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Blackbox Oszilloskop
Ein Lernzirkel zur Erarbeitung
der wichtigsten Funktionen am Oszilloskop
Station 1: P614 Erste Schritte S. 3 Station 2: P615 Der Trigger S. 10 Station 3: P620 Das Kanalmenü S. 19 Station 4: P620 X-Y-Betrieb S. 27 Station 5: P621 Speichern und Abrufen S. 32 Allgemeines:
WICHTIG: Die kommenden Erklärungen in der Stationsarbeit beziehen sich auf die
Rigol-Oszilloskop-Modelle DS1022C und DS1052E. Bei der Verwendung anderer
Modelle kann es zu kleinen Abweichungen bei den Bedienelementen kommen.
Abbildung der Frontabdeckung des Oszilloskops:
Einstellen des Vertikalsystems (CH1, CH2, MATH, REF, OFF, Vertikal POSITION- und Vertikal SCALE-Drehknopf)
Einstellen des Horizontalsystems (MENU, Horizontal POSITION- und Horizontal SCALE-Drehknopf)
Einstellen des Triggers (LEVEL, MENU, 50%, FORCE)
Einstellen/Auswählen des Erfassungsmodus (Acquire)
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Einstellen des Anzeigefensters (Display)
Speichern und Wiederaufrufen (Storage)
Einstellen des Utility Systems (Utility)
Automatische Messung (Measure)
Messung mit Cursor (Cursor)
Benutzen der Erfassungskontrolle (AUTO, RUN/STOP)
Das Anzeigefenster
Die Abbildung zeigt das Anzeigefenster bei 2 aktivierten Kanälen. Die jeweiligen
Erklärungen sind am Rand kurz angeschrieben.
Des Weiteren ist in der unteren Statusleiste die Kanalkopplungen für den CH1 und
CH2 angegeben, sowie die Werte für die horizontale Zeitbasis und die horizontale
Trigger-Verzögerung.
Die Werte der Kanalkopplung sind gegeben in VOLTAGE/DIV und die der
horizontalen Zeitbasis in TIME/DIV.
WICHTIG: DIV (division) bedeutet immer die Länge bzw. Höhe eines Kästchens!
http://www.meilhaus.org/downloadserver/rigol/DS1000_Manual_1_0D.pdf
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Station 1: Erste Schritte:
Grundlagen:
In dieser Station sollen zu Beginn die wichtigsten Einstellungsmöglichkeiten für die
Vertikal- und Horizontaleinstellung erklärt werden. Des Weiteren wird eine kurze
Einführung in die Messung mit dem Cursor gegeben und alles in der
Versuchsdurchführung angewendet.
Bedienelemente für Vertikaleinstellungen
1. POSITION-Drehknopf:
Drehen des Knopfes verschiebt das Signal in
vertikaler Richtung. Um die Einstellung wieder
rückgängig zu machen, wird der POSITION-
Knopf gedrückt und so die Einstellung auf 0
zurückgesetzt.
2. SCALE-Drehknopf:
Drehen des Knopfes streckt das Signal in
vertikaler Richtung.
Wenn Sie diesen Knopf drücken, können sie
eine Feineinstellung der VOLTAGE/DIV-Anzeige vornehmen. Erneutes
Drücken führt wieder zur groben Einstellungsmöglichkeit.
3. CH1, CH2, OFF:
Durch das Drücken der Knöpfe CH1 oder CH2, wird der jeweilige Kanal
aktiviert oder deaktiviert und wie bei den anderen Knöpfen das dazugehörige
Menü geöffnet. Durch die OFF-Taste werden das ausgewählte Menü und der
aktive Kanal geschlossen.
4. MATH-Taste:
Mit dieser Taste ist es möglich, Berechnungen anhand der Kanäle (z. B.
addieren, subtrahieren usw.) durchzuführen.
5. REF-Taste:
Mit dieser Taste können Signalverläufe als Referenzsignal gespeichert oder
abgerufen werden.
1.
2.
3. 4.
5.
3.
4
Bedienelemente für Horizontaleinstellungen
Das horizontale Einstellungsmenü ist ähnlich wie das vertikale aufgebaut. Dieses
beinhaltet folgende Bedienelemente:
1. POSITION-Drehknopf:
Drehen des Knopfes verschiebt das Signal im
Anzeigefenster in horizontaler Richtung. Der POSITION-
Knopf wird ebenfalls zur Einstellungen des Triggers benötigt
(Erklärung des Triggers in Station 2).
Das Drücken dieses Knopfes bewirkt, dass die
Horizontalposition auf 0 zurückgesetzt wird. Dies ist sehr
hilfreich, wenn später der Trigger-Punkt weit außerhalb des
Anzeigebereichs liegen sollte.
