Hilfe

L
Das Elektronenstrahl-Osr,illoskop
Das Elektronenstrahloszilloskop ist ein vielseitiges Meßerät. Sein Hauptanwendungsgebiet ist das Sichtbarmachen rasch ablaufender physikalischer Vorgänge in
Form eines Oszillogramms. Kalibrierte Stufenschalter - in Verbindung mit einem
Koordinatenraster auf dem Bildschirm - gestatten es, an den zu untersuchenden
Vorgängen Messungen vorzunehmen.
Die Signaleingänge des Oszilloskops sind nur für elektrische Spannungen empfindlich. Dies bedeutet keine Einschränkung, denn jede physikalische Größe kann auf
irgendeine Weise in eine elektrische Spannung umgesetzt werden. Hierzu dient ein
Meßumformer ( Meßwandler, Transmit ter) . Beispiele :
1.
Piezokristall; Piezodiode: Kraft-Spannungs-Wandler
2.
Kondensatormikrofon
: Druck-
Spannungs-Wandler
3. Fotodiode; Fototransistor: Beleuchtungsstrke-Spannungs-Wandler
4.
Y
Ohmscher Widerstand: Strom-Spannungs-Wandler
ö. Hall-
Sonde: Magnetische-Flußdichte- Spannungs-Wandler
Man unterscheidet zwei Arbeitsweisen des Oszilloskops:
1.
x-y-Betrieb: Hierbei wird eine physikalische Größe y in Abhängigkeit von einer anderen physikalischen Größe x grafisch dargestellt. Die Größen x und y
werden in Form von elektrischen Spannungen in den x- bzw. den y-Eingang
eingespeist.
2.
y-t-Betrieb: Hierbei wird eine physikalische Größe y in ihrer Abhängigkeit
von der ZeiI t, grafisch dargestellt. Die Größe y wird wieder in den y-Eingang
eingespeist. Als unabhängige Größe x dient dieses Mal die Zeit t. Es ist also
nur nötig, eine zur Zeit t proportionale Spannung an den x-Eingang zu legen.
Dadurch wird die waagerechte x-Achse in die t-Achse verwandelt.
Weil der y-t-Betrieb in der Praxis sehr häufig vorkommt, wird eine elektronische
Schaltung, die eine zeitproportionale Spannung erzeugt, von vorneherein in jedes
Oszilloskop eingebaut. (Zeitbasisgenerator; Zeitablenkgenerator; Sägezahngenerator)
Der wichtigste Teil des Oszilloskops ist die Elektronenstrahlröhre (Braunsche Röhre),
die in Abb. I wiedergegeben ist. Die Katode emittiert Elektronen, die von dem zwischen Anode und Katode bestehenden elektrischen Feld beschleunigt und von der
Elektronenlinse auf dem Bildschirm zu einem Punkt fokussiert werden.
1
DAS ELEI{TROAIET\r STRAHL-OSALLOSI(OP
BRAIJNsche Röhre (vereinfachte
D
2
arstellung)
A. Seitenansicht
Elektronenlinse, aus drei rotationssymetrischen
Elektroden bestehend (die äußerm Elektroden
1 und 3 sind leitend verbunden; Elektrode 1 dient
zugleich als Anode)
X-Platten
(t-Platten)
Y-Platten
WEHNELT-Zylinder
(Steuerelektrode)
Katode
Glaskolben
Bildschirm (elektronen-
(evakuiert)
empfindliche Leuchtschicht,
elektrisch leitend, fi.ihrt
positive Spannung gegenüber
Elektrode
B. Ansicht von oben
Elektronenstrahl
Abbildung
1:
1)
D
AS ELEIiT RO Ir Er\rSTR AHL-
OS
Zn
L O SK OP
Die Elektronenlinse ist eine im Hochvakuum arbeitende Einrichtung, die mit Hilfe
elektro- oder magnetostatischer Felder Elektronenstrahlen fokussieren, so daß auf
diese Weise eine Abbildung erzeugt werden kann.
