Oszilloskop

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Ein Oszilloskop dient zur grafischen Darstellung des Spannungsverlaufs eines oder mehrerer elektrischer Signale in einem einstellbaren Zeitfenster. Es ist das wichtigste Werkzeug der Elektrotechniker.

Anfragen bezüglich Kaufberatung im Forum

Kritik an den Anfragen

Im Forum finden sich regelmäßig Anfragen nach individueller Beratung zum Oszilloskopkauf. Die Anzahl solcher Oszilloskop-Threads hat schon lange die 1000 überschritten. Sie sind langweilig, eine Qual und oft unnütz - besonders dann, wenn sich der Fragesteller offenbar nicht mit den Grundlagen eines Oszilloskops und den wichtigsten Kennzahlen bekanntgemacht hat oder nicht einmal weiß, was er überhaupt messen will. Auch, wenn ein Fragesteller ein paar Grundlagen besitzt, hat er anscheinend meistens keine Lust, verständlich darzustellen, was er genau will und lässt sich stattdessen umständlich befragen.

Den meisten regelmäßigen Forumbenutzern ist daher gründlich die Lust an Oszilloskop-Threads vergangen. Dort "diskutieren" eigentlich nur noch Trolle und anonyme Gäste, die oft genug nur Werbung über Billigangebote über die x-te Ausgabe einer billigen, als Oszilloskop bezeichneten Plastikkiste, einem super tollen eBay-Schnäppchen oder angeblicher asiatischer Wundertüten.

Links für Anfänger

Wer sich ernsthafte Beratung wünscht und eine "sanfte" Einführung in das Thema sucht, kann sich die englischsprachige YouTube-Videos von AfroTechMods anschauen:

http://afrotechmods.com/tutorials/2011/11/27/oscilloscope-tutorials

Dazu passt auch sein Tutorial über Funktionsgeneratoren: http://afrotechmods.com/tutorials/2011/11/27/function-generator-tutorial.

Eine gute Einführung bilden auch zwei Videotutorials der Technischen Universität Graz. Im ersten Tutorial (https://youtu.be/UzpBQq2X9aA) werden die grundlegenden Bedienelemente, als auch Themen wie Skalierung, Offset, Kopplung und Trigger behandelt. Im zweiten Tutorial (https://youtu.be/jiRPqGFmNiI) geht es um Tastköpfe, den XY Modus, die Single Shot Funktion, Mathematik- und Messfunktionen, sowie Cursors.

Maßgeschneidert?

Besonders die immer wiederkehrende Forderung, dass es unbedingt das maßgeschneiderte Oszilloskop zum Superpreis genau für den Fragesteller geben muss, ist sinnlos. Wer mit diesem Anspruch kommt, der wird enttäuscht werden. Das gibt es nicht, und gute Oszilloskope kosten Geld, da qualitativ hochwertige Geräte keine Massenware sind. Lediglich billige Geräte werden in grosser Zahl hergestellt und sind entsprechend preiswert, diese sind jedoch für anspruchsvolle Anwender meist untauglich, da genau an den wichtigen Dingen gespart und nur auf Optik gesetzt wird.

Gebrauchte Oszilloskope

Wer wenig Erfahrung mit Elektronikreparaturen hat, sollte sehr vorsichtig sein und den Markt gut beobachten.

Bei Gebrauchtware gibts stets das Risiko, ein defektes oder verbasteltes Gerät von Privat zu erwerben, deshalb sollte sich ein Käufer vorher die Rückgabemöglichkeit schriftlich zusichern lassen. Vom Kauf auf reinen Kleinanzeigenplattformen, wo der Verkäufer keinerlei Identitätsprüfung unterzogen wird, ist immer abzuraten.

Vorsicht ist auch bei gewieften Formulierungen geboten, die einen Totalschaden nur umschreiben, so wie z.B. "Dachbodenfund", "Keine Ahnung davon", "Keine Möglichkeit zu testen" oder "Funktioniert, aber aus rechtlichen Gründen (Garantie) als defekt für Bastler".

Häufig sind angebotene Geräte auch ehemalige "Fernseh"-Oszis, d.h. sie stammen aus der Zeit, als noch Bildröhren-TVs repariert wurden. Ihr Einsatzbereich endet i.d.R. bei mit 10-20 Mhz Bandbreite, mehr war zur TV-Reparatur nicht notwendig. Solche Geräte sind heutzutage kaum brauchbar wenn man einmal mehr als NF und niedere HF untersuchen will.

Es gibt kaum einen Markt für Topgeräte. Gute gebrauchte Geräte gibt es z.B. auf Fachbörsen für Funk und Elektronik, auch geben professionelle Gebrauchthändler Gewährleistung oder Garantie - allerdings oft zu derart überhöhten Preisen, dass ein Neukauf attraktiver ist.

Will man wirklich ein geeignetes Gebrauchtgerät finden, so muß man vorher seine Anforderungen formulieren:

  • Welche Signale werde ich untersuchen? Die höchste denkbare Frequenz *3 bestimmt die Bandbreite
  • Wieviele Kanäle brauche ich? Selbst ein I2c benötigt zwei Kanäle zur Beobachtung, ein SPI mindestens 3.
  • Muß ich Messungen dokumentieren? Nein, dann reicht ein vielleicht ein gebrauchtes HP 54xxx, sehr gute Geräte gehen bis 4 Kanäle, 500MHz Bandbreite und 1Gs/s. Ja, dann sollte eine USB- (Treiber aktuell verfügbar?) oder LAN-Schnittstelle existieren.

Historische Exportmöglichkeiten wie RS232-Schnittstelle oder Floppy-Drive sollte man sich aber nur antun, wenn man wirklich sicher ist, auch in 5 Jahren diese noch verwenden zu können.

Mit den entsprechenden Kenntnissen und Erfahrung konnten aber schon viele Geräte wiederbelebt werden.

Erfahrungen?

Eine Vorgehensweise, von der man auch abraten muss, ist das kritiklose Übernehmen der Erfahrungen anderer Foren-Mitglieder! Viele Antworten kommen von unerfahrenen Nutzern, die wenig Übersicht besitzen und kaum Vergleichsmöglichkeiten hatten. Manche Antworten kommen sogar von Posern, die als anonymer Gast lediglich trollen möchten oder sie reden eines schön, weil sie "zufällig" gerade *das* zu verkaufen haben. Auch gibt es die, die sich ihr eigenes Oszilloskop deshalb unbewusst schönreden, um innerlich ihren Kauf zu rechtfertigen. Aufpassen muss man insbesondere mit Vorurteilen von Szeneusern wie Funkamateueren und professionellen Nutzern, die über Jahre nur eine Marke gewöhnt sind, nämlich die, welche die Firma in der sie arbeiten, favorisiert. Die Qualität von solchen Geräten ändert sich von Typ zu Typ und kann besonders bei Neulingen unter den Herstellern rasch verbssern, während alteingesessene Marken mit ihren Umsätzen einen großen Wasserkopf finanzieren müssen und Ingenieure abbauen, wo es nur geht. Oft gehörte Märchen sind z.B.:

  • Kauf ja kein Gerät aus Asien!
  • Unter LeCroy | Keysight | Yokogawa | Tektronix geht gar nichts!
  • Nur Gebrauchtgeräte lohnen sich!

