Anzeige eines Oszilloskops
Wir untersuchen die Schaltung des Praktikums Blinkende LED.
Wir wissen, dass sich die Spannung am Ausgang Q des LMC555 mit einer Frequenz von etwa 1Hz ein- und ausschaltet. Laut unserer Berechnung mit dem Tool Astabiler Timer 555 sind es 1,46Hz. Mit einem Oszilloskop können wir verfolgen, wie sich die Spannung verhält. Das folgende Video zeigt das Bild auf dem Oszilloskop (Oszillogramm).
Leider nur Bilder
In diesem Praktikum sowie in Oszillogramme vom Blinklicht und Weitere Oszillogramme vom Blinklicht werden zunächst nur die Messergebnisse mit einem Oszilloskop dargestellt.
- Auf die Bedienung des Oszilloskops wird nicht eingegangen.
- Dieses wird in einem späteren Praktikum nachgeholt.
- Die meisten Einsteiger besitzen kein Oszilloskop.
- Das in diesem Praktikum verwendete Oszilloskop kostet einige hundert Euro.
- Die Bedienung eines Oszilloskops ist etwas komplexer als die eines Digitalvoltmeters.
- Die Interpretation eines Oszillogramms ist ebenfalls komplexer als das Ablesen eines Digitalvoltmeters.
- Wir konzentrieren uns hier auf die Interpretation von Oszillogrammen
- und verwenden diese dann, um die Funktion eines Timers 555 zu verstehen.
Oszillogramm 1: Ausgangsspannung des LMC555
Das Oszillogramm zeigt den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung des LMC555. Sie wird von links nach rechts aufgezeichnet. Wenn die Aufzeichnung rechts angekommen ist, beginnt sie wieder links.
Wir erkennen sofort, dass
- die vertikale Achse des Oszillogramms die Spannungen darstellt
- und die horizontale Achse die Zeit.
Wir können abschätzen, dass die Frequenz des Signals am Ausgang etwa 1Hz beträgt.
Wir können Zeiten auch unmittelbar messen.
- Oben in der Mitte sehen wir 200ms. Damit ist gemeint, dass die vertikalen Linien 200ms (0,2s) auseinander liegen.
- Zwischen zwei steigenden Flanken des Signals liegen etwa 3,5*200ms=700ms=0,7s.
Dieses ist die Periode des Signals. Die Frequenz ist dann 1/0,7s~1.4Hz.
- Das stimmt gut mit unserer Berechnung von 1,46Hz überein.
-
Das Oszilloskop misst die Frequenz und zeigt sie unten rechts an: 1.00000Hz
Wir können auch die Spannungen ablesen.
- Unten links wird 2.00V angezeigt. Damit ist gemeint, dass die waagerechten Linien jeweils 2V auseinander liegen.
Zwischen der unteren und oberen Spannung des Signals liegen etwa 5V.
- Die Null-Linie ist fett in der Mitte der Vertikalen dargestellt.
- Das Oszillogramm stellt den zeitlichen Verlauf einer Spannung dar.
- Die Werte der Spannung können im Oszillogramm abgelesen werden.
- Die Spannungen können nicht so genau wie mit einem Voltmeter bestimmt werden.
Betrachten wir mehrere Durchläufe der Darstellung, so stellen wir fest, dass der Anfang der Darstellung jedes Mal anders aussieht.
Beim ersten Mal haben wir eine ansteigende Flanke.
Beim zweiten Mal eine ansteigende Flanke an einer anderen Stelle.
Beim dritten Mal haben wir eine fallende Flanke.
- Das Oszillogramm zappelt hin und her.
Das Signal wiederholt sich immer wieder. Die Kurve wird etwa sechsmal in einem Durchlauf dargestellt.
- Besser wäre es, das Signal ein- oder zweimal darzustellen.
- Außerdem wird nur die obere Hälfte des Bildschirms für die Darstellung ausgenutzt.
- Ein solches Oszillogramm ist für Messungen nicht gut geeignet.
Oszillogramm
Das folgende Oszillogramm wurde einem mit besser eingestellten Oszilloskop aufgenommen.
Oszillogramm aufnehmen
Mit modernen Oszilloskopen kann ein Foto eines Oszillogramms aufgenommen werden.
Das Oszillogramm 2 zeigt das gleiche Signal wie im Video Oszillogramm 1. Allerdings
- ist der Messbereich der Spannung mit 1V/Teil anstelle von 2V/Teil feiner gewählt
- sowie der Zeitbereich mit 80ms/Teil anstelle von 200ms/Teil.
- Die Linie für 0V liegt tiefer.
- Das Bild zappelt nicht mehr
- und die steigende Flanke liegt in der Mitte des Bildes.
Interpretation des Oszillogramms
- Die 0V-Linie ist durch das kleine gelbe Dreieck links markiert.
- Der Spannungsbereich (vertikal) ist unten rechts mit 1.00V pro Teil angegeben.
- Der Zeitbereich (horizontal) ist oben in der Mitte mit 80ms pro Teil angegeben.
Messungen
Wir stellen fest, dass
- das Ausgangssignal Q des LMC555 zwischen 0V und 4,5V wechselt,
- der Verlauf rechteckig und
- die Zeit einer Periode 8,6*80ms=688ms beträgt,
- d.h. die Frequenz ist f=1000ms/688ms=1,45Hz.
- Wir nähern uns dem berechneten Wert von 1,46Hz.
- Das Oszilloskop hält sich zurück und meint, dass es 0Hz sind.
Wenn wir den LMC555 weiter untersuchen wollen, wäre die Spannung am Kondensator C, d.h. an den Anschlüssen TR und THR des LMC555, interessant.
Interpretation des Oszillogramms
-
Die Farbe des Oszillogramms ist blau
- Die 0V-Linie ist durch das kleine blaue Dreieck links markiert.
- Der Spannungsbereich (vertikal) ist unten rechts mit 1.00V pro Teil angegeben.
- Der Zeitbereich (horizontal) ist oben in der Mitte mit 80ms pro Teil angegeben.
Messungen
Wir stellen fest, dass
- das Ausgangssignal des LMC555 zwischen 1,6V und 3,4V
- etwa dreieckförmig verläuft und
- die Dauer einer Periode 8,6*80ms=688ms ist,
- d.h. die Frequenz ist f=1/688ms=1,45Hz.
Abweichungen an den Anschlüssen Q und TR
| Wert | Ausgang Q | Eingang TR |
| Verlauf | rechteckig | dreieckig |
| Spannung | 0V - 4,5V | 1,6V bis 3,4V |
| Periode | 688ms | 688ms |
So geht es weiter
Es wäre interessant, beide Spannungen gleichzeitig darzustellen.
Im folgenden Praktikum Oszillogramme vom Blinklicht werden die beiden Spannungen an den Anschlüssen Q und TR gleichzeitig in einem Oszillogramm dargestellt.
Anschließend messen wir weitere Spannungen in der Schaltung des Blinklichts und erstellen weitere Oszillogramme. Insbesondere untersuchen wir, wie sich veränderte Werte der Bauelemente auswirken.