Die zwischen Katode und Anode angeordnete Steuerelektrode (:Wehneltzylinder)
steuert entsprechend der an ihr liegenden Spannung die Intensität des Elektronenstahls und damit die Bildhelligkeit. Diese Steuerelektrode besitzt als unvermeidliche
Nebenwirkung eine gewisse Fokussierungseigenschaft, dh. sie wirkt wie eine schwache Elektronenlinse. Deshalb beeinflußt eine Verstellung der Bildhelligkeit auch etwas die Bildschärfe des Oszillogramms, die dann ihrerseits nachgeregelt werden muß.
Der Stellknopf für die Bildhelligkeit ist mit "Intensität", die für die Bildschärfe mit
ttFocus* bezeichnet.
Nach dem Durchlaufen der Elektronenlinse gelangt der Elektronenstrahl zwischen
die Ablenkplatten. Diese sind in zwei senkrecht zueinander orientierte Paare aufgeteilt. Der Raum im Inneren eines jeden Plattenpaares ist von einem elektrischen Feld
erfüIlt, dessen Feldstärke proportional zu der an den Platten liegenden Spannung
ist. Das elektrische Feld lenkt die hindurchfliegenden Elektronen ab. Zwischen den
y-Platten kann der Elektronenstrahl senkrecht abgelenkt werden, dh. in Richtung
der y-Achse. Die x-Platten lenken den Strahl waagerecht ab, dh. in Richtung der
x- bzw. t-Achse.
Weil die in die Eingänge des Oszilloskops eingespeisten Signalspannungen in der Regel zu klein sind, um direkt den Elekronenstrahl ablenken zu können, ist zwischen
jede Eingangsbuchse und dem dazugehörenden Plattenpaar ein Spannungsverstärker
geschaltet, dessen Verstärkungsgrad mit einem kalibrierten Stufenschalter beliebig
eingestellt werden kann. Dieser Stufenschalter gestattet die Einstellung des Ablenkkoeffizienten. Der Ablenkkoeffizient gibt an, wie groß die an den y-Eingang gelegte
Spannungsquelle sein muß, um den vom Elektronenstrahl auf dem Bildschirm erzeugten Leuchtpunkt um 1 cm (oder 1 Skalenteil) in y-Richtung abzulenken. Der
Kehrwert des Ablenkkoeffizienten heißt Empfindlichkeit.
Bei den meisten Oszilloskopen gibt es zusätzlich eine stufenlose Einstellmöglichkeit
frir den Ablenkkoeffizienten. Für eine genaue Spannungsmessung muß dieser kontinuierliche Stellknopf in "kalibriert"-Stellung gedreht werden.
Nur in "kalibriertu-Stellung entspricht iler Ablenkkoeffizient des Oszillogramrns dem
am Eing angssp&nnun g st eil ers ch alter ein g estellt en W ert.
Diese "kalibriert"-Stellung ist gewöhnlich mit "cal" gekennzeichnet (engl. calibrated).
Wenn die Ablenkung des Elektronenstrahls simultan durch die Größen x und y
über die x- und y-Platten erfolgt, so zeichnet der vom Elektronenstrahl auf dem
Bildschirm erzeugte Leuchtpunkt das Bild (Graph) der Funktion y:f(x). Wenn
aber die Spannung an den x-Platten proportional zur ablaufenden Zeit t ansteigt -
D
AS ELEI(TROI\IEI\rSTR AHL-
OS
ZruL O SI(O P
was durch den eingebauten Zeitablenkgenerator sichergestellt wird - so zeichnet der
Leuchtpunkt des Elektronenstrahls das Bild der Funktion y:f(1).
Der gewünschte Koordinatenmaßstab für die Zeitachse, der Zeitkoeffizient, wird mit
einem Stufenschalter, dem Zeitbasisschalter eingestellt. Der Zeitkoe,ffrzient gibt an,
wieviel Zeit der vom Elektronenstrahl auf dem Bildschirm erzeugte Leuchtpunkt
braucht, um in Richtung der t-Achse die Strecke von 1 cm (oder ein Skalenteil)
zurückzulegen.
Sollte ein Oszilloskop zusätzlich einen kontinuierlichen Stellknopf für den Zeitkoeffizienten besitzen, so ist dieser bei Zeit und Frequenzmessungen in "kalibriert"Steilung zu bringen.
Nur in "kalibriert"-Stellung entspricht d,er Zeitkoffizient d,es Oszillogramms d,ern
am Z eitbasisschalter eingestellten Wert.