2. MENU-Taste:
Durch das Drücken dieser Taste, wird das Zeitbasismenü angezeigt. Hier können
Sie einen Teil Ihres Verlaufes vergrößert darstellen lassen, das Display auf T-Y,
X-Y oder Bilddurchlaufmodus stellen.
3. SCALE-Drehknopf:
- Wenn Sie diesen Knopf drücken,
können Sie einen Ausschnitt
Ihres Signalverlaufes vergrößert
darstellen (siehe nebenstehende
Abbildung). Gleiche Darstellung
wird über
MENUVerzögertAn
erreicht. Eine detailliertere
Auflösung ist so zu erreichen.
- Das Drehen des SCALE-
Knopfes ändert die Skalierung der Zeitachse. Die Anzeige hier ist TIME/DIV.
http://www.meilhaus.org/downloadserver/rigol/DS1000_Manual_1_0D.pdf
1.
2.
3.
5
Messung mit dem Cursor
Mit Hilfe der Cursor-Taste gelangen Sie in das
Menü. Der manuelle Modus des Cursors wird Sie
im weiteren Verlauf beschäftigen. Andere
Möglichkeiten sind „Track“- und „Auto“-
Messungen, die hier aber nicht näher betrachtet
werden sollen.
Wählen Sie für den manuellen Modus: CursorModusManuell.
Manueller Modus
In diesem Modus können Sie die X- oder Y-Cursor-Koordinaten und die zugehörigen
Intervalle messen. Um die Quelle auszuwählen, die Sie betrachten möchten, wählen
Sie CursorQuelleCH1, CH2 oder MATH (FFT).
Haben Sie als Typ beispielsweise X ausgewählt, so erscheinen zwei vertikale Linien.
Die eine wird mit CurA und die andere mit CurB angezeigt. Die Zeitwerte können
getrennt voneinander und/oder deren Differenz gegeneinander gemessen werden.
Menü Einstellung Bemerkung
Modus Manuell Der Cursor wird auf manuelle X/Y
Parametermessung eingestellt.
Typ X
Y
Hier wird der Cursor als vertikale
Linie für die Messung horizontaler
Parameter angezeigt.
Der Cursor wird als horizontale Linie
für vertikale Parameter angezeigt.
Quelle CH1
CH2
MATH
Hier wird die Messsignalquelle
ausgewählt.
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Stellen Sie den Typ auf Y, so erscheinen zwei horizontale Linien mit derselben
Bezeichnung wie oben. Hier können die Spannungswerte separat und/oder deren
Differenz gemessen werden.
Die Lage der Linien können Sie mit dem Multifunktionsknopf verändern.
Nebenbemerkung: Um ein Bild anzuhalten, drücken Sie einfach immer den Knopf
RUN/STOP
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Versuchsaufbau:
Versuchsteil 1:
Der 1. Teil des Versuches besteht aus einem Oszilloskop und einer Batterie.
Schaltbild:
Durchführung:
Bauen Sie den 1. Versuchsteil wie im obigen Schaltbild nach und schalten Sie
das Oszilloskop ein.
1. Verändern Sie die Vertikalskalierung durch das Drehen des SCALE-Knopfes und
beobachten Sie die Veränderungen in der Statusleiste.
2. Drehen Sie am horizontalen SCALE-Drehknopf und beobachten Sie die Änderung
in der Statusleiste. Drehen Sie ebenfalls an den POSITION-Drehknöpfen, um sich
mit deren Wirkung vertraut zu machen. Achten Sie dabei auch immer auf die
Veränderungen im Anzeigefenster.
Auswertung:
Was zeigt das Oszilloskop Ihnen an? Beschreiben Sie kurz in eigenen Worten.
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Versuchsaufbau:
Versuchsteil 2:
Beim 2. Versuchsteil wird anstelle der Batterie ein Funktionsgenerator benötigt.
Schaltbild:
Durchführung:
Bauen Sie die obige Schaltung nach.
1. Verbinden Sie dazu den Ausgang des Funktionsgenerators (Output 50 Ω) mit dem
Eingang CH1 des Oszilloskops. Verwenden Sie hierfür das bereitgelegte BNC-
Kabel.
2. Wählen Sie nun am Funktionsgenerator die Frequenz 10 kHz aus. Stellen Sie
zudem die Ausgangssignalform auf Dreieck und die Amplitude auf Maximum ein.
3. Am Oszilloskop wählen Sie den CH1: 5 V/DIV; 50 µs/DIV. Es sollte nun ein
stehendes Bild zu sehen sein. Drücken Sie dann auf die RUN/STOP-Taste, um
den Signalverlauf auswerten zu können.
4. Bestimmen Sie mit Hilfe des manuellen Cursors jeweils die Periodendauer, die
Frequenz und die Amplitude des angezeigten Signals. Tragen Sie Ihre Werte in
die Tabelle auf der nächsten Seite ein.