Dazu ist zu sagen, dass die Technik heute eine wesentlich Bessere ist oder sein kann, wenn man darauf abzielt, ein langlebiges Produkt zu bauen. Da auch etablierte Hersteller sparen wollen und in Asien fertigen, macht der Name der Marke nur noch wenig Aussage. Hinweise wie mein vor 30 Jahren gekauftes Markengerät funktioniert noch heute tadellos sind ebenfalls ziemlich sinnlos. Der Hersteller wird dieses Gerät gar nicht mehr anbieten und er wird schon gar nicht mehr mit der gleichen Qualität fertigen, wie vor 30 Jahren. Dazu ist der Kostendruck zu hoch und Technologien haben sich geändert. Selten sind die neuen Technologien heute so robust, wie die vor 30 Jahren.

Als Unerfahrener kann man daher aus den Antworten nicht herauslesen, ob sie wirklich auf Erfahrung beruhen. Man braucht also gewissermassen selbst Erfahrung, um die Erfahrungsberichte anderer richtig einzuordnen.

Ein anderer Aspekt aus vielen Threads ist, dass etliche Fragesteller die Erfahrungen umgekehrt gar nicht zur Kenntnis nehmen wollen, wenn sie der eigenen Wunschvorstellung widersprechen. So etwas nennt man beratungsresistent. Da stellt sich schon mal heraus, dass der Fragesteller schon längst ein Gerät bestellt hat und jetzt gebauchpinselt werden will. Eine Zeitverschwendung für alle.

Erfahrungen mit eigenen Geräten lassen bedingt den Schluss zu, welche Marken grundsätzlich empfehlenswert sind, weil dort gegebenenfalls mehr auf Qualität geachtet wird.

Zusatzkosten beim Kauf im Ausland

Siehe Hauptartikel Zoll und Abgaben.

Viele Nutzer glauben noch immer, dass Elektronikkauf aus dem Ausland einen Geldvorteil bringt. Die muss aber nicht so sein, selbst wenn es das Herstellungsland des Gerätes ist: Beim Kauf eines scheinbar preisgünstigen Gerätes aus dem Ausland ist zu beachten, dass hier neben Versandkosten noch Zoll und Abgaben fällig werden. Ein PC-basiertes Messinstrument mit Oszilloskopfunktion für US$ 719,- aus Taiwan kostet dann z.B. letztendlich 875,- €, die sich so zusammensetzen:

  • Umrechnung in Euro (und Zollveranschlagung): 650,- €
  • Umsatzsteuer: 123,- €
  • Zollgebühren: 60,- €
  • Versand und Bankgebühren: 44,- €

Der Preis unterscheidet sich am Ende kaum noch vom dem des lokalen Händlers. Aber der gibt auch noch Garantie, so dass ein Defekt nicht zum Totalverlust wird, bzw. die Garantieleistung ist leichter zu erwirken. Als ein persönliches Beispiel kann ein Logic-Analyzer mit Oszilloskopfunktion genannt werden, der von der bekannten chinesischen Plattform zu $77,- erworben wurde, was nur gut die Hälfte des Preises war, zu dem es beim inländischen Distri erhältlich war. Dies war möglich, weil es im Wert falsch deklariert wurde und weder Umsatzsteuer noch Zoll berechnet wurde. Das Gerät gab dann aber schon noch 3 Monaten den Geist auf. Den Händler auf der Plattform gab es nicht mehr.

Inzwischen sind die Produkte dort ohnehin mit UST belastet, wodurch man sehr genau rechnen muss und sich ein Kauf überhaupt nur lohnt, wenn es ein Produkt nur dort gibt. Da die meisten günstigen Oszilloskope ohnehin aus China kommen, ist der Kauf eines solchen Gerätes mit großer Sicherheit preisgünstig. Ein scheinbar ähnlich gutes Gerät kann daher nicht wirklich billiger sein.

Spielzeuge aller Art

Preisgünstiges "Spitzenoszilloskop" 5Gs

Vor allem auf online-Börsen tauchen in jüngster Zeit immer öfter seltsam günstige Geräte auf: Offensichtlich scheint es gerade Mode zu sein, einen schwachbrüstigen Analog-Digital-Konverter hinter eine eher zufällig gewählte, krumme analoge Eingangsschaltung zu klemmen und an einen Mikrocontroller mit Grafik-LCD anzuschließen, um es als digitales Speicheroszilloskop (DSO) zum Sonderpreis zu verkaufen.

Je nach Hersteller wird so ein Gerät komplett ohne Gehäuse geliefert, was mit Hinblick auf die Funktion und auch die Sicherheit sehr fragwürdig ist, oder es kommt in einem lustig aufgemachten Plastikgehäuse in MP3-Player-Format daher, das auch keine großartige Isolation bietet. Hinzu kommen Eindruck-schindende Namen und Logos, die Modernität und Qualität suggerieren sollen, oft noch unterstrichen durch die Assoziierung mit Open-Source und pseudo-Hacker / Maker Bewegungen.

Im Vergleich zu richtigen Oszilloskopen sind dies leider nur Spielzeuge - Unsichere Spielzeuge! Es nervt auch, diese Dinger immer wieder im Forum des Besten "seit der Erfindung von geschnitten Brot" vorgestellt zu bekommen. Ein Blick auf die technischen Daten dieser "Oszilloskope" (sofern die Daten überhaupt angegeben werden) reicht nämlich, um festzustellen, dass man ein Spielzeug vor sich hat. Schön für den, der spielen will, schlecht für den, der sicher messen will.

Ebenso verrät ein Blick auf die Schaltung des Analogeingangs, ob man Qualität vor sich hat. Fehlende Spannungsfestigkeit und fehlende Frequenzkompensation des Eingangsverstärkers sind sichere Zeichen für Schund. Wenn es eine Verbindung zum PC gibt, aber diese nicht isoliert ist, ist das ein weiteres Zeichen für Scheinqualität.

In [1] kann man das Innenleben eines richtigen DSO bewundern. Man vergleiche dies mit den Innenleben der Spielzeug-"DSO"s.

Ein anderes, sicheres Zeichen eines Spielzeug-"DSOs" ist es, wenn irgendein Ding aus Abgreifklemmen und Klinkenstecker als "Tastkopf" mitgeliefert wird oder die Buchse für den Tastkopf aus einer Klinkenbuchse oder ähnlicher Niederfrequenz-Anschlusstechnik besteht.

Auffällig ist bei diesen Spielzeugen auch, dass sie vehement von typischen Fanboys verteidigt werden. Nicht mit technischem Argumenten, sondern mit Aussagen wie "aber ist billig", "aber ist cool", "aber enthält doch einen Arduino".

Wer ein Oszilloskop haben möchte, mit dem man wirklich messen kann, sollte sich das Geld für ein Spielzeug-"DSO" sparen.

Funktion von Oszilloskopen

Was wird gemessen?

Oszilloskope zeigen oft einen Spannungsverlauf über einen kurzen, für das menschliche Auge in Realzeit nicht erfassbaren Zeitraum an. Je hochwertiger das Oszilloskop, desto kürzer ist dieser Zeitraum, beziehungsweise desto schneller darf sich das Signal ändern. Spitzengeräte können Perioden von wenigen Nanosekunden im gesamten sichtbaren Bildbereich darstellen, in welchem auch noch in Teilabschnitte hineingezoomt werden kann. Maßgeblich ist dafür ein manuell oder automatisch erzeugter Startzeitpunkt, der sogenannten Trigger.

Mitunter werden aber auch sich sehr langsam ändernde Spannungsverläufe gezielt angezeigt, um Veränderungen von einem Trigger zum nächsten zusammenfassend darstellen zu können. Durch das Überschreiben der Kurven sind auch geringste Änderungen gut erkennbar. Die Darstellung ist der bei Herzmonitoren vergleichbar.

