Einführung in die Anwendung des Oszilloskops

''Schwerpunkt: Messpraxis für den Amateurfunk''

Einleitung

Ein Oszilloskop ist ein Messgerät zur zeitaufgelösten Darstellung elektrischer Spannungen. Es stellt den zeitlichen Verlauf eines Signals in Abhängigkeit von einer horizontalen und einer vertikalen Ablenkung dar.

Für die Vertikale muss das Eingangssignal mittels einem definierten Faktor Verstärkt werden. Der Vertikalverstärker verstärkt oder dämpft das Eingangssignal und steuert die Auslenkung in vertikaler Richtung. Die Empfindlichkeit wird in Volt pro Division eingestellt. Eine Eingangskopplung (DC, AC, GND) bestimmt, ob Gleichspannungsanteile dargestellt werden.

Die Zeitbasis erzeugt eine zeitlich lineare Ablenkspannung für die horizontale Achse. Sie bestimmt die Zeit pro Division. Der Horizontalverstärker setzt diese Spannung in eine gleichmäßige Bewegung der Anzeige um. Anstelle der Zeitbasis kann oft auch das Signal des zweiten Kanal auf die eine Horizontale Auslenkung gelegt werden (X/Y-Betrieb).

Eine besondere Funktion ist die Triggerstufe. Sie synchronisiert die Anzeige mit einem definierten Ereignis des Eingangssignals. Sie sorgt für eine stabile Darstellung periodischer oder einmaliger Signalverläufe.

Einteilung nach SIgnalweg und Anzeigetechnologie

Analoges Oszilloskop

Die Anzeige erfolgt mittels einer Kathodenstrahlröhre (CRT). Der Elektronenstrahl wird durch elektrische Felder horizontal und vertikal abgelenkt. Die Darstellung ist kontinuierlich und nicht gespeichert.

Digitales Oszilloskop

Das Eingangssignal wird abgetastet, digitalisiert und im Speicher abgelegt. Die Darstellung erfolgt auf einem Bildschirm (LCD oder OLED). Messwerte, Cursor und automatische Auswertungen werden digital erzeugt. Die Anzeige kann angehalten und gespeichert werden.

X/Y-Betrieb

Im X/Y-Betrieb wird die Zeitbasis deaktiviert. Zwei Eingangssignale steuern direkt die horizontale und vertikale Ablenkung. Dieser Betriebsmodus dient zur Darstellung von Phasenbeziehungen, Kennlinien und Lissajous-Figuren.

Warum ein Oszilloskop im Amateurfunk?

Typische Anwendungen im Funkbetrieb

Abgrenzung zu Multimeter, Frequenzzähler, Spektrumanalysator

Auswahl eines geeigneten Oszilloskops

Grundlegende Kriterien

Bandbreite

Abtastrate (bei digitalen Geräten)

Anzahl der Kanäle

Empfindlichkeit (mV/div)

Triggerfunktionen

Eingangsimpedanz

Vergleich verschiedener Oszilloskop-Typen

Analoges Oszilloskop

Digitales Speicheroszilloskop (DSO)

Mixed-Signal-Oszilloskop (MSO)

PC-Oszilloskope (USB)

Vor- und Nachteile für den Amateurfunk

Typische Empfehlungen für Funkamateure

Minimalanforderungen

Gebrauchtkauf – worauf achten?

Zubehör (Tastköpfe, Dummyload, Adapter)

Grundbedienung des Oszilloskops

Das Bildschirmraster des Oszilloskops

Zeitachse (X)

Spannungsachse (Y)

Divisionen und Skalierung

Vertikale Ablenkung

Volts/div

AC – DC – GND Kopplung

Offset / Position

Horizontale Ablenkung

Time/div

Vergrößern und Verkleinern (Zoom)

Tastköpfe

Aufbau und Funktion

x1 und x10 Tastkopf

Einfluss auf Bandbreite und Eingangskapazität

Abgleich des Tastkopfes

Kalibriersignal

Typische Fehlerbilder

Sicherheitshinweise

Masseklemme

Messungen an Netzspannung

Messung von Gleich- und Wechselspannungen

Gleichspannungsmessung mit dem Oszilloskop

Offset und Referenz

Vergleich Multimeter vs. Oszilloskop

Darstellung von Wechselspannungen (Teil 1)