5. Ändern Sie nun die Frequenz auf 60 kHz und die Ausgangssignalform des
Funktionsgenerators auf Sinus ab. Versuchen Sie nun wieder einen optimalen
Signalverlauf auf dem Anzeigefenster zu erreichen. Bestimmen Sie wieder
Periodendauer, Frequenz und Amplitude. Tragen Sie die Ihre Ergebnisse in die
Tabelle ein.
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Auswertung:
Eingangsspannung Periodendauer Frequenz Amplitude
Dreieck
Sinus
Was könnte problematisch beim Ablesen der Messwerte mit der Cursor-Funktion
werden?
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6. Stellen Sie zum Schluss alle aktivierten Tasten wieder aus und entfernen Sie -das
BNC-Kabel.
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Station 2: Der Trigger
Grundlagen:
Bis jetzt haben Sie den Trigger in Station 1 nur unbewusst genutzt. Dies soll sich hier
nun ändern. In dieser Station werden wichtige Bedeutungen und Anwendungen des
Triggers erklärt.
Trigger:
Mit Hilfe des Oszilloskops möchten Sie ein bestimmtes Spannungssignal oder auch
nur einen Teil davon darstellen, um es analysieren zu können. Um ein stehendes Bild
zu erhalten, muss das Oszilloskop Startbedingungen für das einkommende Signal
festlegen.
Das Oszilloskop nimmt für eine bestimmte Zeitspanne Daten auf und zeigt diese auf
dem Bildschirm an. Danach beginnt dieses wieder mit einer neuen Messung. Der
Trigger (von <engl.> trigger = Auslöser) definiert die Startbedingungen zum
Anzeigen eines Messsignals. Dieser Zeitpunkt ist im Allgemeinen dann gegeben,
wenn das Eingangssignal einen bestimmten Spannungswert über- oder
unterschritten hat. Dieser Spannungswert (Trigger-Level/Trigger-Schwelle) kann am
Oszilloskop festgelegt werden. Ist dieser zu hoch oder zu niedrig eingestellt, sodass
das Eingangssignal den Wert nicht erreichen kann, löst der Trigger nicht aus. Ist
dieser jedoch richtig eingestellt, löst dieser 1mal aus und stellt den Signalverlauf auf
Ihrem Bildschirm dar. Danach wartet das Oszilloskop auf das nächste Trigger-
Ereignis. Haben Sie als Eingangsspannung ein periodisches Signal anliegen, so
misst das Oszilloskop immer wieder, da es nach jedem Durchlauf wieder zu einem
Trigger-Ereignis kommt. Dadurch entsteht ein stehendes Bild. Nach jeder Messung
wird diese solange unterbrochen, bis wieder der Schwellwert erreicht ist. Erst dann
wird das Signal wieder aufgenommen. Die Bilddarstellung beginnt demnach immer
an der gleichen Stelle bzw. bei der gleichen Phasenlage des Eingangssignals.
Im Folgenden werden nun die wichtigsten Bedienelemente und Menü-Optionen für
die Trigger-Einrichtung erklärt.
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Bedienelemente Trigger
1. LEVEL-Drehknopf / 50%-Taste:
Durch das jeweilige Drücken des Knopfes oder der Taste
wird Folgendes angezeigt:
1) Wert des Trigger-Levels in der linken unteren Ecke
2) Lage des Trigger-Levels als Linie
Dies ist nur der Fall, solange nicht die AC-Kopplung
oder die Niederfrequenzsperre eingeschaltet ist
(Erklärung zur AC-Kopplung später).
- Der LEVEL-Drehknopf verändert den Trigger-Level
(horizontal).
Drücken des Knopfes bewirkt eine Rücksetzung des Levels auf 0.
- Drücken Sie die 50%-Taste, um das Trigger-Level in die Mitte des Signals zu
setzen.
2. MENU-Taste:
Diese Taste bringt Sie in das Trigger-Einstellmenü. Es gibt 7 verschiedene
Trigger-Modi. Der am häufigsten verwendete ist die Flanke, da jedes
Messsignal eine solche steigende oder fallende Flanke hat. Auf diese soll hier
genauer eingegangen werden.
In diesem Modus läuft die Trigger-Bedingung wie oben beschrieben ab. Eine
Flanken-Triggerung wird ausgelöst, wenn die Spannung am Trigger-Eingang
einen bestimmten Spannungspegel über- oder unterschritten hat.
3. FORCE-Taste
Diese Taste löst den Trigger manuell aus und startet damit die Aufzeichnung
eines Signals.
Wenn Sie auf die MENU-Taste drücken, kommen Sie in das folgende Menü:
1.
