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 1Hz ein und ausschaltet. Mit einem Oszilloskop können wir verfolgen wie sich die Spannung verhält. Das folgende Video stellt das Bild auf dem Oszilloskop (Oszillogramm) dar.
Leider nur Bilder
In diesem Praktikum sowie Oszillogramme vom Blinklicht und Weitere Oszillogramme vom Blinklicht werden leider die Messergebnisse mit einem Oszilloskop nur als Bilder dargestellt.
- Auf die Bedienung des Oszilloskops wird nicht eingegangen.
- Dieses wird in einem späteren Praktikum nachgeholt.
- Die meisten Anfänger und Bastler haben kein Oszilloskop.
- Das in diesem Praktikum verwendete Oszilloskop kostet ein paar 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 sie dann, um die Funktion eines Timers 555 zu verstehen.
Oszillogramm 1: Spannung am Ausgang Q des LMC555
Wir sehen, wie sich die Spannung mit der Zeit ändert. 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 Spannungen darstellt
- und die horizontale die Zeit.
Wir können schätzen, dass die Frequenz des Signals am Ausgang etwa 1Hz ist.
Wir können Zeiten auch unmittelbar messen.
- Oben in der Mitte werden 200ms anzeigt. 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.
Das 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 stellt sie unten rechts dar: 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.
- Im Oszillogramm wird der zeitliche Verlauf einer Spannung dargestellt.
- Die Werte der Spannung kann im Oszillogramm abgelesen werden.
- Die Spannungen können nicht so genau wie mit einem Voltmeter bestimmt werden.
Betrachten wir mehrere Durchläufe der Darstellung, stellen wir fest, dass der Anfang der Darstellung jedes Mal anders aussieht.
Beim ersten Mal haben wir eine steigende Flanke.
Beim zweiten Mal eine steigende Flanke an einer anderen Stelle.
Beim dritten Mal haben wir fallende Flanke.
- Das Oszillogramm zappelt hin und her.
Das Signal wiederholt sich immer wieder. Die Kurve wird etwa sechs Mal in einem Durchlauf dargestellt.
- Besser wäre es, wenn das Signal ein oder zwei Mal dargestellt würde.
- Außerdem wird nur die obere Hälfte des Bildschirms für die Darstellung ausgenutzt.
- Ein solches Oszillogramm ist nicht gut für Messungen geeignet.
Oszillogramm
Das folgende Oszillogramm wurde einem besser eingestellten Oszilloskop aufgenommen.
Oszillogramm aufnehmen
Mit modernen Oszilloskopen kann ein Foto eines Oszillogramms aufgenommen werden.
Das Oszillogramm 2 stellt das gleiche Signal wie im Video Oszillogramm 1 dar. Allerdings
- ist der Messbereich der Spannung mit 1V/Teil anstelle von 2V/Teil feiner gewählt
- wie auch 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 wird durch das kleine Dreieck an der linken Seite 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 schaltet,
- der Verlauf rechteckig und
- die Zeit einer Periode 8,6*80ms=688ms ist,
- d.h. die Frequenz ist f=1000ms/688ms=1,45Hz ist.
- Wir sind noch näher an unserem berechneten Wert von 1,46Hz.
- Das Oszilloskop hält sich zurück und meint es seien 0Hz.
Wenn wir den LMC555 weiter untersuchen wollen, wäre die Spannung am Kondensator C interessant, d.h. an den Anschlüssen TR und THR des LMC555.
Interpretation des Oszillogramms
-
Die Farbe des Oszillogramms ist blau
- Die 0V-Linie wird durch das kleine Dreieck an der linken Seite 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 Zeit einer Periode 8,6*80ms=688ms ist,
- d.h. die Frequenz ist f=1/688ms=1,45Hz ist.
Abweichungen der Messung an den Anschlüssen Q und TR des LMC555
| Wert | Ausgang Q | Eingang TR |
| Verlauf | rechteckig | dreieckig |
| Spannung | 0V - 4,5V | 1,6V bis 3,4V |
| Periode | 688ms | 688ms |
So geht es weiter
Interessant wäre, 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
Danach messen wir weitere Spannungen in der Schaltung des Blinklichts und erstellen weitere Oszillogramme. Insbesondere untersuchen wir, welche Wirkung veränderte Werte von Bauelementen haben.