Andere Größen, zum Beispiel Ströme, Drücke und Magnetfelder lassen sich anzeigen, wenn man zusätzlich entsprechende Wandler einsetzt, um aus den Größen zuvor eine Spannung zu erzeugen.

Was wird dargestellt?

Den Eingang für eine Spannung bezeichnet man bei einem Oszilloskop als Kanal. Die an den Kanälen anliegenden Spannungen können einzeln oder gemeinsam angezeigt werden. Bei Mehrkanal-Oszilloskopen kann man üblicherweise auch eine Spannung über eine Spannung darstellen (XY-Modus), womit Übertragungskennlinien von Bauteilen dargestellt werden können.

Zusätzlich bieten moderne Oszilloskope die Möglichkeit, sich gewisse Kenngrößen der Spannungsverläufe anzeigen zu lassen. Gängige Werte sind zum Beispiel die Anzeige von Spitzenspannung und Effektivwert einer Spannung, Frequenz/Periodendauer, Anstiegs- und Abfallzeiten, Tastverhältnis und so weiter. Darüber hinaus bieten gute Oszilloskope Positionsmarken (Cursor), mit denen man, durch eine Linie dargestellt, auf dem Bildschirm Positionen im Spannungsverlauf markieren kann. Zur Position zugehörige Werte (Zeit oder Spannung), sowie die Differenz dieser Werte zwischen zwei Positionsmarken können abgelesen werden.

Besonders digitale Oszilloskope können relativ viele unterschiedliche Kenngrößen anzeigen, da sich viele dieser Größen mit einfachen Algorithmen aus den vom Oszilloskop im Speicher erfassten Daten berechnen lassen. Ebenso sind einfache mathematische Operationen möglich, etwa eine diskrete Fourier-Transformation oder die Summe oder Differenz der Spannungsverläufe von zwei Kanälen. Oszilloskope der Oberklasse bieten darüber hinaus ausgeklügelte Möglichkeiten der Signalanalyse.

Für spezielle Anwendungen finden sich in manchen Oszilloskopen besondere Messfunktionen. Zum Beispiel go/no-go (heißt meistens pass/fail) Messungen, mit denen eine Spannungsverlauf mit einem vorgegebenen Verlauf verglichen wird. Entspricht der Spannungsverlauf hinreichend dem vorgegebenen Verlauf wird ein "go" (oder pass = alles ist OK) Signal über einen externen Ausgang ausgegeben. Weicht der Verlauf zu stark ab ein "no go" (fail = Spannung stimmt nicht) Signal.

Bereits in der Unterklasse digitaler Oszilloskope ist heutzutage eine PC-Schnittstelle üblich. Beim Kauf sollte man darauf achten, dass das Protokoll der Schnittstelle dokumentiert ist. Sonst ist man auf proprietäre PC-Software des Herstellers angewiesen. Bei Oszilloskopen der Unterklasse wird zwar häufig kostenlos PC-Software mitgeliefert, doch leider sind diese Programme durchgehend von erschreckend schlechter Qualität. Bei Oszilloskopen der Oberklasse lassen sich die Hersteller ihre PC-Software gerne zusätzlich sehr teuer bezahlen.

Analoge Oszilloskope

Allgemeines

Hybrides Analog/Digital Oszilloskop

Bei analogen Oszilloskopen wird das darzustellende Signal nach der Verstärkung direkt zur Ablenkung eines Elektronenstrahls verwendet.

Ganz einfache Geräte verfügen nur über einen Kanal[1]. Damit ist es nicht möglich, zwei Signale in zeitliche Beziehung zu setzen. Dies ist jedoch oft wichtig. Daher sollte man mindestens zwei Kanäle haben.

Es gibt eine harte Gruppe von Fans analoger Oszilloskope. Diese unterstellen DSOs gerne eine Reihe von Mängeln und erfinden angebliche Vorteile analoger Oszilloskope. Am beliebtesten ist dabei zu behaupten dass DSOs stärker rauchen. Die Realität ist, dass DSOs vorhandenes Rauschen besser darstellen, während analoge Oszilloskope es verschlucken, also nicht darstellen.

Neue Analogoszilloskope

Der Kauf eines neuen analogen Oszilloskops lohnt sich heutzutage nur in den seltensten Ausnahmefällen, die für den Bastler nicht zutreffen. Aktuelle digitale Oszilloskope (DSOs) bieten für weniger Geld mehr Funktionen, mehr Leistung und mehr Bequemlichkeit. Solange es sich nicht um Geräte aus der Spielzeugklasse handelt.

Brauchbare Neugeräte fangen bei 600 Euro an, wenn man noch welche findet. Die großen Hersteller sind entweder schon aus dem Geschäft mit Analogoszilloskopen ausgestiegen oder reduzieren ihr Angebot.

Auch in China und Osteuropa geht die Zeit analoger Oszilloskope zu Ende. Chinesische Hersteller bieten noch eine gewisse Anzahl analoger Oszilloskope an. Das Angebot beschränkt sich häufig auf Geräte mit max. 20 MHz Bandbreite, die für Schulen und Ausbildung angeboten werden.

Das Aussterben analoger Oszilloskope geht soweit, dass mittlerweile DSOs angeboten werden die von der Funktion und dem Formfaktor alte analoge 1-Kanal Oszilloskope emulieren (Owon AS101 und AS201). Das ermöglicht es vorhandene Trainingsunterlagen weiter zu verwenden. Für DSOs sind diese Kuriosa deutlich überteuert.

Gebrauchte Analogoszilloskope

Ein gebrauchtes analoges Oszilloskop kann man in Erwägung ziehen wenn man ein sehr günstiges Angebot für ein brauchbares Oszilloskop findet. Brauchbare analoge Oszilloskope findet man gelegentlich schon für ca. 50 Euro bei Online-Auktionen und Kleinanzeigenmärkten. Für 200-400 Euro bekommt man dort recht gute Profigeräte[2] mit 60-200 MHz Bandbreite. Die Preisaufschläge die dabei für bekannte Marken wie HP, Tektronix oder Hameg gefordert werden sind selten gerechtfertigt. Ebenso bewegt man sich dann schon im Preisbereich von DSOs.

Bandbreite

Die Bandbreite gibt darüber Auskunft, welche maximale Signalfrequenz das Oszilloskop noch verarbeiten kann. Bei der angegebenen Bandgrenze fällt die Verstärkung des Oszilloskops um 3dB ab, ein Sinussignal wird dann nur noch mit ca. 70% der wahren Amplitude angezeigt. Um Signalverläufe noch vernünftig interpretieren zu können, kann man grob sagen, dass man Signale bis 1/10 der Bandbreite gut dargestellt bekommt. Ein Rechtecksignal nahe der Bandgrenze würde z. B. nur noch als verschobener Sinus dargestellt werden [3].

Beim Messen von Digitalsignalen ist man meist an der Anstiegszeit interessiert. Die Anstiegszeit gibt an, wie lange ein Signal von 10-90% benötigt. Die Anstiegszeit des Oszilloskops gibt an, welche Anstiegszeit dargestellt wird, wenn man ein nahezu ideales Rechtecksignal mit annähernd Null Anstiegszeit anlegen würde. Man kann die Anstiegszeit direkt aus der Bandbreite berechnen.

