Einfaches Oszilloskop am Timer 555
Wir messen exemplarisch an der Schaltung aus Weitere Oszillogramme vom Blinklicht und lernen mehr über den Umgang mit dem einfachen Oszilloskop DSO 150.
Der Kondensator wurde durch einen mit 10nF ersetzt.
Messungen
Das DSO 150 ist nicht sehr stabil
- Nach jedem Einschalten, von Zeit zu Zeit und wenn Mess- oder Zeitbereiche geändert wurden:
- Den Eingangswahlschalter auf GND stellen und die Null-V-Line durch 3 Sekunden langes Drücken der Taste V/DIV kalibrieren.
- Den Zeitbereich durch 3 Sekunden langes Drücken der Taste SEC/DIV kalibrieren.
- Wenn das Signal durchläuft, den Triggerpegel durch 3 Sekunden langes Drücken der Taste TRIGGER einstellen.
Messung am Ausgang Q
Wir beginnen mit dem Signal am Ausgang Q des LMC555.
Dafür müssen wir das Oszilloskop DSO150 einstellen.
DS0 150
Das DSO 150 hat nur einen Kanal.
- Mit V/DIV, SEC/DIV oder TRIGGER auswählen
- und mit ADJ einstellen.
- Mit OK zwischen HOLD und Running umschalten.
- Bedienung unter Einfaches Oszilloskop
Wir messen:
- Die Spannung an Q schaltet zwischen 0V und 5V.
- Die Periode ist 4,2*0,5ms=2,1ms, d.h. 476Hz.
Das stimmt mit unseren Messungen im Oszillogramm 6 in Weitere Oszillogramme vom Blinklicht überein.
Die Skalierung der Zeit auf 0.2ms (200µs) bereitet Probleme.
- Bei der Einstellung auf 0.2ms wird nur der Teil des Signals mit 5V vollständig angezeigt.
- Wir können aber den angezeigten Zeitbereich so verschieben, dass eine ganze Periode angezeigt wird:
- Mit SEC/DIV den Balken oben in der Mitte auswählen und mit ADJ verschieben.
Messung am Eingang TR
Die Einstellung der vorherigen Messung mit 0.5ms/DIV kann übernommen werden.
- Das Signal wird meistens durchlaufen, weil die Triggerung nicht passt.
- Wir korrigieren das, indem wir TRIGGER drei Sekunden lang gedrückt halten.
Die Messungen ergeben:
- Die Spannung an TR liegt zwischen 1,6V und 3,3V.
- Die Periode beträgt 4,8*0,5ms=2,4ms und die Frequenz 416Hz.
Messfehler
Die Frequenzmessung an Q und TR weichen voneinander ab: 476Hz statt 416Hz.
Die Abweichung von etwa 10% ist nicht auf die Ungenauigkeit des DSO150 zurückzuführen.
Es ist vielmehr der Einfluss des DSO150 auf die gemessene Schaltung.
Das DSO150 hat einen Eingangswiderstand von 1MΩ. Dieser Wert ist im Vergleich zu den Widerständen R1 und R2 nicht zu vernachlässigen.
- Eine Lösung wäre ein Tastkopf mit 10MΩ.
Messung am Ausgang DIS
Die Messungen ergeben:
- Die Spannung an DIS verläuft zwischen 3,3V und 4,0V.
- Die Periode ist 4,6*0,5ms=2,3ms und die Frequenz 436Hz.
- Auch hier macht sich der Eingangswiderstand des DSO150 bemerkbar.
Werte anzeigen
Die Werte werden angezeigt, wenn OK drei Sekunden betätigt wird.
Angezeigte Werte
| Freq : | Frequenz |
| Cycl : | Periode |
| PW : | Dauer |
| Duty : | Tastverhältnis |
| Vmax : | maximale Spannung |
| Vmin : | minimale Spannung |
| Vavr : | mittlere Spannung |
| Vpp : | Sitze-Spitze-Wert der Spannung |
| Vrms : | effektive Spannung |
Die Werte können wir an allen untersuchten Anschlüssen anzeigen.
Einige Werte:
| Anschluss | Frequenz | Minimale Spannung | Maximale Spannung |
| Q | 488Hz | -0,04V | 5,11V |
| TR | 412Hz | 1,70V | 3,36V |
| DIS | 440Hz | -0,04V | 4,01V |
| Uv | 0Hz | 5,11V | 5,11V |
| 0V | -- | -0,04V | 0,1V |
- Die maximale Spannung am Anschluss Q und der Versorgungsspannung zeigt, dass das DSO150 uns eine hohe Genauigkeit vorgaukelt, indem es die Spannungen mit zwei Nachkommastellen anzeigt, aber nur ungenaue Werte liefert.
