Allgemeine Grundlagen; Art Der Signalspannung; Größe Der Signalspannung - Hameg hm400 Handbuch

A l l g e m e i n e G r u n d l a g e n

Allgemeine Grundlagen

Art der Signalspannung

Das Oszilloskop HM400 erfasst im Echtzeitbetrieb praktisch alle sich
periodisch wiederholenden Signalarten (Wechselspannungen) mit
Frequenzen bis mindestens 40 MHz (–3 dB) und Gleichspannungen. Der
Vertikalverstärker ist so ausgelegt, dass die Übertragungsgüte nicht
durch eigenes Überschwingen beeinfl usst wird.
Die Darstellung einfacher elektrischer Vorgänge, wie sinusförmige
HF- und NF-Signale oder netzfrequente Brummspannungen, ist
in jeder Hinsicht problemlos. Beim Messen ist ein ab ca. 14 MHz
zunehmender Messfehler zu berücksichtigen, der durch Verstär-
kungsabfall bedingt ist. Bei ca. 25 MHz beträgt der Abfall etwa 10%,
der tatsächliche Spannungswert ist dann ca. 11% größer als der
angezeigte Wert. Wegen der differierenden Bandbreiten der Verti-
kalverstärker (–3 dB zwischen 40 MHz und 45 MHz) ist der Messfehler
nicht ganz exakt defi nierbar.
Bei der Aufzeichnung rechteck- oder impulsartiger Signalspannungen
ist zu beachten, dass auch deren Oberwellenanteile übertragen werden
müssen. Die Folgefrequenz des Signals muss deshalb wesentlich kleiner
sein als die obere Grenzfrequenz des Vertikalverstärkers. Bei der Aus-
wertung solcher Signale ist dieser Sachverhalt zu berücksichtigen.
Schwieriger ist das Oszilloskopieren von Signalgemischen, besonders
dann, wenn darin keine mit der Folgefrequenz ständig wiederkehrenden
höheren Pegelwerte enthalten sind, auf die getriggert werden kann. Dies
ist z.B. bei Burst-Signalen der Fall. Um auch dann ein gut getriggertes Bild
zu erhalten, ist u.U. eine Veränderung der HOLD-OFF-Zeit erforderlich.
Fernseh-Video-Signale (FBAS-Signale) sind mit Hilfe des aktiven TV-
Sync-Separators leicht triggerbar.
Die zeitliche Aufl ösung ist unproblematisch. Beispielsweise wird bei
40 MHz und der kürzesten einstellbaren Ablenkzeit mit Dehnung x10
(10 ns/DIV) eine Signalperiode über 2,5 DIV geschrieben.
Für den wahlweisen Betrieb als Wechsel- oder Gleichspannungsver-
stärker kann jeder Vertikalverstärker-Eingang mit AC- oder DC-Kopp-
lung betrieben werden (DC = direct current; AC = alternating current).
Mit Gleichstromkopplung DC sollte nur bei vorgeschaltetem Tastteiler
oder bei sehr niedrigen Frequenzen gearbeitet werden bzw. wenn die
Erfassung des Gleichspannungsanteils der Signalspannung unbedingt
erforderlich ist.
Bei der Aufzeichnung sehr niederfrequenter Impulse können bei AC-
Kopplung (Wechselstrom) des Vertikalverstärkers störende Dachschrä-
gen auftreten (AC-Grenzfrequenz ca. 1,6 Hz für –3 dB). In diesem Falle ist,
wenn die Signalspannung nicht mit einem hohen Gleichspannungspegel
überlagert ist, die DC-Kopplung vorzuziehen. Andernfalls muss vor
den Eingang des auf DC-Kopplung geschalteten Messverstärkers ein
entsprechend großer Kondensator geschaltet werden. Dieser muss eine
genügend große Spannungsfestigkeit besitzen. DC-Kopplung ist auch für
die Darstellung von Logik- und Impulssignalen zu empfehlen, besonders
dann, wenn sich dabei das Tastverhältnis ständig ändert. Andernfalls
wird sich das Bild bei jeder Änderung auf- oder abwärts bewegen. Reine
Gleichspannungen können nur mit DC-Kopplung gemessen werden. Die
gewählte Eingangskopplung wird mit einer leuchtenden Taste angezeigt
(siehe „Bedienelemente").
Größe der Signalspannung
In der allgemeinen Elektrotechnik bezieht man sich bei Wechselspan-
nungsangaben in der Regel auf den Effektivwert. Für Signalgrößen und
Spannungsbezeichnungen in der Oszilloskopie wird jedoch der V
(Volt-Spitze-Spitze) verwendet. Letzterer entspricht den wirklichen
10
Änderungen vorbehalten