Ein einmaliges Abschreiten der Zeitachse bei gleichzeitig stattfindender y-Ablenkung
bewirkt, daß der Elektronenstrahl auf dem Bildschirm von links nach rechts nacheinander alle Punkte der darzustellenden Funktion y:f(t) einmal durchläuft. Da die
Nachleuchtzeit des Bildschirms ziemlich kurz ist, würde das Bild der Funktion nur
kurz aufleuchten und dann verschwinden. Das Oszillogramm wäre dann unsichtbar und der Zweck wäre verfehlt. Hier wendet man nun einen Kunstgriff an - die
Triggerung. Bei periodischen Funktionen kann man damit erreichen, daß der Elektronenstrahl das Bild der Funktion in ständiger Wiederholung genau deckungsgleich
übereinander zeichnet. Wenn dies in genügend schneller Folge geschieht, sieht das
Auge des Beobachters ein stehendes Bild der Funktion.
Dieses deckungsgleiche übereinanderzeichnen wird dadurch erzielt, daß eine - ebenfalls eingebaute - Schaltung (Triggerschaltung; Triggergenerator) immer genau dann,
wenn die Funktion eine ganz bestimmte Spannung erreicht, dem Zeitablenkgenerator das Startzeichen gibt. Diese bestimmte Signalspannung, bei der die Zeitablenkung gestartet wird heißt Trigger-Niveau oder TriggerPegel (bei engl. Beschriftung
ULEVEL* oder "TRIG. LEVEL").
Der vom Zeitbasisgenerator mit Hilfe der t-Platten dirigierte Elektronenstrahl bewegt sich nach dem Start der Zeitablenkung mit konstanter Geschwindigkeit von
links nach rechts über den Bildschirm. Gleichzeitig zur horizontalen Zeitablenkung
wird der Strahl durch die y-Spannung (Signalspannung) vertikal abgelenkt.
Nach dem Durchlaufen der gesamten Bildbreite fällt die Zeitablenkspannung sehr
schnell auf den Anfangswert zurück, dh. der Elektronenstrahl läuft sehr rasch in
seine Ruhestellung am linken Bildrand zurück. Während des Rücklaufs und in der
Ruhestellung wird der Strahl mit der z-Elektrode "dunkel"gesteuert. Dieser Teil des
Zyklus ist daher unsichtbar.
In der Ruhestellung wartet der Strahl, bis die Signalfunktion y das Triggerniveau
D
AS ELEI(TR Of\rEf\rSTR AHL-
OSZ
nL
O S I{ O
P
erreicht und die Zeitablenkung erneut startet.
Bei der Einstellung des gewünschten Triggerpegels muß der Experimentator zusätzlich festlegen, ob die Triggerung bei positivem oder negativem Anstieg der Signalfunktion erfolgen soll. Diese Festlegung geschieht mit dem Triggerpolaritätsschalter,
der entweder separat angebracht oder mit dem Triggerpegel-Regler zu einer funktionellen Einheit zusammengefaßt ist. Er ist entweder durch Plus- oder Minuszeichen,
den englischen Ausdruck "SLOPE" oder durch anschauliche Symbole gekennzeichnet.
Bei der bisher beschriebenen normalen Triggerbetriebsart findet nur dann eine Zeitablenkung statt, wenn ein genügend großes Signal am y-Eingang ankommt - sein
Maximalwert muß über dem vorher eingestellten Triggerpegel liegen - andernfalls
bleibt der Bildschirm dunkel. Bei der automatischen Triggerbetriebsart wird die
Zeitablenkung auch dann in regelmäßigen Abständen gestartet, wenn keine Spannung am y-Eingang liegt. Diese Automatik wird manchmal auch als "Freilauf"
bezeichnet (weil der Zeitbasisgenerator frei läuft).
Diese Triggerautomatik besitzt einige Vorteile:
o Man kann die Nullinie (y:0) festlegen, was für
Gleichspannungsmessungen
unerläßlich ist;
man findet Signale unbekannter Amplitude und unbekannter Frequenz leichter;
man findet den Strahl leichter, falls er durch irrtämliche Verstellung des "yPosition"-Reglers zunächst außerhalb des Bildschirms liegt.