Sinus

Rechteck

Dreieck

Amplitude, Spitze-Spitze, Effektivwert

Triggerung

Grundlagen der Triggerung

Die Triggerstufe dient der Synchronisation der horizontalen Ablenkung mit einem definierten Ereignis des Messsignals. Sie bestimmt den Zeitpunkt, zu dem die Zeitbasis gestartet wird, sodass wiederkehrende Signalverläufe ortsfest dargestellt werden. Das Eingangssignal wird der Triggerstufe direkt oder über einen separaten Abzweig des Vertikalverstärkers zugeführt. Ein einstellbarer Schwellenwert legt fest, bei welcher Signalspannung der Trigger auslöst. Zusätzlich wird die Flankenrichtung (steigend oder fallend) ausgewählt. Wird die eingestellte Triggerbedingung erfüllt, gibt die Triggerstufe einen Startimpuls an die Zeitbasis. Diese erzeugt daraufhin eine lineare Ablenkspannung für die horizontale Achse.

Es gibt unterschiedliche Arten der Triggerung:

Auto-Trigger: Die Zeitbasis läuft auch ohne gültiges Triggersignal. Bei vorhandenem Signal wird synchronisiert, ansonsten wird eine freie Ablenkung erzeugt.
Normal-Trigger: Die Zeitbasis startet nur bei Erfüllung der Triggerbedingung. Ohne Triggerereignis bleibt die Anzeige stehen.
Single-Trigger: Die Zeitbasis wird einmalig gestartet und anschließend angehalten.

Triggerquellen

Interner Trigger

Beim internen Trigger wird das Triggersignal aus einem der Messkanäle gewonnen. Die Triggerstufe erhält das Signal direkt vom Vertikalverstärker oder von einem internen Abgriff davor. Der ausgewählte Kanal bestimmt Amplitude, Flanke und Schwellenwert des Triggers. Diese Triggerquelle wird verwendet, wenn das darzustellende Signal selbst die zeitliche Referenz liefern soll.

Externer Trigger

Beim externen Trigger wird ein separates Signal über einen eigenen Trigger-Eingang zugeführt. Die Triggerstufe arbeitet unabhängig von den angezeigten Kanälen. Der externe Trigger ermöglicht eine stabile Synchronisation, wenn das darzustellende Signal ungeeignet oder zu klein ist oder wenn mehrere Messungen auf eine gemeinsame Zeitreferenz bezogen werden sollen.

Netzfrequenz-Trigger

Der Netzfrequenz-Trigger verwendet ein internes, aus der Netzversorgung abgeleitetes Referenzsignal. Die Triggerung erfolgt unabhängig vom Eingangssignal und ist fest auf die Netzfrequenz synchronisiert. Diese Triggerquelle wird für Messungen an netzgekoppelten Schaltungen eingesetzt.

Triggersignalkopplungsarten

Das Triggersignal kann auf unterschiedliche Weise gekoppelt werden.

Bei DC-Kopplung wird das Triggersignal unverändert an die Triggerstufe weitergeleitet. Gleich- und Wechselspannungsanteile beeinflussen den Triggerpunkt. Diese Kopplung ermöglicht eine exakte Triggerung auf definierte Spannungspegel, einschließlich Gleichspannungsanteilen und langsamer Signaländerungen.

Bei AC-Kopplung wird der Gleichspannungsanteil des Triggersignals durch einen Koppelkondensator unterdrückt. Nur zeitlich veränderliche Signalanteile gelangen zur Triggerstufe. Diese Kopplung wird verwendet, wenn ein überlagerter Gleichspannungsanteil den Triggerpunkt verfälscht oder instabil macht.

Bei HF-Kopplung werden niederfrequente Signalanteile gedämpft oder unterdrückt. Die Triggerstufe reagiert bevorzugt auf schnelle Signaländerungen. Diese Kopplung wird bei hochfrequenten oder steilflankigen Signalen eingesetzt, um langsame Amplitudenschwankungen oder Modulationseinflüsse zu unterdrücken.