- Die Versorgungsspannung beträgt exakt 5V und nicht 5,11V.
- 0V sind nicht -0,04V oder 0,1V.
- Ein Oszilloskop ist kein Digitalvoltmeter und das DSO150 schon gar nicht.
Wechselspannung
Im Praktikum Spannungen an einer blinkenden LED haben wir Gleich- und Wechselspannungen unterschieden. Mischspannungen bestehen aus einem Gleichspannungs- und einem Wechselspannungsanteil zusammen.
Betrachten wir beispielsweise die Spannung am Eingang TR des LMC555 im Oszillogramm DSO 3. Die dargestellte Spannung ist offensichtlich eine Mischspannung.
Mit einem Oszilloskop kann der Wechselspannungsanteil getrennt dargestellt werden. Wir brauchen nur den Schalter AC-DC-GND auf AC zu stellen. Dann wird nur der Wechselspannungsanteil angezeigt.
Eine Wechselspannung wechselt zwischen einem positiven und einem negativen Anteil. Um das darzustellen, müssen wir die 0V-Linie in die Mitte des Oszillogramms legen. Da die Spannungen kleiner sind, können wir auch den Messbereich anpassen.
Der Gleichspannungsanteil lässt sich nicht unmittelbar einem Oszillogramm entnehmen, sondern muss berechnet werden.
Wir beziehen uns auf das Oszillogramm DSO 5. Der Gleichspannungsanteil wurde berechnet: Es ist die mittlere Spannung Vavr=2,55V.
Da die Frequenz des Wechselspannungsanteils hoch genug ist, können wir den Mittelwert der Spannung auch mit einem Voltmeter messen. Es liefert 2,57V.
- Im Oszillogramm DSO 6 ist der Gleichspannungsanteil natürlich 0V.
Triggerung
Bisher haben wir beim Triggern immer die Stellung AUTO, die fallende ⬇ Flanke und den Triggerpegel automatisch eingestellt, indem wir TRIGGER drei Sekunden lang gedrückt haben.
Die Wirkung der Triggerung können wir am besten sehen, wenn wir den Eingang TR des LMC555 messen.
Wir wählen eine andere Triggerflanke: Wir drücken TRIGGER bis am unteren Rand das Symbol für die Flanke blau umrahmt ist. Mit ADJ kann nun die Flanke ausgewählt werden.
Das Signal springt dabei hin und her.
Wir betrachten das Signal an der Null-s-Linie in der Mitte der Anzeige.
Die Spannung an der Null-s-Linie entspricht dem Triggerpegel, der durch das Dreieck rechts markiert ist.
- Wenn die Triggerflanke steigend ⬆ ist, liegt die steigende ⬆ Flanke des Signals bei der Null-s-Linie auf diesem Pegel.
- Wenn die Triggerflanke fallend ⬇ ist, liegt die fallende ⬇ Flanke des Signals auf diesem Pegel.
Durch Drücken von TRIGGER kann das Dreieck rechts ausgewählt werden. Es wird dann blau dargestellt. Mit ADJ kann die Höhe dieses Dreiecks verschoben werden. Ist die Einstellung zu fein, kann durch kurzes Drücken von ADJ zwischen grob und fein gewechselt werden.
Durch das Verschieben des Triggerpegels wird der Triggerpunkt und damit das Signal verschoben.
Liegt der Triggerpegel über oder unter dem Signal, kann kein Trigger ausgelöst werden. In der Anzeige oben rechts erscheint ein blinkendes Waiting und das Signal läuft durch.
Das Durchlaufen ist eine Folge der automatischen Triggerung.
Durch Betätigen von TRIGGER wählen wir am unteren Rand AUTO aus. Es ist blau umrandet. Nun können wir mit ADJ zwischen NORM, SING oder AUTO umschalten. Wir wählen NORM.
Falls oben links HOLD angezeigt wird, drücken wir kurz OK.
Wenn im Modus NORM der Triggerpegel über oder unter dem Signal liegt, wird oben rechts ständig Waiting angezeigt. Das Oszilloskop wartet auf einen Trigger und die Anzeige wird nicht aktualisiert.
Verschieben wir den Triggerpegel in den Bereich des Signals, wird oben rechts Trigged angezeigt.
In den meisten Fällen ist die automatische Triggerung ausreichend. Es ist am besten, den Triggerpegel auf den Mittelwert des Signals einzustellen. Dies geschieht durch 3 Sekunden langes Drücken von TRIGGER.