Es empfi,ehlt sich also bei, Inbetriebnahme eines Oszilloskops, die Triggerung zunrichst
auf "Automatik" zu schalten und erst bei Beilarf (2.8. bei niedrigen Signalfrequenzen)
auf u normo,l" umzuschalten.
SIGATA
LLEITU^\IG
rnnsflelter (eln Draht od,er elne lltze)
äuBere Isollerbillle
AuBenlelter (e1n dlchtes Drahtgeflecht)
Abbildung 2: Aufbau eines Koaxialkabels
2
Signalleitung
Die Zuführung der Signal-Spannung zum Osziiloskop erfolgt meist über KoaxialKabel. Den Aufbau eines Koaxialkabels zeigt die Abbildung 2.
Die elektromagnetischen Felder bleiben im wesentlichen auf den Raum zwischen
Innen- und Außenleiter beschränkt. Das Koaxialkabel strahlt weder Energie nach
außen ab noch nimmt es Störstrahlung aus dem Außenraum auf. Es besitzt also
gegenüber gewöhnlichen Leitungen einerseits eine verschwindend niedrige Strahlungsdämpfung und andererseits eine hervorragende Störfestigkeit.
Störstrahlung ist allgegenwärtig. Es handelt sich um elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Frequenz, die z.B. von Elektromotoren, Zändanlagen, Leuchtröhren,
HF-Heizungen, Fernseh- und Rundfunksender sowie von natürlichen Quellen (Gewitter, Sonne) abgestrahlt werden. Im Inneren von Gebäuden ist außerdem der
sogenannte Netzbrumm vorhanden, der von allen Wechselstromleitungen und Transformatoren abgestrahlt wird. Diese Störstrahlung kann man sichtbar machen, indem
man an einen Oszilloskop-Eingang ein offenes, nicht abgeschirmtes Kabel anschließt
und das Oszilloskop auf hohe Empfindlichkeit schaltet.
Der Außenleiter eines Koaxialkabels wird stets mit den Masse- Polen der anqeschlos-
SIG^IA LLEITUI\rG
senen Geräte verbunden.
Bei umfangreichen elektronischen Schaltungen bzw. elektronischen Geräten ist der
Massepol derjenige Pol, der - von allen in Betracht kommenden Polen - die größte
Kapazität gegen die Umgebung (Zimmerwände, Erde) besitzt.
Bei sehr niedrigen Frequenzen (< 50 Hz) sind beide Pole eines Bin-/Ausgangs fast
gleichwertig. Dies gilt nicht mehr bei hohen Frequenzen: Hier spielt - mit steigender Frequenz - die größere Kapazität der Masse gegen Erde natürlich eine immer
gröere Rolle, so daß ein Vertauschen von Masse und massefreiem Poi zu erheblichen
Funktionsstörungen führen kann.
Daher gilt: Falls aus irgendwelchen Gründen - z.B. der elektrischen Sicherheit oder
der Störfreiheit - ein Punkt einer Schaltung geerdet werden muß, darf dies in aller
Regel nur der Masse-Pol sein.
Jedes Kabel besitzt eine charakteristische Größe. den
Wellenwiderstand Zs
tl-
IT
VC
(mit Induktivität L und Kapazität C des Kabels). Diese Formel gilt streng nur für
eine ideale, verlustfreie Leitung. Hier sei ausdrücklich betont, daß Z frequenzunabhängig ist, nichts mit dem Ohm'schen Widerstand des Kabels zu tun hat und
auch nicht von der Länge des Kabels abhängt. Wenn man z.B. von einem 1000 m
langen Kabel rnit Z : 50f,) ein Stück von 30 cm Länge abschneidet, so hat auch
dieses kurze Stück den gleichen Wellenwiderstand von 50 f,).
Das offene oder kurzgeschlossene Ende eines Kabels wirkt auf ein elektromagnetisches Signal wie ein Reflektor: das Signal wird reflektiert und läuft in umgekehrter
Richtung in das Kabel zurück. Bei einem periodischen Signal bildet sich dann eine
stehende Welle aus. Ist das Kabel an beiden Enden reflektierend, so bildet es ein
schwingfähiges System, einen Resonator mit einem bestimmten Spektrum von Eigenfrequenzen. Das Eigenspektrum eines kurzen Kabels enthält höhere Frequenzen
als das eines langen Kabels (akustisches Analogon: kurze und lange Orgelpfeife). Ein
solches schwingfähiges Kabel ist dann nicht mehr ais Signalleitung zu gebrauchen,
wenn die höchsten im Signalspektrum vorkommenden Teilfrequenzen in die Nähe
der Eigenfrequenzen des Kabels kommen. Das Signal wärde dann stark verzerrt
werden.
