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E-Book

Richtig messen mit USB-Scope

Messpraxis und Zusatzgeräte für den Selbstbau

AutorFrank Sichla
VerlagFranzis
Erscheinungsjahr2009
Seitenanzahl192 Seiten
ISBN9783772337239
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis9,99 EUR
USB-Scopes erweitern Ihr Notebook oder Ihren PC zum leistungsfähigen Oszilloskop, dem Allround-Messgerät in der Elektronik.

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Leseprobe
7 Praktische Beurteilung eines Oszilloskops (S. 63-64)

Ein Oszilloskop kann man im Wesentlichen anhand seiner Daten aus den Unterlagen beurteilen. Feinheiten muss man durch praktische Tests auf die Spur kommen. Aufgeführt werden hier alle wichtigen Kriterien für analoge und digitale Typen.

7.1 Das A und O: die Bandbreite

Das wichtigste Qualitätsmerkmal ist die Bandbreite (beim digitalen Scope spricht man auch von analoger Bandbreite). Sie ist beim analogen Oszilloskop identisch mit der oberen –3-dB-Grenzfrequenz.

Merke: Je größer die Bandbreite, desto kleiner ist für eine bestimmte Messfrequenz der Fehler durch den Frequenzgang und umso getreuer werden Flanken dargestellt.

Das gilt uneingeschränkt nur für analoge Scopes. Beim digitalen Oszilloskop kann die Bandbreite auch von der Abbildungsqualität des Signals begrenzt werden. Hier existieren also zwei Kriterien: Amplitudenrückgang um 3 dB (29 %) einsetzende Verzerrung Während das erste Kriterium exakt definiert ist, hat man beim zweiten einen Interpretationsspielraum. Eine weitere Eigenheit der digitalen Scopes ist, das es zwei grundverschiedene Möglichkeiten des Abtastens gibt: Echtzeit- und periodisches Sampling (vgl. Abschnitt 5.2). Die meisten USB-Scopes beherrschen beide Spielarten. Mit periodischem Sampling sind in der Regel wesentlich höhere Bandbreiten möglich als mit Echtzeit-Sampling. Eine exakte Bandbreitenangabe für ein USB-Scope benötigt also noch zwei Zusatzinformationen und könnte beispielsweise so lauten:

Bandbreite 50 MHz (-3 dB, periodisch)

Theoretisch wird die Bandbreite von der Abtastrate bestimmt. Das könnte dazu verleiten, die Abtastrate(n) als entscheidendes Kriterium anzusehen. Das praktische Verhalten der USB-Scopes lehrt jedoch, dass die Abtastrate hier keine verlässliche Richtschnur für die Bandbreite darstellt. Der Frequenzgang kann von Scope-Typ zu Scope-Typ variieren. Man kann den Frequenzgang mit dem amplitudenkonstanten Signal eines durchstimmbaren HF-Gene- rators austesten.

Dabei darf die Eingangskapazität des Oszilloskops auch bei den üblichen 50 Ohm Innenwiderstand des Messgenerators nicht vernachlässigt werden. Bei einem Wert von 35 pF ergibt sich bei 10 MHz ein Blindwiderstand von 457 Ohm, also eine nennenswerte Belastung. Bei 10 MHz ist dann also schon von einem Messfehler von mehreren Prozent auszugehen. Bei höheren Frequenzen spielt noch der reduzierte ohmsche Anteil des Scope-Eingangswiderstands mit hinein. Um diese Einflüsse zu vermindern, kann man einen niederohmigen Spannungsteiler zwischenschalten. Besteht dieser beispielsweise aus Widerständen von 47 und 5,6 Ohm, liegt der Quellwiderstand für das Scope bei 5 Ohm, die Spannungsteilung bei 10 gegenüber 50-Ohm-Abschluss bzw. 20 gegenüber Leerlauf. Sowohl die Widerstandswerte als auch der Teilerfaktor sind unkritisch, wichtig ist nur die Senkung des Quellwiderstands für das Scope. 7.2 Das Impulsverhalten Ein ebenfalls wichtiges Kriterium jedes Oszilloskops ist das Impulsverhalten.

