Ein Oszilloskop ist ein Gerät, das Strom, Spannung, Frequenz und Phasenverschiebung eines elektrischen Schaltkreises anzeigt. Das Gerät zeigt die Beziehung zwischen der Zeit und der Intensität eines elektrischen Signals an. Alle Werte werden in einem einfachen zweidimensionalen Diagramm dargestellt.
Inhalt
Wozu ein Oszilloskop dient
Ein Oszilloskop wird von Elektronikern und Funkamateuren verwendet, um Folgendes zu messen
- Amplitude eines elektrischen Signals - Verhältnis von Spannung und Zeit;
- Analyse der Phasenverschiebung;
- um die Verzerrung eines elektrischen Signals zu erkennen
- berechnen Sie aus den Ergebnissen die Frequenz des Stroms.
Obwohl das Oszilloskop die Eigenschaften des analysierten Signals anzeigt, wird es in der Regel verwendet, um die Vorgänge in einem elektrischen Schaltkreis zu identifizieren. Mit einem Oszilloskop können Techniker die folgenden Informationen erhalten
- die Wellenform des periodischen Signals;
- Positive und negative Polaritätswerte;
- die Schwankungsbreite des Signals im Zeitverlauf;
- die Dauer der positiven und negativen Halbperiode.
Die meisten dieser Daten können mit einem Voltmeter ermittelt werden. Allerdings müssten die Messungen dann im Abstand von einigen Sekunden durchgeführt werden. Die Fehlerquote bei den Berechnungen ist hoch. Die Arbeit mit einem Oszilloskop spart viel Zeit bei der Beschaffung der benötigten Daten.
Wie ein Oszilloskop funktioniert
Ein Oszilloskop misst mit einer Kathodenstrahlröhre. Dabei handelt es sich um eine Lampe, die den zu analysierenden Strom in einen Strahl bündelt. Dieses erreicht den Bildschirm des Geräts und wird in zwei senkrecht zueinander stehende Richtungen abgelenkt:
- vertikal - es zeigt die analysierte Spannung an;
- Horizontal - zeigt die verstrichene Zeit an.
Zwei Paare von Elektronenstrahlröhrenplatten sind für die Ablenkung des Strahls verantwortlich. Diejenigen, die vertikal angeordnet sind, stehen immer unter Strom. Dies hilft, die verschiedenen Polwerte zu verteilen. Die positive Anziehungskraft wird nach rechts abgelenkt, die negative nach links. Auf diese Weise bewegt sich die Linie auf dem Bildschirm des Geräts mit einer konstanten Geschwindigkeit von links nach rechts.
Außerdem wirkt ein elektrischer Strom auf die horizontalen Platten, der die Spannungsanzeige des Demonstrationsstrahls ablenkt. Die positive Ladung ist nach oben, die negative Ladung nach unten gerichtet. Auf diese Weise erscheint auf dem Display des Geräts eine lineare zweidimensionale Grafik, die als Oszillogramm bezeichnet wird.
Die Strecke, die der Strahl vom linken zum rechten Rand des Bildschirms zurücklegt, wird als Sweep bezeichnet. Die horizontale Linie ist für die Messzeit verantwortlich. Neben dem linearen zweidimensionalen Standarddiagramm gibt es auch kreisförmige und spiralförmige Sweeps. Sie sind jedoch nicht so bequem zu benutzen wie die klassischen Oszilloskop-Wellenformen.
Klassifizierung und Typen
Es gibt zwei Haupttypen von Oszilloskopen:
- Analog - Gerät zur Messung von Durchschnittssignalen;
- Digital - die Geräte wandeln den Messwert in ein "digitales" Format für die weitere Übertragung von Informationen um.
Nach dem Funktionsprinzip werden folgende Klassifizierungen vorgenommen:
- Universelle Modelle.
- Besondere Ausrüstung.
Die beliebtesten sind universelle Geräte. Diese Oszilloskope werden zur Analyse verschiedener Arten von Signalen verwendet:
- Harmonisch;
- Einzelne Impulse;
- Puls-Pakete.