Die Reflexion an einem Kabelende kann verhindert werden, wenn das Kabel an
diesem Ende mit einem reelen (Ohm'schen) Widerstand abgeschlossen wird, der
genau den gleichen Wert hat wie der Wellenwiderstand Zs des Kabels.
Diese Maßnahme - das Abschließen eines Kabelendes mit einem Widerstand
R:
Zo
- nennt man Anpassung. Man unterscheidet zwischen einseitiger Anpassung (nur
SIGf\rALLEITU
TG
I
Oszi l log rap
_
Koax ia Ika be
I
-l
r r-i
1-{.,,ll
h
r-l
Absch lu ßwiderstand
I
-r
Abbildung 3: Schnittzeichnung zur Erläuterung des Abschlußwiderstandes
ein Kabelende ist durch einen Widerstand .R : Zs abgeschlossen) und beidseitiger
Anpassung (beide Kabelenden sind mit -R : Zo abgeschlossen). Für nicht zu hohe
Frequenzen, nicht zu lange Kabel und nicht zu hohe Ansprüche genügt bereits die
einseitige Anpassung.
Die Anpassung der Kabel wird in der Praxis dadurch erleichtert, daß viele elektronische Geräte bereits von der Konstruktion her mit einem Innenwiderstand ausgestattet sind, der dem Wellenwiderstand der verwendeten Kabel entspricht. Dieser Innenwiderstand wird neben der betreffenden Gerätebuchse angegeben (in der Meßtechnik
hat sich ein Wert von 50 0 durchgesetzt, während für Fernseh-Antennenzuieitungen
meist 75 O gebräuchlich sind). Manche Meßgeräte - z.B.langsame Oszilloskope mit
geringer Bandbreite bis zu 200 MHz - haben mit Rücksicht darauf, daß auch niederfrequente Wechsel- und Gleichspannungen möglichst hochohmig gemessen werden
sollen, einen Eingangswiderstand von 1 Mfl. Ein 50-Q-Kabel ist also an ein solches
Oszilloskop nicht angepaßt. Bei hohen Frequenzen kann das Schwierigkeiten geben.
Man schaltet dann einen in ein mit Koaxialbuchsen versehenes kleines Gehäuse eingesperrten Widerstand R:50 f,l zwischen Kabelende und Oszilloskop (siehe Abb.
3).
Das Kabelende ist jetzt mit einem durch Parallelschalten von 50 0 und 1 MQ erzeugten Widerstand abgeschlossen. Das sind - wie rnan durch Addition der re-
SIGAIA
LLEITUAIG
ziproken Widerstände (:1,sihüerte) leicht ausrechnen kann - 49.9975 Ct (:50 O).
Einen soichen Widerstand - in ein Gehäuse eingebaut - nennt man Abschlußwiderstand. Falls ein solcher Abschlußwiderstand verwendet wird, muß bei einer Messung berücksichtigt werden, daß in Folge der im Abschlußwiderstand geleisteten
elektrischen Arbeit die Signalamplitude verringert wird: wenn der Widerstand am
Ende des Kabels (:Innenwiderstand des Meßgerätes kombiniert mit dem beschriebenem Abschlußwiderstand) gleich dem Widerstand am Anfang des Kabels (:Innenwiderstand der Signalspannungsquelle) ist, so wird die ursprüngliche Amplitude
(:Leerlauf-Amplitude) genau halbiert. Man muß also die gemessenen Spannungen
mit dem Faktor 2.0 korrigieren.
