Wozu dient ein Oszilloskop und wie misst man Strom, Spannung, Frequenz und Phasenverschiebung

Ein Oszilloskop ist ein Gerät, das die Stromstärke, Spannung, Frequenz und Phasenverschiebung eines Stromkreises anzeigt. Das Gerät zeigt das Verhältnis von Zeit und Intensität des elektrischen Signals an. Alle Werte werden anhand eines einfachen zweidimensionalen Diagramms angezeigt.

Wozu dient ein Oszilloskop?

Ein Oszilloskop wird von Elektronikern und Funkamateuren verwendet, um Folgendes zu messen:

• die Amplitude des elektrischen Signals - das Verhältnis von Spannung und Zeit;
• die Phasenverschiebung analysieren;
• sehen Sie die Verzerrung des elektrischen Signals;
• Berechnen Sie anhand der Ergebnisse die Frequenz des Stroms.

Trotz der Tatsache, dass das Oszilloskop die Eigenschaften des analysierten Signals zeigt, wird es häufiger verwendet, um Prozesse zu identifizieren, die in einem elektrischen Stromkreis auftreten.Dank des Oszillogramms erhalten Spezialisten folgende Informationen:

• Form eines periodischen Signals;
• Wert positiver und negativer Polarität;
• Bereich der zeitlichen Signaländerung;
• die Dauer der positiven und negativen Halbwelle.

Die meisten dieser Informationen können mit einem Voltmeter erhalten werden. Allerdings müssen dann Messungen im Sekundentakt durchgeführt werden. Gleichzeitig ist der Anteil an Rechenfehlern groß. Die Arbeit mit einem Oszilloskop spart viel Zeit bei der Beschaffung der notwendigen Daten.

Das Funktionsprinzip des Oszilloskops

Ein Oszilloskop misst mit einer Kathodenstrahlröhre. Dies ist eine Lampe, die den analysierten Strom in einen Strahl fokussiert. Es trifft auf den Bildschirm des Geräts und weicht in zwei senkrechte Richtungen aus:

• vertikal - zeigt die untersuchte Spannung;
• horizontal - zeigt die verstrichene Zeit an.

Zwei Paare von Kathodenstrahlröhrenplatten sind für die Ablenkung des Strahls verantwortlich. Diejenigen, die vertikal angeordnet sind, sind immer erregt. Dies hilft, die Polaritätswerte zu verteilen. Positive Anziehung weicht nach rechts ab, negative Anziehung weicht nach links aus. Somit bewegt sich die Linie auf dem Instrumentenbildschirm mit konstanter Geschwindigkeit von links nach rechts.

Auf die horizontalen Platten wirkt außerdem ein elektrischer Strom, der den Strahlspannungsanzeiger ablenkt. Positive Ladung ist oben, negative Ladung ist unten. Auf dem Display des Geräts erscheint also ein lineares zweidimensionales Diagramm, das 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 standardmäßigen 2D-Liniendiagramm gibt es auch kreisförmige und spiralförmige Sweeps. Ihre Verwendung ist jedoch nicht so komfortabel wie bei klassischen Oszillogrammen.

Klassifizierung und Typen

Es gibt zwei Haupttypen von Oszilloskopen:

• analog - Geräte zur Messung von Durchschnittssignalen;
• digital - Geräte wandeln den empfangenen Messwert in ein "digitales" Format zur weiteren Informationsübertragung um.

Nach dem Wirkprinzip gibt es folgende Einteilung:

1. Universelle Modelle.
2. Spezialausrüstung.

am beliebtesten sind Universalgeräte. Diese Oszilloskope werden verwendet, um verschiedene Arten von Signalen zu analysieren:

• harmonisch;
• Einzelimpulse;
• Impulspakete.

Universalgeräte sind für eine Vielzahl von Elektrogeräten ausgelegt. Sie ermöglichen die Messung von Signalen im Bereich weniger Nanosekunden. Der Messfehler beträgt 6-8%.

Universal-Oszilloskope werden in zwei Haupttypen unterteilt:

• Monoblock - haben eine gemeinsame Messspezialisierung;
• mit austauschbaren Blöcken - Anpassung an eine bestimmte Situation und Gerätetyp.

Für eine bestimmte Art von Elektrogeräten werden spezielle Geräte entwickelt. So gibt es Oszilloskope für Funksignal, Fernsehübertragung oder Digitaltechnik.

Universal- und Spezialgeräte sind unterteilt in:

• Hochgeschwindigkeit - wird in Hochgeschwindigkeitsgeräten verwendet;
• Speicher - Geräte, die zuvor erstellte Indikatoren speichern und reproduzieren.

Bei der Auswahl eines Geräts sollten Sie die Klassifizierungen und Typen sorgfältig studieren, um ein Gerät für eine bestimmte Situation zu kaufen.

Gerät und wichtigste technische Parameter

Jedes Gerät hat eine Reihe der folgenden technischen Eigenschaften:

1. Der Koeffizient möglicher Fehler beim Messen der Spannung (bei den meisten Geräten überschreitet dieser Wert nicht 3%).
2. Der Wert der Gerätegrundlinie – je größer dieses Merkmal, desto länger der Beobachtungszeitraum.
3. Synchronisationskennlinie, beinhaltet: Frequenzbereich, Maximalpegel und Systeminstabilität.
4. Parameter der vertikalen Abweichung des Signals mit der Eingangskapazität des Geräts.
5. Sprungantwortwerte, die Anstiegszeit und Überschwingen zeigen.

Neben den oben aufgeführten Grundwerten verfügen Oszilloskope über zusätzliche Parameter in Form einer Amplituden-Frequenz-Kennlinie, die die Abhängigkeit der Amplitude von der Signalfrequenz aufzeigt.