Ein praktisch tadelloser Impuls sollte auch so abgebildet werden. Das gelingt den Oszilloskopen nur eingeschränkt, denn bereits theoretisch können ansteigende und abfallende Flanke nicht mit Originalgeschwindigkeit nachvollzogen werden. Die Scope-Darstellung ist also weniger steil – das bedeutet eine höhere Anstiegs- und Abfallzeit als in der Wirklichkeit. Der Amplitudenspielraum für diese Zeiten ist definiert von 10 auf 90 % bzw. von 90 auf 10 % der Impulshöhe.

Das analoge Scope kann einer idealen Flanke nur gemäß der Formel t = 0,35 / Bandbreite folgen. Dies ist auch bei den meisten USB-Scopes der Fall. Ein 35-MHz-Scope würde demnach einer idealen Flanke in nur 10 ns folgen können (0,35 / 35 MHz = 0,01 µs = 10 ns). Die Eigenanstiegszeit des Scopes beträgt 10 ns. Das zeigt, dass eine hohe Bandbreite auch für die möglichst getreue Darstellung von digitalen Signalen unentbehrlich ist. Weiter sollte das Überschwingen gering sein, das Impulsdach sollte möglichst perfekt wirken.
Inhaltsverzeichnis
Cover1
Copyright5
Vorwort6
Inhaltsverzeichnis7
1. Das Messen in Elektrotechnik, Elektronik und Funktechnik12
1.1 Die Elektrotechnik12
1.2 Die Elektronik16
1.3 Elektrische und elektronische Bauelemente18
1.4 Die Funktechnik20
1.5 Analog- und Digitaltechnik23
1.6 Die Sicherheit25
2. Spannung, Strom, Widerstand und Leistung27
2.1 Die elektrische Spannung27
2.2 Der elektrische Strom29
2.3 Der elektrische Widerstand und das ohmsche Gesetz30
2.4 Die elektrische Leistung32
2.5 Warum Hoch- und Niederspannung?32
3.Der Universal Serial Bus (USB)34
3.1 USB näher vorgestellt34
3.2 USB – bemerkenswerte Vorteile35
3.3 Die Stecker und das Kabel36
4. Das Oszilloskop und seine Bedienung40
4.1 Die wichtigsten Bedienelemente40
4.2 Vorbereitung zur Messung42
4.3 Spannungsmessung42
4.4 Frequenzermittlung43
4.5 Ermittlung einer Phasenverschiebung43
4.6 Wenn ein zweiter Kanal hinzukommt44
5. Digitale Oszilloskope47
5.1 Die Analog-Digital-Wandlung47
5.2 Das DSO49
5.3 Das DPO52
5.4 Das Sampling-Oszilloskop53
5.5 Das USB-Scope53
6. Grundtypen des USB-Scopes55
6.1 Das USB-Hand-Scope (Pen-Scope)55
6.2 Das USB-Mini-Scope (Pocket-Scope)56
6.3 Das USB-Standard-Scope58
6.4 Das USB-Profi-Scope (Highend-Scope)60
6.5 Das USB-Kombi-Instrument mit Scope61
6.6 Auswahl- und Kauftipps62
7. Praktische Beurteilung eines Oszilloskops64
7.1 Das A und O: die Bandbreite64
7.2 Das Impulsverhalten65
7.3 Minimaler Triggerpegel und maximale Frequenz66
7.4 Die Linearität66
7.5 Das Übersteuerungsverhalten68
7.6 Die Sampling Rate68
7.7 Vertical Resolution70
7.8 Waveform Capture Rate71
7.9 Record Length71
7.10 Die Speichertiefe71
8. Tipps für die Messung mit dem USB-Scope73
8.1 Werte an Spannungen73
8.2 Beachtung von Bandbreite und Anstiegszeit75
8.3 Was bei Tastköpfen wichtig ist76
8.4 Die Vorteile eines Vorteilers77
8.5 Messen von Analogsignalen81
8.6 Messen von Digitalsignalen83
8.7 Trigger- und Sample-Rate-Einstellung85
9. Weiteres zu USB-Scopes87
9.1 Kalibriergenerator87
9.2 Funktionsgenerator (Wafeform Generator)88