[math]\displaystyle{ t_{Osc} = \frac{0.35}{B} }[/math]

  • [math]\displaystyle{ \!\, t_{Osc} }[/math] : Anstiegszeit des Oszilloskops in Sekunden (s)
  • [math]\displaystyle{ \!\, B }[/math] : Bandbreite in Hertz (Hz)

Legt man ein reales Rechtecksignal an das Oszilloskop an, dann wird die Anzeige umso mehr verfälscht, je näher die Anstiegszeit des Eingangssignals der Anstiegszeit des Oszilloskops kommt. Dabei gilt folgender Zusammenhang.

[math]\displaystyle{ t_S = \sqrt{t_{ges}^2-t_{Osc}^2} }[/math]

  • [math]\displaystyle{ \!\, t_S }[/math]: Anstiegszeit des Eingangssignals
  • [math]\displaystyle{ \!\, t_{ges} }[/math]: Angezeigte Anstiegszeit auf dem Oszilloskop
  • [math]\displaystyle{ \!\, t_{Osc} }[/math]: Anstiegszeit des Oszilloskops

Bei analogen Oszilloskopen ist die Bandbreite gegeben durch die Begrenzung des analogen Eingangsverstärkers sowie die Signaldarstellung, also die Qualität des Ablenkverstärkers.

Tastköpfe richtig benutzen

Wenn man wirklich schnelle Signale messen will, spielt auch die Bandbreite des verwendeten Tastkopfes eine wichtige Rolle. Näheres dazu findet man hier. Aber der beste Tastkopf nützt nichts, wenn man ihn falsch anschließt. Für schnelle Messung jenseits von ein paar MHz nutzt man praktisch immer 10:1 Tastköpfe mit 10 MOhm Eingangswiderstand und ca. 8-15pF Eingangskapazität. Je nach Typ erreicht man damit Bandbreiten von 100-500MHz. Danach muss man aber auch den Tastkopf richtig anschließen. Der mitgelieferte Masseanschluß mit Krokodilklemme ist zwar praktisch, für viele hochfrequente Messungen aber unbrauchbar. Ein Rechtecksignal damit zu messen ergibt dann oft starke Überschwinger, welche real aber gar nicht vorhanden sind, sondern durch die zu lange, induktive Masseleitung im Zusammenspiel mit der Eingangskapazität verursacht werden. Das sieht man z.B. hier, den Messaufbau sieht man hier.

Für saubere, hochfrequente Messungen muss man die Masseanbindung so kurz wie möglich machen. Dafür haben die Tastköpfe oft ein kleines Zusatzteil, eine Massefeder, beigelegt (engl. ground spring). Damit kann man die Masse auf kürzestem Wege anschließen und erhält ein sauberes Messergebnis wie man in diesem Forumsbeitrag sieht. Eine sehr gute Einführung zum Thema Tastköpfe und deren richtige Nutzung gibt es hier von Tektronix (engl.). Das gilt auch für stark gestörte Umgebungen, wie z.B. in einem Schaltnetzteil. Die Grundfrequenzen sind relativ niedrig, so im Bereich 50-1000 kHz, die Schaltflanken sind aber meist recht schnell, im Bereich von 10-500ns. Die dabei geschalteten hohen Ströme und Spannungen erzeugen starke magnetische und elektrische Wechselfelder, welche sehr gern und einfach in Tastköpfe einkoppeln. Um zu prüfen, ob ein Signal echt oder nur eine eingekoppelte Störung ist, macht man eine 0V Messung. D.h. man legt die Tastkopfspitze auf Masse (GND), ohne den mechanischen Aufbau nennenswert zu verändern. Wenn keine Störung einkoppelt, mißt man erwartungsgemäß 0V, alles andere sind eingekoppelte Störungen. Diese muss man durch eine verbesserte Tastkopfanbindung minimieren (Massefeder, anderer Massepunkt, Abschirmung, Klappferrite auf Tastkopfleitung am Oszi gegen Gleichtaktstörungen etc.) Eine Massefeder bzw. das passende Gegenstück für die Spitze des Tastkopfes kann man sich leicht aus 0,5mm Blankdraht selber wicklen, wie man auf diesem Bild sieht. Die vollprofessionelle Version davon sind einlötbare Sockel, in welche der Tastkopf gesteckt werden kann. Diese haben durch ihren koaxialen Aufbau noch bessere Schirmwirkung und HF-Eigenschaften.

Wenn es dann in den Bereich 100MHz++ geht, wird man schnell auf einen aktiven Tastkopf oder einen passiven Z0-Tastkopf wechseln wollen. Warum das so ist, ist in diesem Artikel (engl.) erklärt.

Terminierung bei DC-Messung

Schliesst man an den hochomigen Messeingang eines Oszilloskopes eine Koaxialleitung mit 50 Ohm Impedanz direkt an, um irgendwo direkt zu messen, so muss diese möglichst dicht am Oszilloskop mit 50 Ohm terminiert werden, um Reflexionen und Phantomsignale zu vermeiden. Wird aber direkt mit 50 Ohm terminiert, so führt das zu einer starken Belastung der Quelle und des Terminierungswiderstandes. Insbesondere dann, wenn man z.B. auf einem DC-Pegel eine Welligkeit messen möchte. Die Gleichspannung liegt in diesem Falle direkt am Terminierungswiderstand an. Das ist oft nicht tolerierbar, da dann ein u.U. hoher Gleichstrom durch den Widerstand abfließt, die Quelle belastet und selber heiß wird.. Aus diesem Grunde muss der Terminierungswiderstand mit einem schnellen, keramischen Kondensator entkoppelt werden. Siehe Bild.

DC-Messadapter mit 50 Ohm Terminierung

Achtung, die Anordnung hat einen Frequenzgang. Es ist gegebenenfalls zu überlegen, ob der Frequenzgang noch toleriert werden kann. Gegebenenfalls ist der Kondensator entsprechend zu ändern. Auf ausreichende Spannungsfestigkeit achten! An den 4mm Klemmen kann über einen 2k2 ohm Widerstand ein Digitalmultimeter angeschlossen werden. Der 2k2 Widerstand beeinflusst die Messung mit einem hochomigen Digitalmultimeter fast nicht, verhindert aber das verstärkte Einkoppeln von Störungen über die Messleitungen in das Oszilloskop.

Eine Platine für eine solche kapazitiv entkoppelte 50 Ohm Terminierung als KiCad Projekt findet sich hier: Media:DC-50Ohm_Terminierung_RevE_25Mar2015.zip Gerber Files und ein Schaltplan in PDF sind im Projekt vorhanden, es kann also auch ohne KiCad verwendet werden.

Triggerung

Oszilloskope unterscheiden sich oft stark in den Triggerungsmöglichkeiten. Bei guten Geräten kann man z. B. die Triggerung variabel verzögern. Erst dadurch wird es möglich, dass man sich Signale genauer anschauen kann, die zeitlich weit hinter einem Triggerereignis kommen. Eine weitere Funktion bei höherklassigen Oszilloskopen ist eine zweite Zeitbasis. Mit dieser kann man in einen Ausschnitt des Messsignals hereinzoomen[4].

Mit Analog-Oszilloskopen kann man sich hauptsächlich periodische Signalverläufe anschauen, also solche, die zeitlich immer wiederkehrend sind. Denn nur so kann ein Signal immer wieder auf den Schirm "geschrieben" werden und erscheint als stehendes Bild. Aperiodische Signale, wie z. B. auf Datenübertragungsleitungen, sind damit nicht darstellbar. Sie laufen mit einem Strahldurchgang über den Schirm. In dieser kurzen Zeit ist es jedoch nur selten möglich, sie visuell aufzunehmen. Mit einer Digitalkamera kann man solche Signalverläufe mitunter trotzdem einfangen. Früher sehr hochpreisige, heute nicht mehr übliche Analog-Oszilloskope hatten eine eingebaute Speichermöglichkeit (Speicherröhre) für einmalige Signale. Diese Klasse von Analog-Oszilloskopen wurde durch digitale Speicheroszilloskope (DSOs) abgelöst.