Universaloszilloskope sind für eine Vielzahl von elektrischen Geräten geeignet. Sie können Signale im Bereich von wenigen Nanosekunden messen. Der Messfehler beträgt 6-8 %.
Universaloszilloskope werden in zwei Haupttypen unterteilt:
- Monoblock - haben eine allgemeine Spezialisierung der Messungen;
- mit austauschbaren Einheiten - anpassbar an die jeweilige Situation und den Gerätetyp.
Spezialgeräte sind für eine bestimmte Art von elektrischen Geräten ausgelegt. So gibt es Oszilloskope für den Rundfunk, die Fernsehübertragung oder die Digitaltechnik.
Universal- und Spezialgeräte werden unterteilt in:
- Hochgeschwindigkeit - wird in schnell wirkenden Instrumenten verwendet;
- Speicher - Geräte, die zuvor gemachte Messungen speichern und wieder abrufen.
Bei der Auswahl eines Instruments sollte man die Klassifizierungen und Typen sorgfältig studieren, um dasjenige auszuwählen, das den eigenen Bedürfnissen am besten entspricht.
Aufbau und wichtigste technische Parameter
Jedes Gerät weist eine Reihe der folgenden technischen Merkmale auf:
- Der Koeffizient des möglichen Fehlers bei der Spannungsmessung (bei den meisten Geräten beträgt dieser Wert nicht mehr als 3%).
- Der Wobbellinienwert des Geräts - je größer diese Eigenschaft ist, desto länger ist die Beobachtungszeitspanne.
- Das Synchronisationsmerkmal enthält: Frequenzbereich, Maximalpegel und Systeminstabilität.
- Die vertikalen Abweichungsparameter des Signals mit der Eingangskapazität des Geräts.
- Werte für das Einschwingverhalten mit Angabe der Anstiegszeit und des Überschwingens.
Oszilloskope verfügen neben den oben aufgeführten Grundwerten über zusätzliche Parameter in Form eines Amplituden-Frequenzgangs, der die Abhängigkeit der Amplitude von der Frequenz des Signals anzeigt.
Digitale Oszilloskope haben auch einen internen Speicherwert. Dieser Parameter gibt die Menge der Informationen an, die das Gerät aufzeichnen kann.
Wie die Messungen durchgeführt werden
Der Bildschirm eines Oszilloskops ist in kleine Quadrate unterteilt, die als Divisionen bezeichnet werden. Je nach Instrument entspricht jedes Quadrat einem bestimmten Wert. Die gebräuchlichste Bezeichnung ist: eine Division entspricht 5 Einheiten. Bei einigen Geräten gibt es auch einen Knopf, mit dem die Skala des Diagramms eingestellt werden kann, damit die Benutzer bequemer und genauer messen können.
Bevor Sie mit einer Messung beginnen, muss das Oszilloskop an einen Stromkreis angeschlossen werden. Die Sonde wird an einen der freien Kanäle angeschlossen (wenn mehr als 1 Kanal im Gerät vorhanden ist) oder an den Impulsgenerator, falls das Oszilloskop über einen solchen verfügt. Sobald die Verbindung hergestellt ist, erscheinen verschiedene Signalbilder auf dem Display des Geräts.
Wenn das vom Gerät empfangene Signal abrupt ist, liegt das Problem im Anschluss der Sonde. Einige sind mit Miniaturschrauben ausgestattet, die angezogen werden müssen. Auch digitale Oszilloskope verfügen über eine automatische Positionierungsfunktion, um das Problem eines Streusignals zu lösen.
Aktuelle Messung
Wenn Sie mit einem digitalen Oszilloskop Strom messen, müssen Sie wissen, welche Stromart sollten beachtet werden. Oszilloskope haben zwei Betriebsarten:
- Gleichstrom ("DC") für direct current;
- Alternating Current ("AC") für Wechselstrom.
Der Gleichstrom wird gemessen, wenn der Gleichstrommodus aktiviert ist. Die Sonden des Geräts müssen in direkter Ausrichtung zu den Polen an das Stromnetz angeschlossen werden. Das schwarze Krokodil ist mit dem Minuspol verbunden, das rote mit dem Pluspol.