Digitale Oszilloskope haben auch viel internen Speicher. Dieser Parameter ist für die Menge an Informationen verantwortlich, die das Gerät aufzeichnen kann.

Wie Messungen durchgeführt werden

Der Bildschirm des Oszilloskops ist in kleine Zellen unterteilt, die Divisionen genannt werden. Je nach Gerät entspricht jedes Quadrat einem bestimmten Wert. Die beliebteste Bezeichnung: eine Division - 5 Einheiten. Außerdem gibt es bei einigen Geräten einen Knopf zum Steuern der Skalierung des Diagramms, so dass es für Benutzer bequemer und genauer ist, Messungen vorzunehmen.

Bevor Sie mit irgendeiner Messung beginnen, müssen Sie das Oszilloskop an den Stromkreis anschließen. Die Sonde wird an einen der freien Kanäle angeschlossen (wenn das Gerät mehr als 1 Kanal hat) oder an den Impulsgenerator, sofern im Gerät vorhanden. Nach dem Anschließen erscheinen verschiedene Signalbilder auf dem Display des Geräts.

Wenn das vom Gerät empfangene Signal intermittierend ist, liegt das Problem in der Verbindung der Sonde. Einige von ihnen sind mit Miniaturschrauben ausgestattet, die angezogen werden müssen. Auch bei digitalen Oszilloskopen löst die automatische Positionierungsfiktion das Problem eines intermittierenden Signals.

Strommessung

Bei der Strommessung mit einem digitalen Oszilloskop sollten Sie herausfinden, welche Art des Stroms muss beachtet werden. Oszilloskope haben zwei Betriebsmodi:

• Direct Current ("DC") für Gleichstrom;
• Wechselstrom ("AC") für Variable.

Gleichstrom wird bei aktiviertem Modus „Gleichstrom“ gemessen. Die Sonden des Gerätes sollten direkt polrichtig an die Stromversorgung angeschlossen werden. Das schwarze Krokodil gesellt sich zum Minus, das rote Krokodil zum Plus.

Auf dem Bildschirm des Geräts wird eine gerade Linie angezeigt. Der Wert der vertikalen Achse entspricht dem Konstantspannungsparameter. Die Stromstärke kann nach dem Ohmschen Gesetz (Spannung dividiert durch Widerstand) berechnet werden.

Wechselstrom ist eine Sinuskurve, da auch die Spannung variabel ist. Daher kann sein Wert nur in einem bestimmten Zeitraum gemessen werden. Der Parameter wird ebenfalls nach dem Ohmschen Gesetz berechnet.

Spannungsmessung

Um die Spannung eines Signals zu messen, benötigen Sie die vertikale Koordinatenachse eines linearen zweidimensionalen Diagramms. Aus diesem Grund wird der Höhe der Wellenform alle Aufmerksamkeit geschenkt. Bevor Sie mit der Beobachtung beginnen, sollten Sie daher den Bildschirm bequemer für die Messung einstellen.

Dann versetzen wir das Gerät in den DC-Modus. Wir befestigen die Sonden an der Schaltung und beobachten 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 Konzepte miteinander verbunden sind. Eine Periode ist die kleinste Zeitspanne, nach der sich die Amplitude zu wiederholen beginnt.

Am Oszilloskop lässt sich die Periode besser anhand der horizontalen Zeitachse ablesen. Es muss nur beachtet werden, nach welcher Zeit das Liniendiagramm beginnt, sein Muster zu wiederholen. Es ist besser, den Beginn der Periode als Berührungspunkte mit der horizontalen Achse und das Ende der Wiederholung derselben Koordinate zu betrachten.

Um die Periode des Signals bequemer messen zu können, wird die Sweep-Geschwindigkeit verringert. In diesem Fall ist der Messfehler nicht so hoch.

Die Frequenz ist ein Wert, der umgekehrt proportional zum analysierten Zeitraum ist. Das heißt, um den Wert zu messen, müssen Sie eine Sekunde Zeit durch die Anzahl der Perioden dividieren, die in diesem Zeitraum auftreten. Die resultierende Frequenz wird in Hertz gemessen, der Standard für Russland ist 50 Hz.

Phasenverschiebungsmessung

Es wird die Phasenverschiebung betrachtet - die relative Position zweier oszillatorischer Prozesse in der Zeit. Der Parameter wird in Bruchteilen der Signalperiode gemessen, so dass unabhängig von der Art der Periode und Frequenz dieselben Phasenverschiebungen einen gemeinsamen Wert haben.

Zunächst gilt es vor der Messung herauszufinden, welches der Signale dem anderen nacheilt und dann den Vorzeichenwert des Parameters zu bestimmen. Wenn der Strom voreilt, dann ist der Winkelverschiebungsparameter negativ. In dem Fall, dass die Spannung voraus ist, ist das Vorzeichen des Werts positiv.

Um den Grad der Phasenverschiebung zu berechnen, sollten Sie:

1. Multiplizieren Sie 360 ​​Grad mit der Anzahl der Gitterzellen zwischen dem Beginn der Perioden.
2. Teilen Sie das Ergebnis durch die Anzahl der Divisionen, die von einer Signalperiode belegt werden.
3. Wählen Sie ein negatives oder positives Vorzeichen aus.

Es ist unpraktisch, die Phasenverschiebung in einem analogen Oszilloskop zu messen, da die auf den Bildschirmen angezeigten Graphen dieselbe Farbe und denselben Maßstab haben. Für derartige Beobachtungen werden entweder ein digitales Gerät oder zweikanalige Geräte verwendet, um unterschiedliche Amplituden auf einen separaten Kanal zu legen.

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