Trigger-Modus SING
- Kann auch übersprungen werden.
Der Trigger-Modus SING, Single, ist dazu geeignet, einmalige Ereignisse aufzuzeichnen.
Das Oszilloskop wartet, bis die Triggerbedingungen also Flanke und Pegel erfüllt sind und zeichnet den Spannungsverlauf einmalig auf. Anschließend erscheint die Anzeige des Signals sowie links oben HOLD und rechts oben Trigged.
Die Aufzeichnung eines einzelnen Signals wird im Modus SING durch die Taste OK gestartet.
Werden lange Zeiten eingestellt, z.B. 0.2s, erscheint für einige Zeit oben rechts Holdoff und links Running. Danach wird auf Waiting umgeschaltet. Wenn die Triggerbedingung eingetreten ist, bleibt Running noch eine Weile stehen, bis dann HOLD erscheint.
Wir können dieses Verhalten leicht nachvollziehen.
Wir lassen die rote Eingangsklemme offen.
Wir stellen das DSO150 auf 1V, 0,2s, SING, fallende Flanke und den Triggerpegel etwas unter 5V ein.
- Vor 2. sammelt das Oszilloskop die Werte der Eingangsspannung.
- Nach 2. wird die Erfassung weiter fortgesetzt und auf das Eintreten der Triggerbedingung gewartet.
- Die Triggerbedingung tritt bei 3. ein. Die Datenerfassung wird fortgesetzt.
- Wenn genügend Daten nach dem Triggerpunkt gesammelt wurden, wird bei 4. auf HOLD geschaltet und 5. der Signalverlauf angezeigt.
Die Zeiten während Holdoff und vor HOLD und der Anzeige können recht lang sein. Es werden nämlich nicht nur die angezeigten Daten vor und nach dem Triggerpunkt erfasst, sondern etwa viermal so viele. Diese Daten können durch Verschieben des Anzeigebereichs anzeigt werden:
SEC/DIV drücken, bis das Rechteck oben in der Mitte blau erscheint. Das Rechteck, der Anzeigebereich, kann mit ADJ vor oder nach dem Triggerpunkt verschoben werden.
Fazit
- Das DSO150 ist mit einem Preis von etwa 40€ natürlich nicht mit einem semiprofessionellen Oszilloskop vergleichbar.
- Für Einsteiger kann es durchaus gute Dienste leisten.
- Mit dem DSO150 können einfache Signale ausreichend dargestellt werden.
- Wie Signale voneinander abhängen, kann nicht dargestellt werden, da das DSO150 nur einen Kanal hat.
- Es bietet die für ein Oszilloskop notwendigen Einstellungen:
- Eingangsspannungsbereich
- Null-V-Linie
- Zeitbasis
- Verschiebung des Zeitbereichs
- Trigger-Modus und
- Triggerpegel
- Halten der Anzeige
- Und das alles ist hübsch anzusehen.
- Messwerte können angezeigt werden.
- Spannungswerte werden mit hoher Genauigkeit vorgegaukelt, die oft nicht den tatsächlichen Werten entsprechen.
- Daraus berechnete Werte sind korrekt.
- Aufgrund der geringen Bandbreite von 200kHz ist es für viele moderne Anwendungen nicht geeignet.
- Der Eingangswiderstand von 1MΩ ist für moderne Messungen zu klein.
- Die Eingangsimpedanz (soll: 1MΩ // 10pF) wird nicht immer eingehalten,
- sodass Standard-Tastköpfe nicht verwendet werden können.
- Die Anzeige ist instabil und
- muss oft und bei Bereichswechsel nachjustiert werden.
- Die Verwendung von Steckernetzteilen ist nicht zu empfehlen.
- Parasitäre Spannungen aus dem Steckernetzteil stören die Messungen.
- Das DSO150 ist eigentlich für den mobilen Einsatz unter Verwendung einer 9V-Batterie gut geeignet.
- Leider fehlt eine Anzeige für zu niedrige Versorgungsspannung,
- zumal das DSO150 dann zu Fehlmessungen neigt.
- Ein 9V-Akku auf LiPo-Basis liefert eine konstante 9V Spannung.
- Das DSO150 ist ein Gerät für Einsteiger, um die Arbeit mit dem Oszilloskop kennen zu lernen.
- Es eignet sich für viele Praktika in der Praktischen Elektronik.
- Das DSO150 ist ein typisches softwarebasiertes Gerät.
- Mit Software lassen sich nette Features realisieren,
- die dafür notwendige Hardware ist jedoch unzureichend.