1.
2.
3.
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Flanken-Trigger
Menü Einstellungen Bemerkungen
Quelle CH1
CH2
EXT
AC-Leitung
CH1 als Trigger-Signal
CH2 als Trigger-Signal
Externes Trigger-Signal
Netzspannung als Trigger-
Signal
Anstieg steigend
fallend
steigend und
fallend
Triggerung auf steigende Flanke
Triggerung auf fallende Flanke
Triggerung auf steigende und
fallende Flanke
Zeitablenkung Automatisch
Normal
Einmalig
Signalverlauf wird auch erfasst,
wenn kein Trigger ausgelöst
wurde.
Erfasst Signalverlauf nur, wenn
Trigger ausgelöst wurde.
Wird bei einmaligen Ereignissen
verwendet. Der Trigger wird
ausgelöst und die Aufnahme
nach einem Durchlauf gestoppt.
Es wird auf keine weiteren
Trigger-Ereignisse reagiert.
Setup Siehe nachfolgende Tabelle
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Trigger-Kopplung
Menü Einstellungen Bemerkungen
Kopplung DC
AC
HF verwerfen
LF verwerfen
Keine Unterdrückung von
Signalanteilen.
Gleichspannungskomponente (DC)
wird ausgefiltert.
Hochfrequente Signalanteile werden
ausgefiltert.
Niederfrequente Signalanteile und DC
werden ausgefiltert.
Sensitivity Sensitivity
Einstellung
Einstellen der Trigger-Sensitivität von
0.1 div bis 1 div.
Sperrzeit Sperrzeit-
Einstellungen
Auswahl einer Wartezeit vor weiterer
Triggerung. Einstellbereich von 500 ns
bis 1.5 s.
Sperrzeit rücksetzen
Rücksetzen der Sperrzeit auf 500 ns.
Nebenbemerkungen
Trigger-Quelle
Hier muss bestimmt werden, welches Eingangssignal für die Auswertung Trigger-
Bedingung herangezogen werden soll. Entweder sind dies die Kanäle 1 und 2
(interne Triggerung), ein externer Kanal (externe Triggerung) oder die Netzspannung
selbst.
CH1 oder CH2 sind die am häufigsten verwendeten Trigger-Quellen. Das Oszilloskop
kann aber auch durch ein externes Signal getriggert werden, während es Daten von
CH1 und CH2 aufnimmt. Dies kann zum Beispiel ein externer Taktgeber oder ein
Signal von einem anderen Teil der Testschaltung sein.
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Abtastmodus
Dieser Modus bestimmt, wie sich das Oszilloskop während der Abwesenheit eines
Trigger-Ereignisses verhält. Dafür gibt es 3 Möglichkeiten:
- Automatisch: In diesem Modus erfasst das Oszilloskop auch dann Signale,
wenn kein Trigger-Ereignis gefunden wurde. Wird beim Warten auf ein
Trigger-Ereignis keines erreicht, so triggert sich das Oszilloskop nach einer
gewissen Zeit selbst und zeigt dies auf dem Bildschirm an.
PROBLEM: Werden ungültige Trigger erzwungen, so kann das Oszilloskop
den Signalverlauf nicht abgleichen und scheint dann über das Anzeigefenster
zu rollen.
Hinweis: Ist die Horizontaleinstellung unter 50 ms/div eingestellt, kann im
Auto-Modus kein Trigger-Signal erfasst werden.
- Normal: Hier wird nur dann eine Erfassung des Signals gestartet, wenn die
eingestellte Trigger-Bedingung erfüllt ist. Tritt kein Trigger-Ereignis auf, dann
wird solange der vorherige Signalverlauf angezeigt. Erst nach einem Trigger-
Ereignis wird wieder mit einer neuen Aufnahme begonnen.
- Einmalig: In diesem Modus wartet das Oszilloskop nach dem Drücken der
RUN/STOP-Taste auf einen Trigger-Ereignis und startet die einmalige
Aufnahme des Signalverlaufs. Ist dieser aufgenommen, werden weitere
Trigger-Ereignisse ignoriert.
Kopplung:
- AC: Diese Kopplung unterdrückt die Gleichspannungsanteile (DC) und
dämpft das eingehende Signal unter 10 Hz.
- DC: Hier werden sowohl AC- als auch DC-Spannungsanteile durchgelassen.
- LF verwerfen: Hier werden Gleichspannungsanteile unterdrückt und alle
Signale mit Frequenzen unter 8 kHz gedämpft.
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- HF verwerfen: Hier werden alle Signale mit Frequenzen über 150 kHz
gedämpft.
Vor- und Nachtrigger
Dieses Zeichen gibt die Trigger-Position auf dem Anzeigefenster an. Wie Sie auf
dem obigen Bild sehen können, ist die Anzeige für das Trigger-Level. An dem
Punkt, wo sich beide schneiden, findet das Trigger-Ereignis statt.