Manche Analog-Oszilloskope bieten eine Möglichkeit, die Triggerung nur zu einem definiertem Zeitpunkt anzustoßen, somit kann auch der Anlaufstrom eines Motors mit einem Analog-Oszilloskop dargestellt werden.

Analoge Speicheroszilloskope

Inzwischen eher selten sind analoge Speicheroszilloskope anzutreffen. Diese speichern im Gegensatz zu digitalen Speicheroszilloskopen nicht das Signal selbst, sondern das Bild auf der Röhre. Dies wird mit speziellen speichernden Bildröhren erreicht. Je nach Typ kann es mehrere getrennt betreibbare Bereiche geben, um beispielsweise 2 Bilder eines Signales zu unterschiedlichen Zeitpunkten darstellen zu können (z.B. Tektronix 549).

Einige wenige dieser Oszilloskope waren sogar in der Lage, das aufgezeichnete Bild auf Papier auszugeben (z.B. "HP Model 175A" mit Modul 1784A).

Vergleichstabelle Analogoszilloskope

Diese Tabelle soll einen Überblick über interessante oder bekannte Neugeräte besonders im unteren Preisbereich geben. Eine vollständige Auflistung aller existierenden Geräte ergibt wegen der Vielzahl an Baureihen und Modellen wenig Sinn.

Bezeichnung Hersteller Preis, ab [€] Kanäle Bandbreite / [MHz] Röhre BxH / [cm] Bemerkungen
C1-94, S1-94, OS10, AO-610, ST16B, CS10, GOS-310, 72-6602, HUC70, CS1010 VC 610/2 Original-
hersteller unklar 		180 1 10 4,8 × 6 Seit Jahrzehnten von vielen No-Name Herstellern in unterschiedlichen Ausführungen und Bauformen im Angebot. Wenig empfehlenswert für µC-Arbeiten.
AT7328 Atten 280 2 20 8 × 10
CS-4128 280 2 20 8 × 10
AT7340 Atten 480 2 40 8 × 10
VC 630-2 Voltcraft 480 2 30 8 × 10

Digitale Speicheroszilloskope

Allgemein

Digitales Speicheroszilloskop vom Anfang des Jahrtausends

Ein digitales Speicheroszilloskop (englisch DSO, Digital Storage Oscilloscope) digitalisiert das Eingangssignal mit einem Analog-Digital-Wandler und legt die Werte in einem Speicher ab. Damit ist die Bandbreite nur durch die Begrenzung des analogen Eingangsverstärkers gegeben. Der Vorteil der Speicherung ist, dass man auf diese Weise Momentaufnahmen eines Signals machen und damit einmalige (transiente) Ereignisse (Spikes, Datenübertragungen) erkennen und darstellen kann, was besonders bei digitalen Schaltungen, z. B. mit Mikrocontrollern, sehr nützlich ist. Weiterhin lässt sich das Signal "vermessen" (z. B. um die Baudrate einer Datenübertragung zu bestimmen), man kann die Frequenz und den Effektivwert anzeigen lassen, das Frequenzspektrum, und je nach Modell noch vieles mehr. Das Signal wird in S/W oder Farbe auf einem LCD dargestellt, lässt sich aber oft auch über einen angeschlossenen Drucker ausdrucken oder an den PC übermitteln.

Der wichtigste Parameter bei digitalen Oszilloskopen ist die Abtastrate, die angibt, mit welcher Rate das Eingangssignal digitalisiert wird. Um ein Signal mit einer gegebenen Frequenz ausreichend genau in Phase und Amplitudenverlauf darstellen zu können, sollte es mindestens mit der 10-fachen Frequenz abgetastet werden. Nur dann lassen sich in der Regel die interessanten Details in einem Signal erkennen. Für eine genaue Analyse analoger Signale, um z.B. die Güte einer Flanke oder Überschwinger beurteilen zu können, ist sogar ein Faktor von 25 bis 40 anzuraten[5] Wichtig ist in dem Zusammenhang auch die analoge Bandbreite des Oszilloskops. Ein gutes Verhältnis ist wäre eine mindestens 4-6 fache Überabstastung im Bezug auf die Bandbreite je Kanal, also z.B. 1Gsps für einen Zweikanaler mit 100MHz Bandbreite - besser 2Gsps. Damit wären dann Signale bis etwa 10 MHz ausreichend genau darstellbar.

Außerdem sind die Speichertiefe und die Wandler-Auflösung interessant. Ein Oszilloskop, das mit acht Bit Auflösung abtastet und 2000*8 Bit Speicher hat, kann 2000 Samples abspeichern, was einer Darstellung von 2000*256 Pixeln entspricht. Acht Bit Auflösung ist heutzutage ein gängiger Wert, auch wenn er niedrig erscheint. Ein normales Oszilloskop ist kein Präzisionsmessgerät und acht Bit sind für die Darstellung auf den Displays normaler Oszilloskope ausreichend.

Bei der Wandlung und Speicherung gibt es unterschiedliche Verfahren: Ehemals günstige Oszilloskope wie die TDS1000-Serie von Tektronix verwenden CCD-Speicher (Eimerkettenspeicher, ein analoges Schieberegister); die Messwerte werden erst gespeichert, und dann digitalisiert. Nachteile dieser Vorgehensweise sind ein stärkeres Rauschen, die begrenzte Speichertiefe und Totzeiten, während der keine Eingangswerte aufgenommen werden. Diese entstehen, da das Wandeln aller Werte aus dem analogen Zwischenspeicher länger dauert als die Zeit zum Füllen dieses Speichers. Deshalb muss das Gerät bis zum Abschluss der Wandlung warten, bevor es den Speicher erneut füllt.

Früher wandelten nur teurere Modelle in Echtzeit mit schnellen Flash-AD-Wandlern und speicherten die Messwerte direkt in einem schnellen RAM. Die Speichertiefe ist dabei praktisch unbegrenzt, allerdings sind Wandler sehr teuer, die mehrere GS/s schaffen. Durch einen Trick (mehrere verschachtelte langsame AD-Wandler) setzen sich AD-Wandler bei günstigen Modellen durch. Oszilloskope, die diesen Trick verwenden, erkennt man daran, dass die Abtastfrequenz mit der Anzahl der aktivierten Kanäle sinkt. Zum Beispiel, findet man Vierkanaloszilloskop mit vier Wandlern à 250 MS/s, die bei Benutzung nur eines Kanals 1 GS/s für diesen Kanal erreichen, bei Benutzung von zwei Kanäle 500 MS/s pro Kanal und bei Benutzung von drei oder vier Kanälen 250 MS/s pro Kanal.

In den richtig schnellen Geräten (mehrere GHz Samplerate) ist ein ähnlicher Trick üblich. Dort sind in den verwendeten Wandlerschaltkreisen eine größere Anzahl Sample-and-Hold-Stufen und AD-Wandler integriert. Die Eingangsspannung wird dann zeitversetzt in den Sample-and-Hold-Stufen gespeichert und von den im Vergleich zur Samplerate langsameren AD-Wandlern umgesetzt. Die Ausgangslogik sorgt dann dafür, dass die Daten in der richtigen Reihenfolge ausgegeben werden. Ein Problem bei dieser Vorgehensweise sind unterschiedliche elektrische Eigenschaften der parallelen Wandlerstufen.