9.3 Spectrum Analyzer88
9.4 Frequenzmesser90
9.5 Voltmeter91
9.6 Datenlogger (Data Logger)91
10. Einfache aktive Tastköpfe92
10.1 Tastkopf in Drainschaltung92
10.2 Tastkopf mit zwei SFETs95
10.3 Tastköpfe mit SFET und Bipolartransistor96
11. Mehrkanalschalter- Vorsätze98
11.1 Grundsätzliche Hinweise zum Aufbau98
11.2 Zweikanalschalter mit Operationsverstärkern99
11.3 Zweikanalschalter mit SFET-Vorstufen102
11.4 Erweiterung auf vier Kanäle104
11.5 Multikanalschalter mit CMOS-Logik-ICs105
12. Wobbeln mit dem USB-Scope108
12.1 Wobbler: Grundtypen und Grundfunktion108
12.2 Darstellungsmöglichkeiten109
12.3 Begriffe der Wobbelmesstechnik110
12.4 Besonderheit beim USB-Scope112
13.Schaltungen für Wobbelzusätze113
13.1 Audiofilter-Wobbler113
13.2 Vielseitiger NF-Wobbler115
13.3 Wobbelzusatz für keramische Filter117
13.4 Low-Cost-HF-Wobbler119
13.5 Logarithmischer NF-Wobbler120
14. Weitere interessante Scope-Zusatzschaltungen123
14.1 Vierfach-Spannungsvergleicher123
14.2 Grafik auf dem Scope-Bildschirm124
14.3 Bargraph-Anzeige126
14.4 Kennlinienschreiber-Zusatz129
14.5 Modulationsmonitor-Zusatz132
15. Noch mehr USB-Messtechnik135
15.1 PC-Karten/-Module135
15.2 Das „Messlabor“137
15.3 Der Datenlogger138
16. Prüfen und Testen von USB-Scopes141
16.1 Die Bandbreite141
16.2 Triggerung142
16.3 Flankendarstellung142
16.4 Zusatzfunktion FFT142
17. Das Hand-Scope PS40M10143
17.1 Wichtige technische Daten144
17.2 Besonderheiten144
17.3 Bandbreite144
17.4 Triggerung144
17.5 Flankendarstellung146
17.6 FFT146
17.7 Fazit147
18 Das Mini-Scope USBscope50149
18.1 Wichtige technische Daten149
18.2 Besonderheiten150
18.3 Bandbreite150
18.4 Triggerung152
18.5 Flankendarstellung152
18.6 FFT153
18.7 Fazit153
19. Das Standard-USB-Scope RedScope155
19.1 Wichtige technische Daten156
19.2 Besonderheiten156
19.3 Bandbreite156
19.4 Triggerung158
19.5 Flankendarstellung158
19.6 FFT159
19.7 Fazit159
20 Das Scope DSO-21 0 USB161
20.1 Wichtige technische Daten161
20.2 Besonderheiten162
20.3 Bandbreite162
20.4 Triggerung163
20.5 Flankendarstellung163
20.6 Fazit164
21. Das Standard-Scope DSO-2090 USB165
21.1 Bandbreite, Triggerung, Flankendarstellung165
21.2 Fazit166
22. Das Profi-Scope M523167
22.1 Wichtige technische Daten168
22.2 Besonderheiten168
22.3 Bandbreite168
22.4 Triggerung170
22.5 Flankendarstellung170
22.6 Fazit170
23 Das Profi-Scope CleverScope 328171
23.1 Wichtige technische Daten171
23.2 Besonderheiten173
23.3 Bandbreite173
23.4 Triggerung175
23.5 Flankendarstellung175
23.6 Fazit176
24 Das Highend-Scope PicoScope 5203177
24.1 Wichtige technische Daten178
24.2 Besonderheiten179
24.3 Bandbreite179
24.4 Triggerung181
24.5 Flankendarstellung181
24.6 FFT182
24.7 Fazit182
25. Das vielseitige MEphisto Scope183
25.1 Funktionen184
25.2 Oszilloskop185
25.3 FFT187
25.4 XY-Betrieb187
25.5 Voltmeter188
25.6 Logikanalysator189
25.7 Datenlogger189
25.8 Digitale Ein- und Ausgänge190
25.9 Fazit191
Sachverzeichnis192

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