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Das ABC der tragbaren Oszilloskope: Teil 1, Multimeter und Oszilloskope

10. Jul 2013 | Oszilloskope

Oszilloskop- und Multimeter-Grundlagen, und wo jedes dieser Geräte brilliert, werden in Teil 1 dieser fünfteiligen Serie betrachtet, die auf dem Webinar ABC der Oszilloskope basiert. Oder, wenn sie es wünschen, können Sie sich das vollständige Webinar mit Audio und Animationen im Fluke Training Center anschauen.

Messung elektrischer Signale

Elektrische Phänomene können in drei Domänen gemessen werden:

Im Diagramm ist die Amplitude auf die Y-Achse übertragen, die Frequenz auf die Z-Achse und die Zeit auf die X-Achse.
  • Amplitude (wie groß ist sie?)
  • Frequenz (wie schnell verändert sie sich?)
  • Zeit (über welchen Zeitraum haben Sie untersucht?)

Verschiedene Geräte messen und geben unterschiedliche Aspekte eines Signals wieder.

  • Ein Multimeter misst und zeigt eine Signalamplitude genau.
  • Ein Spektrum-Analyzer misst und gibt eine Signalamplitude relativ zur Frequenz wieder.
  • Ein Oszilloskop misst die Signalamplitude im Verhältnis zur Zeit.

In der elektrischen Welt gibt es viele Signale, die absichtlich im Laufe der Zeit in der Amplitude variieren (in der Regel, um einen Prozess zu steuern). In anderen Fällen bleibt eine Amplitude nicht konstant, obwohl sie das sollte und Sie müssen die Ursache herausfinden. In beiden Fällen ist ein Oszilloskop das beste Werkzeug, da es verwendet werden kann, um die Integrität einer Signalamplitude im Laufe der Zeit zu analysieren.

Was ist ein Multimeter und wie funktioniert es?

Ein Multimeter ist ein Gerät, das akkurate Messergebnisse in Volt, Ohm und Ampere anzeigt.

Zur Durchführung von Messungen verwendet ein typisches Digitalmultimeter einen integrierenden Dual-Slope Analog-Digital-Wandler (ADC).

Ein ADC funktioniert so, dass er zunächst ein Signal in eine integrierende Kondensatorschaltung gibt, so, als ob man einen Speichertank mit Wasser füllt. Dieses Signal wird für einen exakten Zeitraum an den Kreislauf gegeben, normalerweise zwischen einigen Millisekunden und bis zu einer Sekunde.

Danach entlädt der Messkreislauf den Kondensator, bis er 0 Volt erreicht, und misst dabei präzise die Entladungszeit. Die Zeit zum Entladen des Kondensators ist direkt proportional zum Pegel des Signals, so kann sie zur Messung der Größe des Signals genutzt werden.

Um beim Wassertankbild zu bleiben, der Wassertank wurde mit einer unbekannten Rate für eine genau bekannte Zeit befüllt und dann entleert. Die zum Entleeren benötigte Zeit ist direkt proportional und kann verwendet werden, um zu messen, wie viel Wasser sich im Tank befindet.

Was ist ein Oszilloskop und wie funktioniert es?

Ein Oszilloskop ist ein Gerät, das ein Signal sammelt, während es sich mit der Zeit entlädt und dieses Signal dann auf einem Display wiedergibt. Die Amplitude des Signals wird auf der vertikalen Achse der Anzeige dargestellt und die Zeit auf der horizontalen Achse.

"Ein Bild sagt mehr als tausend Worte!"

Moderne digitale Oszilloskope können Signalveränderungen anzeigen, die in Zeiträumen wie einer Stunde oder dem Billionstel einer Sekunde auftreten. Da Oszilloskope in der Lage sein müssen, Signale zu digitalisieren, die sich um Nanosekunden unterscheiden, ist der Analog-zu-Digital-Wandler eines Oszilloskops anders als der in Multimetern.

Um sehr schnelle Messungen vorzunehmen, nutzen viele Oszilloskope die Technik, Eingangssignale mit mehreren, parallelen Komparatoren zu messen. Um eine Messung vorzunehmen, wird das Signal auf alle Komparatoren gleichzeitig gegeben und jeder Komparator vergleicht das Signalniveau mit einer eindeutigen Referenzspannung. Wenn das Signal die Referenzspannung des Komparators übersteigt oder gleich zu dieser ist, ändert der Komparator seinen digitalen Bit von 0 zu 1 und teilt dem Mikroprozessor so die Signalspannung in diesem Moment mit. Der Vorteil dieser Messtechnik ist die Umwandlungsgeschwindigkeit; der Nachteil ist die geringere Genauigkeit: die Spannungsmessung eines Oszilloskops kann nur eine Genauigkeit von +/- 1,5 % haben, während schon ein einfacher 3,5-Digits-Multimeter eine Genauigkeit von etwa +/- 0,15 % aufweist.

Multimeter oder Oszilloskop?

Ein Multimeter zeigt die genaue Messung einer Eingabe. Ein Oszilloskop zeigt eine grafische Darstellung von vielen Abmessungen einer Eingabe, wenn die Eingabe im Laufe der Zeit variiert.

Ein typisches Multimeter misst eine Eingabe fünf- bis zehnmal pro Sekunde und zeigt die Messungen mit hoher Genauigkeit an. Ein typisches Oszilloskop kann Eingaben milliardenfach pro Sekunde messen und so akkurat anzeigen, wie die Eingabe sich verändert, sogar in extrem kurzen Zeiträumen.

Während ein Digitalmultimeter sehr präzise, hochauflösende Messungen durchführen kann, können Oszilloskope eine zusätzliche Zeitdimension hinzufügen. Die Amplitude im Laufe der Zeit anzuzeigen, hat viele Vorteile, bei der Analyse und der Fehlerbehebung, einschließlich Informationen zu:

  • Amplitude: Spitze-zu-Spitze, Spitze, RMS, und sogar Amplituden in bestimmten interessanten Bereichen
  • Zeit: Signalperiode oder -frequenz, Zeit von einem Punkt zum nächsten, Zeit zwischen zwei unterschiedlichen Signalen und verschiedene andere zeitbezogene Messungen
  • Signalform: Ermöglicht Ihnen, Gesamtqualität von Sinus-, Rechteck-,Impuls- oder sogar komplexen Signalformen zu prüfen, beispielsweise Videosignale, digitale Kommunikationssignale und viele andere
  • Signalqualität Verzerrungen oder Störungen einer Signalform

Spätere Ausführungen in dieser Serie vermitteln Ihnen mehr Informationen, wie Sie Signalformen mit einem Oszilloskop analysieren können.

Oszilloskope von Fluke

Die hier präsentierten Konzepte und Techniken können mit der gesamten Palette von tragbaren Fluke Oszilloskopen angewandt werden. Erhältlich in Bandbreiten von 20 MHz bis 200 MHZ, verfügen die Fluke ScopeMeter über die Leistung und die Eigenschaften, eine Vielzahl von Messungen vorzunehmen, von der Routine-Fehlerbehebung bis zu anspruchsvollen Aufgaben wie dem Auffinden zufälliger Ereignisse. Fluke Oszilloskope sind spezifisch für den Betrieb in rauen Umgebungen konzipiert – außerhalb des Labors, fernab von der Werkbank.

  • Das ABC der tragbaren Oszilloskope: Teil 5, Intermittierende und zufällige Ereignisse mit einem tragbaren Oszilloskop erfassen