Problematisch wird die Signalleitung, wenn die Signalspannungsquelle einen unbekannten Innenwiderstand .R; besitzt. Dies ist bei den meisten elektronischen
Geräten, bei denen man vor der Endstufe mißt und bei den meisten selbstaufgebauten Experimenten der Fall. Besonders schwierig ist eine brauchbare SignalübertraBunB, wenn der Innenwiderstand R der Signalspannungsquelle größer als der Wellenwiderstand Z des Kabels ist (,R; , Zo). Für hochfrequente Spannungen wirkt
dann die zwischen Innen- und Außenleiter liegende Eigenkapazität Cx des Kabeis,
vermehrt um die parallel geschaltete Kapazität Cur des Meßgerät-Eingangs, wie ein
frequenzabhängiger (Blind-)Widerstand
Rc:
a (Crc a Cv)
Wie man sieht, wird -Ro bei größer werdendem u (, : Zn f) immer kleiner, schließt
also Wechselspannung umso deutlicher kurz, je höher deren Frequenz ist.
K.urz zusammengefaßt: Bei Fehien der Anpassung - ein Fall, der bei unbekanntem
Innenwiderstand der Signalspannungsquelle fast immer vorliegt - werden besonders
die hochfrequenten Anteile des Signals ungünstig beeinflußt (sowohl durch elektromagnetische Eigenschwingungen des Kabels als auch durch kapazitive Dämpfung).
Dabei läßt sich diese kritische Frequenzgtetze (oberhalb derer starke Verzerrungen
des Signals zu erwarten sind) nicht allgemein verbindlich festlegen. Sie liegt je nach
Innenwiderstand der Signalspannungsquelle und Kabellänge etwa zwichen 0.1 MHz
und 10 MHz.
An dieser Stelle sei daran erinnert, daß periodische, nicht sinusförmige Signale unter
bestimmten Umständen ein aus vielen Linien bestehendes Spektrum besitzen, dessen
höchste Teilfrequenz um mehrere Zehnerpotenzen über die Grundfrequenz des Signals hinausreicht (Stichwörter: Fourier-Reihe, Fourier- Analyse). Auch diese hohen
Teilfrequenzen müssen korrekt übertragen werden. Die Abb. 4 zeigt das Spektrum
einer Rechteckschwingung mit einer Grundfrequenz f :1 kHz. Der zeitliche Verlauf
SIGf\rA LLEII''UIüG
10
Yo[t
4
Abbildung
4:
dieses Rechtecksignals wird durch die Fourier-Reihe
sin (c,.,1)
+
sin (3a.., r) + :
:ö5(
sin
(5c*.,
t) + + sin (7a., t) +
...
beschrieben (ar - 2nf ,t:Zeit). Jedes Glied dieser Reihe erzeugt genau eine Linie
des in Abb. 4 dargestellten Spektrums. Jede Linie gehört zu einer Teilfrequenz, jede
Teilschwingung ist harmonisch, dh. sinusförmig.
Wenn die Signalspannungsquelle einen großen Innenwiderstand hat, bedeutet der
Anschluß eines normalen 50- O-Kabels mit einer Kapazität von 100 pF pro Meter
eine starke Dämpfung der hohen Frequenzen, weil der Wechselstrom-Blindwiderstand
dieser Kabelkapazität mit steigender Frequenz abnimmt, während der Wechselstromwiderstand der Spannungsquelle dies gewöhnlich nicht tut.
Es gibt also zwei Probleme, die bei der Untersuchung von Spannungsquellen mit
großem Innenwiderstand .R; auftreten:
l.
Kabelschwingungen wegen mangelhafter Anpassung von R; und Zs
.
SIGNALLEITUT{G
11
2. Zu große kapazitive Belastung der Spannungsquelle und daraus sich ergebende
Dämpfung der hochfrequenten Anteile des Signalspektrums.
Beide Probleme können mit dem Tastkopf gelöst werden.
Der Tastkopf (auch Meßkopf genannt) ist das mit Abstand wichtigste Zubehör zum
Oszilloskop.
Der Tastkopf und sein Verbindungskabel zum Osziiloskop sind durch besondere
konstruktive Maßnahmen (2.B. Widerstandsdämpfung) gegen Kabelschwingungen
geschützt. Um Anpassungsprobleme braucht man sich beim Tastkopf nicht zu
kümmern. Es gibt verschiedene Arten von Tastköpfen:
a) aktive Tastköpfe: Sie besitzen einen eingebauten Verstärker.
b) passive Tastköpfe: Sie bestehen nur aus passiven Bauelementen.