Potentialverhältnissen zwischen dem positivsten und negativsten Punkt
einer Spannung, so wie sie auf dem Bildschirm angezeigt wird.
Will man eine auf dem Oszilloskopschirm aufgezeichnete sinusförmige
Größe auf ihren Effektivwert umrechnen, muss der sich in V
Wert durch 2 x √2 = 2,83 dividiert werden. Umgekehrt ist zu beachten,
dass in V angegebene sinusförmige Spannungen den 2,83fachen
eff
Potentialunterschied in V
Die minimal erforderliche Signalspannung am Y-Eingang für ein 1 DIV
hohes Bild beträgt 1 mV
gezeigt wird und die Feineinstellung kalibriert ist. Es können jedoch
auch noch kleinere Signale aufgezeichnet werden. Die möglichen
Ablenkkoeffi zienten sind in mV
Für Amplitudenmessungen muss sich die Feineinstellung in ihrer kalib-
rierten Stellung befi nden. Unkalibriert kann die Ablenkempfi ndlichkeit
kontinuierlich verringert werden (siehe „Bedienelemente"). So kann
jeder Zwischenwert innerhalb der 1-2-5 Abstufung des Teilerschalters
eingestellt werden. Ohne Tastteiler sind damit Signale bis ca. 400 V
darstellbar (Ablenkkoeffi zient 20 V/DIV x Feineinstellung 2,5:1 x Ras-
terhöhe 8 DIV).
Soll die Größe der Signalspannung ermittelt werden, genügt es ihre in
DIV ablesbare Signalhöhe mit dem angezeigten (kalibrierten) Ablenk-
koeffi zienten zu multiplizieren.
Ohne Tastteiler darf die Spannung am Y-Eingang 400 V
(unabhängig von der Polarität) nicht überschreiten.
Ist das zu messende Signal eine Wechselspannung, die einer Gleich-
spannung überlagert ist (Mischspannung), beträgt der höchstzulässige STOP
Gesamtwert beider Spannungen (Gleichspannung und einfacher Spit-
zenwert der Wechselspannung) ebenfalls + bzw. –400 V. Wechselspan-
nungen, deren Mittelwert Null ist, dürfen maximal 800 V
Beim Messen mit Tastteilern sind deren möglicherweise
höheren Grenzwerte nur dann maßgebend, wenn DC-
Eingangskop plung am Oszilloskop vorliegt.
Liegt eine Gleichspannung am Eingang an und ist die Eingangs-
STOP
kopplung auf AC geschaltet, gilt der niedrigere Grenzwert des Os-
zilloskopeingangs (400 V). Der aus dem Widerstand im Tastkopf und
dem 1MΩ Eingangswiderstand des Oszilloskops bestehende Span-
nungsteiler ist, durch den bei AC-Kopplung dazwischen geschalteten
Eingangs-Kopplungskondensator, für Gleichspannungen unwirksam.
Gleichzeitig wird dann der Kondensator mit der ungeteilten Gleich-
spannung belastet. Bei Mischspannungen ist zu berücksichtigen,
dass bei AC-Kopplung deren Gleichspannungsanteil ebenfalls nicht
geteilt wird, während der Wechselspannungsanteil einer frequenz-
abhängigen Teilung unterliegt, die durch den kapazitiven Widerstand
des Koppelkondensators bedingt ist. Bei Frequenzen ≥40 Hz kann
vom Teilungsverhältnis des Tastteilers ausgegangen werden.
Unter Berücksichtigung der zuvor erläuterten Bedingungen können
mit HAMEG Tastteilern des Typs HZ154 (10:1 Teilerverhältnis) Gleich-
spannungen bis 400 V bzw. Wechselspannungen (mit Mittelwert Null)
bis 800 V gemessen werden. Mit Spezialtastteilern 100:1 (z.B. HZ53)
ss
lassen sich Gleichspannungen bis 1200 V bzw. Wechselspannungen
(mit Mittelwert Null) bis 2400 V
dieser Wert bei höheren Frequenzen (siehe technische Daten HZ53). Mit
einem normalen Tastteiler 10:1 riskiert man bei so hohen Spannungen,
dass der den Teiler-Längswiderstand überbrückende C-Trimmer
durchschlägt, wodurch der Y-Eingang des Oszilloskops beschädigt
werden kann.
Soll jedoch z.B. nur die Restwelligkeit einer Hochspannung oszillos-
kopiert werden, genügt auch der 10:1-Tastteiler. Diesem ist dann noch
-Wert ein entsprechend hochspannungsfester Kondensator (etwa 22-68 nF)
ss
vorzuschalten.
haben.
ss
(±5%), wenn der Ablenkkoeffi zient 1 mV an-
ss
/DIV oder V /DIV angegeben.
ss ss
messen. Allerdings verringert sich
ss
ergebende
ss
ss
betragen.
ss