Alle Daten die vor der Trigger-Position liegen, werden als Vor-Trigger-Information
bezeichnet. Diese Funktion dient dazu, die Ereignisse zu analysieren, die zum
Trigger-Punkt geführt haben. Alles auf der rechten Seite des Trigger-Punktes wird als
Nach-Trigger-Information bezeichnet.
Die häufigste eingestellte Position für den Trigger ist in der Bildschirmmitte. Auf dem
Anzeigefenster können dann die 6 div Daten des Vor-Triggers und des Nach-Triggers
eingesehen werden. Mit dem Drehen des horizontalen POSITION-Knopfes können
mehr Daten mit der gewünschten Information eingesehen werden.
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Versuchsaufbau:
Versuchsteil 1:
Dieser Versuchsteil besteht aus einer Batterie, einem Taster, einem Widerstand,
einem Kondensator und dem Oszilloskop.
Schaltbild:
Versuchsdurchführung:
Bauen Sie den 1. Versuchsteil auf. Versuchen Sie durch das Betätigen des Tasters
ein gut sichtbares Signal aufzunehmen, welches den Bildschirm gut ausnutzt.
Auswertung:
Beschreiben Sie kurz die Funktion des Triggers in Ihren eigenen Worten.
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Versuchsaufbau:
Versuchsteil 2:
Es wird wieder ein Funktionsgenerator, ein BNC-Kabel und ein Oszilloskop benötigt.
Schaltbild:
Versuchsdurchführung:
1. Stellen Sie am Funktionsgenerator als Signalform Dreieck ein. Die Frequenz soll
25 kHz betragen und die maximale Amplitude eingestellt werden. Am Oszilloskop
wählen Sie als Eingangskopplung AC aus; Trigger-Modus auf Flanke; Trigger-
Quelle auf CH1; Trigger-Modus auf AUTOMATISCH; Trigger-Level auf ca. 2 div
über der Skalenmitte.
2. Stellen Sie mit den beiden SCALE-Knöpfen einen gut sichtbaren Signalverlauf mit
mehreren Perioden ein. Die Amplitude des Signals muss gut sichtbar innerhalb
des Anzeigefensters liegen.
Verringern Sie nun die Amplitude mit Hilfe des Funktionsgenerators, bis Sie etwas
Ungewöhnliches beobachten können.
Auswertung:
Was geschieht, wenn Sie die Amplitude am Funktionsgenerator im AUTO-Trigger-
Modus zu gering wählen?
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3. Stellen Sie nun den Funktionsgenerator wieder auf maximale Amplitude. Wählen
Sie den NORMAL-Trigger-Modus am Oszilloskop aus. Verschieben Sie den
Trigger-Level, um zu sehen, was dieser bewirken kann.
Auswertung:
Was ist der Unterschied zwischen den Trigger-Modi NORMAL und AUTOMATISCH?
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4. Deaktivieren Sie zum Schluss wieder alle verwendeten Tasten und entfernen Sie
das BNC-Kabel.
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Station 3: Das Kanalmenü
In dieser Station soll die Bedeutung der Kanalkopplung und weitere wichtige
Einstellungsmöglichkeiten erläutert werden. Dies ist für spätere Versuchsdurchläufe
wichtig, um Einstellungsfehler zu vermeiden.
Grundlagen:
Das verwendete Oszilloskop hat die beiden Kanäle CH1 und CH2. Das Drücken der
jeweiligen Taste öffnet das Bedienmenü. Dieses enthält:
Menü Einstellung Bemerkung
Kopplung AC
DC
Erde/GND
Die Gleichspannungskomponente
eines Eingangssignals wird
blockiert.
Gleich- und Wechselspannungs-
komponente des Eingangssignals
werden durchgelassen.
Verbindet den Eingang (nicht das
Messsignal!) mit der Erde.
BB 20M An
Aus
Die Bandbreite des Kanals wird
auf 20MHz limitiert, um hoch-
frequentes Rauschen zu redu-
zieren.
Volle Bandbreite des Kanals.
Messkopf 1X,
5X, …
1000X
Hier wird der Dämpfungsfaktor
eingestellt. Es wird eine richtige
Skalierung der Anzeige erreicht.
Digitalfilter Mit
Multifunktions-
knopf bedient.
Der Digitale Filter wird eingestellt.