Diese beiden Arten können zusätzlich durch die folgenden, wichtigen Eigenschaften
unterschieden werden:
o Teilungsverhältnis oder Übertragungsfaktor Ü
U-
Ausgangsspa,nnung
Eingangsspannung
U ist also der Faktor, um den die Signalamplitude verringert wird. Ü Hegt je
nach Konstruktion zwischen 1:1 und 1:100 und muß daher bei einer Messung
berücksichtigt werden. Tastköpfe, bei denen Ü<1 irt, heißen Teiler- Tastköpfe
oder auch Tastteiler.
o Eigenkapazität C Die Eigenkapazität des Anschlußkabels bzw. hier des Meßkopfes sollte - wie bereits erklärt wurde - so klein sein, daß keine merkliche
Dämpfung der hohen Frequenzen stattfindet. C liegt bei Tastköpfen je nach
Konstruktion zwischen 1 pF und 80 pF.
e Bandbreiteb,: fno- fn"
(fn,:
obere Grenzfrequenz,
fsu: untere Grenzfre-
quenz)
Tastköpfe mit einem Übertragungsverhältnis ü < 1 bedürfen für eine einwandfreie
Funktion eines Abgleichs an die Eingangskapazität des Osziiloskop-Eingangs. Der
Abgleich erfolgt durch Betätigung einer Schraube am Abgleichgehäuse des Tastkopfes. Das zum Abgleich notwendige Referenzsignal (eine Rechteckschwingung) steht
(CAL." oder
an einem mit
"Probe adj." bezeichneten Kontakt an der Frontplatte
des Oszilloskops zur Verfügung.
LLEITUI\rG
SIGAIA
12
iert
hohe Frequenzem werden gedämpft.
u
nterko
m pe ns
:
richtig kompensiert :
a lle Freq u e nze n werden korrekt u bertragen. Der Tastkopf ist richtig abgeglichen.
Das Signal wird korrekt wiedergegeben.
iert :
hohe Frequenzen werden u berhöht.
u
berko
m pe ns
Abbildung 5: Abgleichzustände eines Tastkopfes
Abb. 5 zeigt die Oszillogramme für drei verschiedene Abgleichzustände eines Tastkopfes. Das mittlere Teilbild gibt den richtigen Abgleichzustand wieder.
Zusammenfassung:
1. Wenn die Ein- und Ausgänge von Geräten durch Angabe ihrer Innenwiderstände
(Impedanzen) gekennzeichnet sind, so benutzt man ein Kabel mit gieichem
Wellenwiderstand.
2. Wenn die Impedanz der Signalspannungsquelle unbekannt ist, benutzt man
einen Teiler-Tastkopf. Derselbe muß an dem verwendeten Oszilloskop-Eingang
abgeglichen werden.
3. Ist man im Zweifel, ob eine für ein Experiment vorgesehene, einfache Signalzuleitung ausreichend ist, so verwende man versuchsweise einen Tastkopf mit
hoher Impedanz und vergleiche die Signale miteinander.
SIGT{A LLEITUT\IG
13
Anmerkung:
In
Datenblättern für elektronische Instrumente taucht immer wieder der Begriff
Impedanz auf. Wie ist dieser Ausdruck zu verstehen?
Die korrekte Bedeutung des Wortes Impedanz ist: Wechselstrom-Scheinwiderstand.
Der Wechselstrom-Scheinwiderstand ist ein frequenzabhängiger Widerstand, den ein
mit Ohm'schen Widerstand, kapazitivem und induktivem Widerstand behaftetes
System einem Wechselstrom entgegensetzt:
Z_
R2+ (,
1 fif
Man muß einer solchen Impedanz-Angabe also immer hinzufügen bei welcher Frequenz f :# siegemessenwurde.
Die in den technischen Angaben zu den Geräten genannten Innenwiderstände, die
meist 'Impedanz'genannt werden, sind nicht immer als Impedanz im obigen Sinne zu
verstehen. Vielmehr werden meist der Ohm'sche (reele) Anteil und der kapazitive
und induktive (imaginäre) Anteil getrennt angegeben. Die eigentliche Impedanz
kann sich der Benutzer daraus für jede gewünschte Frequenz selbst errechnen.