noch unkalibrierten Geräte im Zweiten Weltkrieg als Bildschirm der ersten Radargeräte .

Eine weitere Verbesserung des Oszilloskops, neben einer kalibrierten Zeitbasis, wurde durch die Möglichkeit zur Triggerung bei periodischen Signalverläufen geschaffen. Damit war die zeitlich exakte Ausrichtung bei der Darstellung von wiederholenden Signalverläufen möglich und es war der grundlegende Funktionsumfang eines analogen Oszilloskops geschaffen. Die Entwicklung der Triggerung erfolgte noch während des Zweiten Weltkriegs in Deutschland und fand erstmals 1946 in dem kommerziell eingesetzten Oszilloskop Modell 511 der amerikanischen Firma Tektronix Anwendung. [11]

Zur Anzeige einmaliger, nicht periodischer Vorgänge wurden analoge Oszilloskope mit Kathodenstrahlröhren mit extrem langer Nachleuchtzeit, einer so genannten speichernden Anzeigeröhre verwendet. Die hohe Nachleuchtzeit wurde durch spezielle Beschichtungen der Leuchtschicht in der Kathodenstrahlröhre erreicht. Die Speicherröhren besaßen eine zeitlich limitierte Speicherzeit im Bereich einiger Sekunden bis unter einer Minute und hatten eine vergleichsweise geringe räumliche Auflösung und eine limitierte Betriebszeit. Sie waren lange Zeit die einzige Möglichkeit, Einzelereignisse mit Zeiten unterhalb etwa 1 ms darzustellen. Ab Zeiten von etwa 1 ms aufwärts konnten alternativ auch ereignisausgelöste fotografische Aufnahmen des Abbildes der Kathodenstrahlröhre angefertigt werden.

Eine weitere Entwicklung war die nicht selbstleuchtende Blauschriftröhre, auch Skiatron genannt. Sie benötigt eine externe Lichtquelle. Der Elektronenstrahl trifft hierbei auf eine von außen sichtbare Schicht aus aufgedampften Alkalihalogeniden, meist Kaliumchlorid . Die negative Ladung des Strahles ruft eine Verfärbung der getroffenen Stellen hervor, die je nach Typ blau bis blauviolett erscheint. Diese Spur ist sehr dauerhaft, hält einige Minuten bis zu einigen Tagen und kann durch Erwärmen wieder gelöscht werden.

Durch die zusätzlichen Möglichkeiten der digitalen Signalverarbeitung und Speicher wurden ab den 1980er Jahren analoge Oszilloskope zunehmend durch digitale Speicheroszilloskope (DSO) ersetzt. Voraussetzung dafür war die Verfügbarkeit von Analog-Digital-Umsetzern mit hoher Bandbreite. Die ersten digitalen Speicheroszilloskope wurden von Walter LeCroy , dem Gründer der New Yorker Firma LeCroy , auf den Markt gebracht, der sich zuvor am CERN mit der Entwicklung schneller Analog-Digital-Umsetzer zur Messsignalaufnahme beschäftigt hatte.

Literatur

Joachim Müller: Digitale Oszilloskope – Der Weg zum professionellen Messen . Beam-Verlag, Marburg 2017, ISBN 978-3-88976-168-2 .

Weblinks

Wiktionary: Oszilloskop – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Commons : Oscilloscopes – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. Datenblatt, Seite 12
  2. Datenblatt, Seite 7
  3. Datenblatt, Seite 2
  4. Das XYZ der Analog- und Digitaloszilloskope. 2004, Seite 40 bzw. 42
  5. Projekt Welec W2000a bei Sourceforge
  6. Evaluating Oscilloscope Sample Rates vs. Sampling Fidelity: How to Make the Most Accurate Digital Measurements ( Memento vom 3. Dezember 2008 im Internet Archive ), (PDF; 1,3 MB)
  7. Das XYZ der Analog- und Digitaloszilloskope. 2004, Seite 26 bzw. 28 .
  8. Herbert Bernstein: NF- und HF-Messtechnik: Messen mit Oszilloskopen, Netzwerkanalysatoren und Spektrumanalysator. Springer Vieweg, 2015, S. 129.
  9. Bob Eckweiler: Heathkit of the Month #41 - OL-1 Three Inch Oscilloscope, Orange County Amateur Radio Club, 2012
  10. Hawkins Electrical Guide, Theo. Audel und Co., 2. Auflage 1917, Band 6., Kapitel 63: Wave Form Measurement , Seite 1851, Abbildung 2598.
  11. Frank Spitzer und Barry Howarth: Principles of modern Instrumentation , Rinehart and Winston, New York, 1972, ISBN 0-03-080208-3 , Seite 122.