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Kanalkopplung:
Normalerweise wird die Kopplungsart DC ( ) verwendet, da diese das
Messsignal unverfälscht wiedergibt. Nur wenn ein Gleichspannungsanteil (Offset) im
Eingangssignal absichtlich unterdrückt werden soll, da dieser z. B. deutlich größer als
die Amplitude des zu untersuchenden Wechselspannungsanteils ist, wird die
Kopplungsart AC ( ) gewählt (es gilt aber nicht unbedingt: wenn
Wechselspannung, dann AC einstellen). Dabei wird der Eingang in Reihe über einen
Kondensator als Filter mit dem Oszilloskop verbunden.
Die Einstellung GND wird häufig vor Beginn einer Messung verwendet, um mit Hilfe
der Einstellung „vertikale Position“ die Spannungsreferenz (Nulllinie) auf eine
geeignete Position auf dem Bildschirm einzustellen. Man sollte die Nulllinie am
besten auf den Ursprung des Koordinatensystems legen. Dies ist dann wichtig, wenn
Gleichspannung gemessen werden soll, da hier eine exakte Ausrichtung des
Nullpunktes erforderlich ist.
Volts/Div Grob
Fein
Wählt die Auflösung des SCALE-
Drehknopfes in „1-2-5“-
Schrittfolgen fest.
Die Auflösung in kleinere
Zwischenschritte einteilen.
Invertiert An
Aus
Das Signal wird invertiert
dargestellt.
Der originale Signalverlauf wird
wieder hergestellt.
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Die Erfassungskontrolle
Die Tasten AUTO und RUN/STOP sind in der Erfassungskontrolle zusammengefasst.
Die RUN/STOP-Taste hält das angezeigte Signal auf dem Bildschirm an, um es
auszuwerten und zu speichern (siehe Station 5) oder hält die Signalerfassung an.
Die AUTO-Taste stellt viele Parameter automatisch für eine verwendbare Anzeige
des Eingangssignals ein. Aber VORSICHT! Die AUTO-Funktion ändert ganz
automatisch die folgenden Einstellungen:
Aus diesem Grund wird Ihnen im Zuge dieser Stationsarbeit sehr empfohlen, die
AUTO-Taste am besten nie zu verwenden! Es treten immer wieder Probleme mit der
AUTO-Funktion auf, da wichtige Einstellungen wie die Trigger-Kopplung und die
Skalierungen unbemerkt geändert werden. Um die obigen Einstellungen wieder
rückgängig zu machen, ist meistens ein höherer Zeitaufwand notwendig!
Also: Selbst ist die Physikerin / der Physiker!
Menü Einstellungen
Anzeigeformat T-Y
Vertikalkopplung Stellt AC oder DC ein, entsprechend des
Signals.
Volt/Div Grob
Bandbreitenlimit Voll
Signalinvertierung Aus
Trigger Typ Flanke
Trigger Kopplung DC
Trigger Spannung Mitteleinstellung
Trigger Modus Auto
Vertikal V/div Einstellen für richtige Skalierung.
Horizontal s/div Einstellen für richtige Skalierung.
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Automatische Messung
Durch das Drücken dieser Taste gelangen Sie in
das Einstellungsmenü für die automatische
Messfunktion.
Unter anderem stehen folgende Messmöglichkeiten zur Auswahl:
Menü Einstellungen Bemerkungen
Quelle CH1
CH2
Auswahl der Quelle.
Spannung Auswahl, um die Spannung zu
messen.
Zeit Auswahl, um die Zeit zu messen.
Löschen Löschen aller Messresultate auf
dem Anzeigefenster.
Alles anzeigen Aus
An
Aus- und Anschalten aller
Messresultate.
Menü Bemerkungen
Vmax Messung der max. Spannung.
Vmin Messung der min. Spannung.
Vpp Messung der Spitze-Spitze-Spannung (peak to peak).
Vtop Messung der positiven, abgeflachten Spitzen.
Überschwingen Messung der Übersteuerung (in %) einer Flanke
Untersteuern Messung der Untersteuerung (in %) einer Flanke
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Die folgende Abbildung veranschaulicht kurz die wichtigsten Messgrößen der
automatischen Messung.
Aber VORSICHT! Mit dieser automatischen Messfunktion kann es bei
komplizierteren Signalverläufen zu erheblichen Fehlern kommen. Beispielsweise
können bei der Messung von Vpp auch einzelne Ausreißer mit berücksichtigt werden,
was das Ergebnis verfälschen kann.
Also gilt auch hier wieder die Devise: Selbst ist die Physikerin / der Physiker!
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Versuchsaufbau:
Dieser Versuch besteht wieder aus einem Funktionsgenerator, einem Oszilloskop
und dem BNC-Kabel.
Schaltbild:
Versuchsdurchführung:
1. Verbinden Sie den Funktionsgenerator mit dem Oszilloskop. Stellen Sie die
Frequenz auf 10 kHz und die Kurvenform auf Rechteckspannung. Am
Oszilloskop ist die Kanalkopplung auf DC zu stellen. Prüfen Sie dann als
erstes, ob die vertikale Position auf 0 steht.