Natürlich spielt der Verwendungszweck eine entscheidende Rolle bei der Auswahl. Auf dem Labortisch, wo meist nur kleine Spannungen mit einem gemeinsamen Massebezug vorkommen, werden andere Anforderungen an ein Oszilloskop gestellt, als z. B. im Servicebereich für Industriesteuerungsanlagen, Automatisierungstechnik, usw. Dort sind weniger hohe Abtastraten wichtig, sondern eher eine größere Anzahl Eingangskanäle, die galvanisch voneinander getrennt sind, Spannungsfestigkeit bis min. 500 Volt, sowie speziell bei Störungsanalysen, die Möglichkeit, komplexe Triggermuster einzustellen, und eine integrierte große Festplatte, um einzelne Ereignisse automatisiert über lange Zeiträume hinweg festhalten zu können. Ein Beispiel für so ein hochwertiges Gerät ist ein Yokogawa Scopecorder (DL708). Allerdings sind bei solchen Geräten die Preise nach oben hin offen.


Eine Besonderheit digitaler Oszilloskope ist das breite Spektrum von Geräten mit scheinbar gleicher Hardware. Besonders in jüngster Zeit gehen Firmen aus produktionstechnischen Gründen dazu über, die gleiche Hardware in unterschiedliche Geräte einzubauen und per Software einzuschränken. Auf diese Weise bekommen Firmen den Fuss in die Türe, liefern ein preisgünstiges Gerät, um später an den updates zu verdienen.

Digitale Tischoszilloskope

Allgemeines

DSO Tischoszilloskope sind die klassischen, in sich abgeschlossenen Geräte, die in der Gestaltung analogen Oszilloskopen ähneln. Daneben gibt es zum Beispiel auch PC-DSOs. Viele Tischgeräte sind bereits so klein (geringe Tiefe) und leicht, dass sie zu Recht als tragbare Geräte bezeichnet werden können. Beim Neukauf eines Oszilloskops sind diese Geräte die Gefragtesten.

Mittlerweile ist es üblich, dass man bereits bei Einsteigermodellen eingebaute USB oder RS-232 Schnittstellen findet und eine (häufig sehr simple) Windows-Software zur Bedienung vom PC aus oder zumindest zum Auslesen von Daten auf den PC. Ebenfalls häufig sind USB oder ähnliche Schnittstellen für USB-Memorysticks oder Speicherkarten zum Speichern von Messwerten, Screenshots und Konfigurationen. Ironischerweise sind Schnittstellen und Windows-Software bei Markengeräten häufig gesondert zu erwerben, während sie bei eher unbekannten Marken kostenlos mitgeliefert werden, wenn auch die Qualität der kostenlosen Software häufig zu wünschen übrig lässt.

Beispiele für günstige Einstiegsmodelle unter 600 Euro sind die niederpreisigen Geräte von Rigol, Hantek, Owon, Siglent und Atten. Für relativ wenig Geld erhält man für einfache Anwendungen ein brauchbares Oszilloskop mit ein paar Highlights aber auch auffälligen Einschränkungen und Fehlern in der Hard- und Software. Viel oder überhaupt Service kann man von diesen Firmen für sein Geld meist nicht erwarten.

Geräte bspw. von Instek sind etwas teurer. Geräte aus der GDS-1000A oder GDS-1000U Serie dürften zum Einstieg interessant sein, oder mittlerweile die modernere Serie DS2000 von Rigol, bzw SDS2000 Serie von Siglent.

Ein weiteres Beispiel für ein Einstiegsmodell war das TDS1002 von Tektronix (ca. 1200 Euro). Dazu muss man allerdings sagen, dass Tektronix die aktuelle Entwicklung etwas verschlafen hat. Der nur 2 kByte große Speicher ist nicht mehr zeitgemäß. Geräte der Agilent InfiniiVision 2000X Serie beginnen in einem ähnlichen Preisbereich aber mit wesentlich mehr Features.

Sind 4 Kanäle gewünscht, aber das Budget begrenzt, lohnt sich ein Blick auf die DS1000Z Serie von Rigol.

Einige Hersteller wie R&S und Keysight bieten inzwischen preisgünstige EDU-Versionen ihrer Oszilloskope für die Ausbildung an, die mit abgespeckten Funktionen aufwarten und besonders günstig abgegeben werden. Diese haben die gleiche wertige Analogtechnik und Signalverarbeitung verbaut, kosten dafür auch mehr, als klassischer Einsteigermarken mit gleichem Funktionsumfang. In einigen Fällen muss zum Erwerb aber eine Berechtigung in Form eines Ausbildungsnachweises erbracht werden.

Vergleichstabelle digitale Tischoszilloskope

Wichtiger Hinweis
Diese und andere Tabellen werden gelegentlich von Freiwilligen auf den aktuellen Stand gebracht und können veraltet sein.

Diese Tabelle soll einen Überblick über interessante oder bekannte Geräte besonders im unteren Preisbereich geben. Eine vollständige Auflistung aller existierenden Geräte ergibt wegen der Vielzahl an Baureihen und Modellen wenig Sinn.
Anmerkung: Für Viele Modelle aus dieser Tabelle gibt es bereits Nachfolgemodelle.

Legende:
opt.: optional, kostenpflichige Erweiterung (Hardware und/oder Software)

Bezeichnung Hersteller Preis [€] Kanäle Samplerate [MS/s] Bandbreite [MHz] Auflösung [Bit] Speichertiefe [Samples] Display Inface Bemerkungen
DSO5062D Conrad 329.- 2 500
1000 		60 8 1M 800x480, 7" •USB Device
•USB Host 		Gleiche Hardware wie das Hantek DSO5062B und leicht modifizierte Software.
DSO5000B Series Hantek ab 290$ 2 500
1000 		60
100
200 		8 1M 800x­480, 7" •USB Device
•USB Host 		Mit 60MHz beliebt, da es einen Hack auf 200 MHz gibt. Ebenso diverse Hacks an der Hardware. Auch als Tekway oder Protek im Handel.
MSO5000D serie Hantek 2 1000 60
100
200 		8 1M 800x­480, 7" •USB Device
•USB Host 		2CH +16 Logik
weitgehend baugleich mit DSO5000B Serie
DSO3062A Agilent 800 2 500 60 8 4k 320x­240, 5.7" •USB Device
•USB Host (modul) 		weitgehend baugleich mit Rigol DS5000
InfiniiVision 2000 X Serie Agilent 950 - 2600 2/4 1000
2000 		70
100
200 		8 100k 800x­480, 8.5" •USB Device
•USB Host 2x 		Markengeräte mit exzellentem Preis-Leistungs-Verhältnis. Software-Aufrüstbar (Funktionsgenerator, Protokoll-Dekoder, usw.)
OWON
XDS--A(+)

•12-bit:
3062 A(+)
3102 A(+)

•14-bit:
3202 A(+) 		OWON


430..
bis
720€


~1350€

2 1000

60

100

200

12

12

14

40M
 800x600


8" Touch-screen

(3062A(+): ohne
Touchscreen)

•USBx2
•LAN
•WiFi
•VGA/AV

•• A+ : incl.
•2ch-FG
•Multimeter
•DataLogger

•LabView komp.

•LiIon-Akku opt. •Bus-Decoder opt.