Bei LF-Kopplung werden hochfrequente Signalanteile gedämpft. Die Triggerstufe reagiert auf langsame Signalverläufe. Diese Kopplung dient der stabilen Triggerung bei niederfrequenten Signalen oder bei starkem hochfrequentem Störanteil.

Triggerung bei Funkanwendungen

Nachfolgend Ist aufgeführt, für welchen Anwendungsfall welche Einstellungen zu wählen sind:


Aufgabe	Quelle	Kopplung	Erklärung
Netzteilen: Restwelligkeit, Brumm, Schaltspitzen	Netzfrequenz oder intern	AC	Gleichspannungsanteile werden unterdrückt, periodische Netzstörungen stabil dargestellt.
Schaltvorgang: Spannungseinbruch, Überschwinger	Intern	DC	Der Trigger reagiert auf absolute Spannungspegel und langsame Signaländerungen.
NF-Singalverfolgung: Verzerrungen, Pegelverlauf	Intern	AC	Überlagerte Gleichspannungen beeinflussen den Trigger nicht.
AM-Hüllkurvenmessung: Modulationsgrad, Übersteuerung	Intern	LF oder AC	Der Trigger folgt der niederfrequenten Modulation, HF-Anteile werden unterdrückt.
SSB-NF-Signale: Sprachsignal, Verzerrung	Intern	AC	Der Gleichspannungsanteil wird entfernt, unregelmässige NF wird stabil erfasst.
HF-Signale ohne Modulation: Trägerprüfung, Schwingungen	Intern oder extern	HF	Niederfrequente Schwankungen werden unterdrückt, Trigger reagiert auf schnelle Flanken.
ZF-Signalverfolgung im Empfänger: Signalform, Pegel, Störungen	Intern	HF oder AC	Die Triggerung erfolgt auf den ZF-Träger oder auf periodische Signalanteile.
Impuls- und Rechtecksignale (z. B. Takt, PTT, Relais): Anstiegszeit, Überschwingen	Intern	DC	Exakte Triggerung auf definierte Pegel und Flanken.
Vergleich zweier Signalpfade: Laufzeit, Phasenverschiebung	Extern oder Kanal 1	DC	Eine feste Referenz stellt reproduzierbare Zeitbezüge sicher.
Messung an schaltnetzteilen: Schaltfrequenz, Störimpulse	Intern	HF	Langsame Spannungsschwankungen werden ausgeblendet, schnelle Störimpulse erfasst.
Durchlasskurven und Komponententests: Filtercharakteristik, Kennlinien	Extern oder intern	DC	Der Trigger folgt der Anregung oder dem Sweep-Signal.

Mehrkanalbetrieb

Zweikanalbetrieb

Vergleich zweier Signale

Phasenverschiebung

Mehrkanalbetrieb

CHOP

ALT

DUAL

Typische Anwendungsfälle

Zeit- und Frequenzverhalten von Signalen

Messung der Impulsanstiegszeit

Zusammenhang mit Bandbreite

Bedeutung für digitale und HF-Schaltungen

Bandbreite des Oszilloskops

-3 dB Punkt

Auswirkungen bei HF-Messungen

Grenzen bei Amateurfunk-Frequenzen

Praxisanwendungen im Amateurfunk

Messungen am Netzteil

Restwelligkeit

Einschaltverhalten

Störspitzen

Messung der Ausgangsleistung eines Verstärkers

Messung an Dummyload

Berechnung der Leistung aus Spannung

Einfluss der Wellenform

Frequenzgang eines Verstärkers oder Empfängers

Sweep-Messungen

Pegelvergleich

Grenzen des Oszilloskops

Signalverfolgung im ZF-Teil

Signalfluss im Empfänger

Lokalisieren von Fehlern

AM / FM / SSB Beispiele

Erweiterte Funktionen

Komponententester

Funktionsprinzip

Dioden

Transistoren

Kondensatoren

Durchlasskurven (Z)

Aufnehmen von Durchlasskurven

Filtercharakteristik

Anwendungen im HF-Bereich

Typische Fehler und Messfallen

Falsche Masseführung

Übersteuerung

Bandbreitenbegrenzung

Aliasing bei digitalen Oszilloskopen

Zusammenfassung

Grenzen des Oszilloskops im Amateurfunk

Kombination mit anderen Messgeräten

Weiterführende Literatur und Links