Versuchen Sie ein stehendes Bild zu erhalten. Ziehen Sie nun an dem
Funktionsgenerator den Offset-Knopf heraus. Drehen Sie diesen so lange, bis
Ihr Signal oberhalb der Nulllinie liegt. Messen Sie den Gleichspannungsanteil
und skizzieren Sie das Messsignal der DC-Kopplung.
Auswertung:
Der Gleichspannungsanteil beträgt:_____________
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2. Stellen Sie die Kanalkopplung auf AC und erzeugen Sie wieder ein stehendes
Bild. Skizzieren Sie auch diesen Verlauf.
Auswertung:
AC:
10 kHz
DC:
10 kHz
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3. Stellen Sie die Frequenz nun auf 1 Hz. Skizzieren Sie auch hier wieder den
Signalverlauf.
Auswertung:
Wie lässt sich der Verlauf bei der AC-Kopplung erklären?
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Entfernen Sie zum Schluss wieder das BNC-Kabel.
AC:
1 Hz
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Station 4: X-Y-Betrieb
In dieser Station werden Sie das sogenannte X-Y-Format kennenlernen. Dieses wird
Ihnen ebenfalls im Praktikumsmodul AP-2 wieder begegnen.
Grundlagen:
T-Y Format:
Herkömmliches Anzeigeformat bei Oszilloskopen. Dieses Format zeigt die Spannung
eines Eingangssignals (auf der Vertikalachse) in Abhängigkeit von der Zeit (auf der
Horizontalachse).
X-Y Format:
Bei diesem Format wird CH2 in vertikaler Richtung und CH1 in horizontaler Richtung
angezeigt. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass eine Spannung 𝑈𝑦 als Funktion
einer zweiten Spannung 𝑈𝑥 dargestellt wird.
Durch Drücken von horizontalen MENUZeitbasisX-Y Taste, wählt man dieses
Format aus.
Typische Anwendungen in der Elektrotechnik sind die Darstellungen von:
Vektordiagrammen, Phasenmessungen, Hystereseschleifen, Frequenzvergleichs-
messungen (LISSAJOUS-Figuren) und Kennlinienfelder.
In dieser Station wird als Beispiel die relative Helligkeit einer Glühlampe als Funktion
der angelegten Betriebsspannung untersucht.
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Versuchsaufbau:
Versuchsteil 1:
Dieser Versuch besteht aus einem Funktionsgenerator, einer Glühlampe, einer
Schaltung, die ein Spannungssignal ausgibt, das der empfangenen Lichtintensität
proportional ist und einem Oszilloskop.
Versuchsdurchführung:
Bauen Sie die Schaltung auf.
Nehmen Sie eine Kennlinie für die Lampe auf. Verwenden sie dazu verschiedene
Frequenzen von 1 Hz bis ca. 100 Hz und beobachten Sie jeweils den Verlauf.
Zeichnen Sie diesen in das gegebene Millimeterpapier.
Auswertung:
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Was ist nun mit der Zeitachse passiert? Was bewirkt diese noch bzw. wovon hängt
diese nun ab?
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Frequenzvergleichsmessungen (LISSAJOUS-Figuren)
Schließt man an beide Kanäle eine Wechselspannung an, so erhält man, wenn die
Frequenzen dieser Spannungen in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander
stehen, die sogenannten LISSAJOUS-Figuren. Unterscheidet sich das Verhältnis
minimal, dann kommt es zu einer Bewegung der angezeigten Figuren auf dem
Oszilloskop. Mit den LISSAJOUS-Figuren ist es somit möglich, minimale
Frequenzunterschiede und unbekannte Frequenzen zu messen
Versuchsaufbau:
Dieser Versuchsteil besteht aus 2 Funktionsgeneratoren (aus praktischen Gründen
verwenden wir einen Funktionsgenerator, der zwei getrennt steuerbare Ausgänge
besitzt), einem Oszilloskop und 2 BNC-Kabeln.
Schaltbild:
31
Versuchsdurchführung:
Bauen Sie diesen Versuchsteil nach dem oben gezeigten Schaltbild auf.
1. Stellen Sie den Funktionsgenerator auf Sinus und auf eine Frequenz von 100 Hz.
2. Schalten Sie nun das X-Y-Format ein und versuchen Sie sich eine gute
Darstellung auf dem Bildschirm anzeigen zu lassen.
3. Variieren Sie nun die Frequenz 𝑓1 des Generators 1 in der Nähe von 100 Hz, bis
Sie eine linienförmige Darstellung erhalten.