Auf dem Display wird eine gerade Linie angezeigt. Der Wert der vertikalen Achse entspricht dem Gleichspannungsparameter. Der Strom kann nach dem Ohm'schen Gesetz berechnet werden (Spannung geteilt durch Widerstand).
Wechselstrom ist eine Sinuswelle, da auch die Spannung variabel ist. Daher kann sein Wert nur in einem bestimmten Zeitraum gemessen werden. Sie wird auch mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes berechnet.
Messung der Spannung
Zur Messung der Signalspannung benötigen Sie die vertikale Koordinatenachse eines linearen zweidimensionalen Diagramms. Aus diesem Grund wird die gesamte Aufmerksamkeit auf die Höhe des Oszillogramms gerichtet sein. Sie sollten daher den Bildschirm für die Messung bequemer einstellen, bevor Sie mit der Beobachtung beginnen.
Stellen Sie dann das Gerät auf Gleichstrombetrieb. Schließen Sie die Sonden an den Stromkreis an und beobachten Sie das Ergebnis. Auf dem Display des Geräts erscheint eine gerade Linie, deren Wert der Spannung des elektrischen Signals entspricht.
Frequenzmessung
Bevor Sie verstehen, wie man die Frequenz eines elektrischen Signals misst, sollten Sie wissen, was eine Periode ist, da diese beiden Begriffe miteinander verknüpft sind. Eine Periode ist das kleinste Zeitintervall, nach dem die Amplitude zu wiederholen beginnt.
Auf einem Oszilloskop ist es einfacher, die Periode auf der horizontalen Zeitkoordinatenachse zu sehen. Sie müssen nur darauf achten, nach welchem Zeitintervall das Liniendiagramm beginnt, sein Muster zu wiederholen. Es ist besser, den Beginn der Periode als Berührungspunkt mit der horizontalen Achse und das Ende als Wiederholung derselben Koordinate zu betrachten.
Die Ablenkgeschwindigkeit wird verringert, um die Messung der Signalperiode zu erleichtern. In diesem Fall ist der Messfehler nicht so hoch.
Die Frequenz ist der Wert, der sich umgekehrt proportional zur analysierten Periode verhält. Das heißt, um einen Wert zu messen, müssen Sie eine Sekunde Zeit durch die Anzahl der Perioden teilen, die während dieses Intervalls auftreten. Die resultierende Frequenz wird in Hertz gemessen, der Standard für Russland ist 50 Hz.
Messung der Phasenverschiebung
Unter Phasenverschiebung versteht man die relative Positionierung zweier oszillierender Prozesse in der Zeit. Sie wird in Bruchteilen der Signalperiode gemessen, so dass unabhängig von der Art der Periode und der Frequenz die gleichen Phasenverschiebungen einen gemeinsamen Wert haben.
Vor der Messung muss zunächst festgestellt werden, welches Signal hinter dem anderen zurückbleibt, und dann der Wert des Vorzeichens des Parameters bestimmt werden. Wenn der Strom vorwärts fließt, ist der Parameter für die Winkelverschiebung negativ. Liegt die Spannung vor, ist das Vorzeichen des Wertes positiv.
Der Grad der Phasenverschiebung lässt sich wie folgt berechnen:
- Multiplizieren Sie 360 Grad mit der Anzahl der Gitterzellen, die zwischen den Anfängen der Perioden liegen.
- Teilen Sie das Ergebnis durch die Anzahl der Teilungen, die eine Periode des Signals einnimmt.
- Wählen Sie ein negatives oder positives Vorzeichen.
Die Messung der Phasenverschiebung mit einem analogen Oszilloskop ist unpraktisch, weil die angezeigten Graphen die gleiche Farbe und Skala haben. Für diese Art der Beobachtung wird entweder ein digitales Gerät oder ein Zweikanalgerät verwendet, um verschiedene Amplituden auf einen separaten Kanal zu legen.
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