•Echtes Glimpse-Of-Nirvana Teil

Rigol DS1000E Serie Rigol ab 296 2 500
1000 		50
100 		8 1M 320x­240, 5.7” •USB Device
•USB Host
•RS-232 		optional 16-Kanal Logikanalysator = DS1052D (DS1102D). Im Netz kursieren diverse, mehr oder weniger ernst zu nehmende Anleitungen, wie man ein DS1052E per Software auf ein DS1102E umrüsten kann.
Rigol DS1000Z Series Rigol ab 375 4 250
500
1000 		50
70
100 		8 12M
24M 		800x­480, 7" •USB Device (Pict Bridge)
•USB Host
•LAN (LXI) 		optionaler dualer Funktionsgenerator 25Mhz (DS1000Z-S). Im Netz kursieren diverse, mehr oder weniger ernst zu nehmende Anleitungen, wie man ein DS1054Z/DS1074Z per Software auf ein DS1104Z umrüsten und den gesamten Funktionsumfang freischalten kann.
DS2000 Serie Rigol 589 - 1505 2 2000 70
100
200
300 		8 14M
56M 		800x­480, 8" •USB Device (Pict Bridge)
•USB Host
•LAN (LXI) 		Per Kauflizenz jeweils freischaltbar sind 56M, serielle Dekoder, weitere Trigger. Lassen sich alle über generierte Serial freischalten und sogar auf Topmodel DS2202 (200MHz) upgraden, da identische (gute) Hardware u. Lieferumfang - keine Hardwaremodifikation nötig. Dank LXI (offene Spezifikation) gute Softwareanbindung. Vertikalauflösung ab 0,5mV/Div!
MSO5000 Serie Rigol 950 - 2450 2/4 2000
4000
8000 		70
100
200
350 		8 100M
200M 		1024x­600, 9" •USB Device (Pict Bridge)
•USB Host
•LAN (LXI)
•HDMI 		Per Kauflizenz jeweils freischaltbar sind serielle Dekoder, weitere Trigger. Lassen sich alle über generierte Serial freischalten und auf Topmodel MSO5354 (350MHz) upgraden, da identische (gute) Hardware u. Lieferumfang - keine Hardwaremodifikation nötig.
SDS2000 Serie Siglent 850 - 2700 2
4 		2000 70
100
200
300 		8 28M 800x­480, 8" •USB Device (Pict Bridge)
•USB Host
•LAN (LXI)
•PASS/FAIL 		110.000wrfms/s, seqmentierter Speicher! (dann bis 300.000wrfms/s, HRES Erfassung mit höherer vertikaler Auflösung, Per Kauflizenz jeweils freischaltbar sind serielle Bus-Dekoder, MSO Option, Funktionsgeneratorausgang Dank LXI gute Softwareanbindung.
Owon SDS Serie Owon 260€ (5032E) - 1100€ (9302) 2 125
250
1600
3200 		30
60
70
100
125
200
300 		8 10k
10M 		800x­600, 8" •USB Device
•USB Host
•LAN
•VGA (opt.)
oder
•RS-232 (opt.)­(nicht -E) 		Akkubetrieb optional (nicht -E)
GDS-1000 Serie GW Instek 350 - 550
 2 250 25
40
60
100 		8 4k 320x­234, 5.6" •USB Device
•SD-Slot 		Von Conrad teurer als DSO-4000 Serie erhältlich (475 - 950€).
Einfache Software für Linux erhältlich
GW Instek alias Good Will Instrument Co., Ltd
GDS-1000A Serie GW Instek 500 2 1000 60
100
150 		8 2M 320x­234, 5.6" •USB Device
•SD-Slot 		Einfache Software für Linux erhältlich
GW Instek alias Good Will Instrument Co., Ltd
Bezeichnung Hersteller Preis [€] Kanäle Samplerate [MS/s] Bandbreite [MHz] Auflösung [Bit] Speichertiefe [Samples] Display Inface Bemerkungen
GW Instek GDS-2000 Serie GW Instek 850 - 1800 2/4 1000 60
100
200 		8 5k
25k 		320x­234, 5.6" •USB Device
•USB Host 2x
•RS-232 		Weitgehend baugleich mit Conrad Voltcraft DSO-8000 Serie. Vier-Kanal Versionen haben keinen externen Trigger und weniger Trigger-Funktionen.
Einfache Software für Linux erhältlich
TDS-1002B Tektronix 1100 2 1000 60 8 2.5k 320x­240 •USB Device (Pict Bridge)
•USB Host 		verhältnismäßig starkes Rauschen, siehe Text oben
WaveJet 3xx LeCroy 2800 - 8000 2/4 1000
2000 		100
200
350
500 		8 500k 640x­480, 7.5" •USB Device
•USB Host
•LAN 		verfügbar z. B. bei Farnell
WaveAce Serie LeCroy 1000 - 3500 2 250 - 2000 60 - 300 8 4k - 8k 320x­240 •USB Device
•USB Host
•RS-232(?) 		Daten beziehen sich etvl. auf nicht mehr erhälltliche Serie (bitte überprüfen)
DLM20XX YOKOGAWA 3300 - 8000 2
4
3+1 		1250
2500 		200
350
500 		8 12,5M 1024x­768, 8.4" •USB Device
•USB Host 2x
•LAN (opt.)
•RGB Video 		Vertrieb direkt vom Hersteller!
UNI-T UT2025B
Voltcraft DSO-1022 M
 Uni-Trend Group Limited 290 - 356 2 250 25 8 512k[6] 320x­240 (Monochrom) •USB Device
•USB Host
•RS-232
•LAN (opt.) 		Als UT2025C mit Farbdisplay. UT2000 Serie 25-200MHz, 2CH 250MSa/s bis 1GSa/s
wenig Rauschen
UTD2052CEL Uni-Trend Group Limited 369,- 2 1000 50 8 12,5k
25k
1,2M 		400x­240 •USB Host Displayauflösung beträgt 800x480, der Displaycontroller faßt jedoch immer 2x2 Pixel zusammen (Menü nimmt relativ viel Platz auf dem Bildschirm ein)
HMO1002 Rohde & Schwarz 950 - 1190 2 1000 50
100 		8 500k 640x­480, 6,5" •USB Device
•USB Host
•LAN 		Umfangreiche Zusatzfunktionen wie Mustergenerator, Frequenzgenerator, 2-Kanal DVM, Frequenzzähler, Komponententester und 8 Kanal MSO Opt.
HMO1202 Rohde & Schwarz - 2 1000
2000 		100
200
300 		8 1M
2M 		640x­480, 6,5" •USB Device
•USB Host
•LAN 		Optionen für I2C, RS232, UART, CAN, LIN serielle Busanalyse, Umfangreiche Zusatzfunktionen wie Mustergenerator, Frequenzgenerator, 2-Kanal DVM, Frequenzzähler, Komponententester und 8 Kanal MSO Opt.
PT 1265 Peaktech ca. 290 2 125 30 8 10k 800x­600, 8" •USB Device
•USB Host
•LAN
•VGA 		Optional: Akkupack 4000 mA

Weitere Marken, die gelegentlich auf dem deutschen Markt auftauchen, häufig über eBay, sind

  • GAOtek
  • Hangzhou Jingce (JC)
  • Tonghui
  • Ypioneer
  • Jiangsu Lvyang

Über deren Qualität hört man wenig oder gar nichts.