4. Stellen Sie den Generator 1 wieder auf 100 Hz ein und ändern Sie die Frequenz 𝑓2
von Generator 2, so dass nacheinander erst eine Ellipse und dann 2, 3 bzw. 4
„Schleifen“ über- bzw. nebeneinander auf dem Anzeigefenster zu sehen sind.
Bestimmen Sie das Verhältnis 𝑓1: 𝑓2.
Auswertung:
5. Entfernen Sie die BNC-Kabel und stellen Sie wieder auf das T-Y-Format.
Schleifen Verhältnis
Ellipse
2
3
4
32
Station 5: Speichern und Abrufen
Sie haben nun die wichtigsten Funktionen des Oszilloskops kennengelernt. Nun
müssen Sie noch wissen, wie Sie mit den Daten weiter umgehen sollen.
Grundlagen
In das Menü für die Speichereinstellungen gelangen Sie durch das Drücken der
Storage-Taste. Es können Signalverläufe und Einstellungen gespeichert und wieder
abgerufen werden, sowohl intern als auch auf einem externen Speicher. Die
Signalverlaufs-, Einstellungs-, CSV-, Bitmap-Dateien und Wellenformen können
extern auf einem USB-Stick gespeichert werden. Die Speichertiefe (Zahl der Punkte
pro Kurve) können Sie dabei mit Acquire/Speichertiefe wählen.
Wenn Sie auf die Storage-Taste drücken, gelangen Sie in das folgende Menü:
Die Daten sollten immer in dem Format *.wfm (Wellenform) gespeichert werden,
da die Daten hier detailreicher sind1.
1 Nähere Infos siehe: https://ap.physik.uni-konstanz.de/index.php?option=content&view=article&id=140
Menü Einstellungen Bemerkungen
Speicherung Erstellen oder löschen einer Datei.
Intern Speichert die Datei intern.
Extern Speichern der Datei auf einem USB-
Stick.
Disk. Mana. Zeigt den Inhalt des USB-Sticks an.
33
Unter dem Punkt „Extern“ gelangen Sie zu folgendem Anzeigefenster:
Hier können Sie mit Hilfe des Multifunktionsknopfes Ihre Datei umbenennen und
abspeichern.
Hinweis: Die Umbenennung ist auf dem Oszilloskop sehr umständlich. Sie können
das wenn nötig später einfacher auf dem PC nachholen. Besser ist es, den
Dateinamen wie vorgeschlagen zu akzeptieren und im Messprotokoll zu notieren.
Daten einlesen und weiterverarbeiten auf dem Computer
Nachdem Sie Ihre Dateien auf dem USB-Stick gespeichert haben, können diese z. B.
mithilfe eines passenden Importfilters (steht auf dem AP-Server zur Verfügung) im
Programm Origin auf dem PC geöffnet werden (Menüpunkt Datei/Öffnen, dann das
Dateiformat *.wfm auswählen).
Innerhalb dieses Programms kann dann die Weiterverarbeitung und die Erzeugung
geeigneter graphischer Darstellungen erfolgen.
Hinweis: Auch wenn Sie mit einem anderen Programm arbeiten, müssen die Dateien
i.d.R. erst konvertiert werden. Beim wfm-Format der Rigol-Oszilloskope eignet sich
dazu z. B. das Programm wfm2dat. Sie finden dieses Programm und eine
ausführlichere Anleitung hierzu auf dem AP-Server.
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Versuchsaufbau:
Es ist der folgende Versuchsaufbau gegeben. Dieser besteht aus einer Batterie,
einem Kondensator, einer Spule und einem Oszilloskop.
Versuchsdurchführung:
Bauen Sie den Versuch selbstständig auf.
Wenden Sie hier Ihr erlerntes Wissen an: Drücken Sie auf den Taster, nehmen Sie 2
gut sichtbare Signalverläufe mit Hilfe des Oszilloskops auf und speichern Sie diese
als wfm-Dateien auf den USB-Stick.
Verbinden Sie nun den USB-Stick mit dem bereitgestellten Computer und importieren
Sie die wfm-Dateien in das Programm Origin.
Erstellen Sie ein Diagramm und passen Sie gegebenenfalls die Skalierung der
Achsen an. Ändern Sie die Achsenbeschriftungen, wie Sie es für einen
Praktikumsbericht machen würden.
Lesen sie die Werte der Hoch- und Tiefpunkte aus Ihrem Graphen ab und erstellen
Sie dazu eine kurze Tabelle.
Auswertung:
Maxima und Minima eines Signalverlaufes:
Falls Sie nun noch Zeit haben, befassen Sie sich gerne noch mit weiteren
Einstellungsmöglichkeiten in Origin.
Sie können z. B. mit Hilfe des Menüpunktes „Analyse/Anpassen/Nichtlinearer Fit“
eine geeignete Theoriefunktion an Ihre Daten anpassen.
L C
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Notizen
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