PC-Oszilloskope

PC-Zusätze

Allgemeines & Beachtenswertes

PC-Oszilloskope / PC-Zusätze sind im Prinzip digitale Speicheroszilloskope, mit der Besonderheit, dass sie die Daten nicht selbst anzeigen, sondern an einen PC übermitteln. Beim Kauf eines PC-Oszilloskops sollte man besonders vorsichtig sein, da viele Angebote irreführende Informationen enthalten. Sehr beliebt ist z. B. die Werbung mit der Analogbandbreite, also die Bandbreite die der Analogteil der Schaltung (Eingangsverstärker) verarbeiten kann. Wenn hier 100 MHz angegeben sind bedeutet das aber nicht, dass sich auch wirklich Signale bis 100 MHz darstellen lassen; wenn der Wandler nur mit 40 MS/s abtastet ist das Oszilloskop gerade noch bis 4 MHz verwendbar. Ebenso sollte man nur die Echtzeit- oder Realtime-Abtastrate beachten, eine manchmal ebenfalls angegebene "Äquivalent-Abtastrate" ist nur bei periodischen Signalen zu gebrauchen und damit im Umfeld von Mikrocontrollern meist wertlos.

Die Wahl zwischen einem Tischoszilloskop und einem PC-Zusatz ist nicht nur eine Geld-, Leistungs- oder Qualitätsfrage. Ein Tischgerät lässt sich anders bedienen (echte Knöpfe, sicherer Stand) und belegt nicht den PC oder Laptop. Erfahrene Entwickler ziehen ein separates Gerät einem PC-Zusatz vor. Zum Teil ist dies eine Generationsfrage.

Hinzu kommt, dass billige PC-Oszilloskope meist keine galvanische Trennung an ihrer USB-Schnittstelle besitzen. Ein Fehler bei einer Messung kann daher nicht nur das Oszilloskop, sondern gleich den PC mit beschädigen. Das gleiche Problem kann man übrigens auch bei einfachen Tischoszilloskopen mit PC-Schnittstelle haben. Allerdings kann man Tischgeräte auch ohne die PC-Verbindung betreiben, PC-Oszilloskope nicht.

Gelegentlich wird geraten, das Oszilloskop, egal ob Tischgerät oder PC-Zusatz, immer über einen "self powered" USB-Hub (einer mit eigenem Netzteil) mit dem PC zu verbinden. Ob ein solcher Hub als Schutzmaßnahme geeignet ist, besonders zum Personenschutz, sei dahingestellt. Schaden sollte er nicht.

Besonders zu beachten ist die PC-Software. Nicht nur, ob sie zum Zeitpunkt des Kaufs wenigstens grundsätzlichen Ansprüchen genügt, sondern auch, ob der Hersteller vermutlich willens und in der Lage ist, die Software über viele Jahre zu warten. Stichwort Investitionssicherheit. Ohne Wartung kann eine Inkompatibilität in der Software zum nächste Windows Service-Pack oder zur nächste Windows-Version das Gerät völlig entwerten.

Leider ist es so, dass es fast keine freie Oszilloskopsoftware gibt. Die Protokolle zwischen Oszilloskop-Vorsätzen und Computer sind meist proprietär, und selten hat sich ein Entwickler freier Software die Mühe gemacht, ein Protokoll zu entschlüsseln. Noch seltener ist es, dass auf dieser Basis eine brauchbare oder gar gute Software geschrieben wurde. So ist ein Ausweichen auf freie Software kaum möglich, sollte der Hersteller die Wartung aufgeben. Man ist im Normalfall auf Gedeih und Verderb dem Hersteller ausgeliefert.

Vergleichstabelle PC-Zusätze

Diese Tabelle soll einen Überblick über interessante oder bekannte Geräte besonders im unteren Preisbereich geben. Eine vollständige Auflistung aller existierenden Geräte ergibt wegen der Vielzahl an Baureihen und Modellen wenig Sinn.

Alle hier gelisteten Geräte haben einen USB-Anschluss.

Bezeichnung Hersteller Preis [€] Kanäle Samplerate [MS/s] Bandbreite [MHz] Auflösung [Bit] Speichertiefe [Samples] Bemerkungen
USBscope50 Elan Digital Systems 249 1 (-4) 50
1000 		10
75 		8 3k CAT II, 300V galv. Trennung zu USB, OpenSource SDK, Java, Linux, LabView
PicoScope 2104 Pico Technology 180 1 50 10 8 8K Spektralanalyse und Voltmeter in Software.
PicoScope 2105 Pico Technology 235 1 100 25 8 24K Spektralanalyse und Voltmeter in Software.
PicoScope 2204A Pico Technology 165 2 100 10 8 - 12 8K Kleiner Arbitrary Waveform Generator eingebaut.
PicoScope 2205A Pico Technology 255 2 200 25 8 - 12 16K Kleiner Arbitrary Waveform Generator eingebaut.
PicoScope 2206A Pico Technology 429 2 500 50 8 - 12 32K Kleiner Arbitrary Waveform Generator eingebaut.
PicoScope 2207A Pico Technology 548 2 1000 100 8 - 12 40K Kleiner Arbitrary Waveform Generator eingebaut.
P 1280 Peaktech 329 2 250 60 8 10M USB und LAN Anschluss, 40VSS bei USB, 400VSS bei LAN
P 1285 Peaktech 389 2 500 100 8 10M USB und LAN Anschluss, 40VSS bei USB, 400VSS bei LAN
P 1290 Peaktech 197 2 100 25 8 5k 400VSS galv. Trennung zu USB
DSO-2090 USB Hantek - Qingdao Hatek Electronic Co., Ltd. 200 2 50
100 		40 8 32k
64k 		Wenige Vorteile gegenüber einem Tischgerät. Analogbandbreite bei der Samplingrate nicht ausnutzbar. Kleiner Eingangsspannungsbereich. Unter diversen anderen Namen erhältlich.
DSO-2150 USB Hantek - Qingdao Hatek Electronic Co., Ltd. 200 2 150 60 8 10K
32K 		.
DSO-2250 USB Hantek - Qingdao Hatek Electronic Co., Ltd. 220 2 250 100 8 10K-
512K 		.
Mephisto Scope 1 (UM202) Meilhaus 333 2 1 2 16 256K 5 in 1,

Oszilloskop, Logik-Analysator, Voltmeter, Datenlogger analog und digital, Digital-I/O

MSO-19 Link Instruments Inc. 172 1 200 60 ?? 1K

Oszilloskop, Logik-Analysator, Pattern Generator, TDR

VDS1022I Owon ca 80 2 100 25 8 5k USB galv. getrennt, auch verkauft als Peaktech 1290?

Soundkarten-Oszilloskope

Soundkarten Oszilloskop

Wem ein wirklich einfaches Oszilloskop für kleine Frequenzen (bis etwa 20 kHz) ausreicht, bspw. um die Kommunikation am I2C-Bus zu analysieren, kann dazu die Soundkarte des PC benutzen. Allerdings eignet sich eine Soundkarte nicht dazu, Gleichspannungen zu messen, zu niederfrequente Signale können daher nicht damit erfasst werden: Im Screenshot nebenan erkennt man das z. B. an der fallenden Gerade am Schluss (obwohl der tatsächliche Signalpegel konstant oben bleibt). Auch ist hier besondere Vorsicht geboten, da Soundkarten nur für geringe Spannungen ausgelegt sind und bei einer zu hohen Eingangsspannung möglicherweise der ganze PC beschädigt wird. Daher ist eine Vorschaltung mit Spannungsbegrenzung (ca 0,7V) nötig.

Der Vorteil der Soundkartennutzung ist, dass es sich dank des PCs um eine Art Speicheroszilloskop handelt und die Daten zum Beispiel in Excel analysiert werden können.

Grafikkarten-Oszilloskope

Videokarten, die über einen analogen Input verfügen, stellen ebenfalls eine Alternative zu käuflichen Oszilloskopen dar, da sie 3kanalig Frequenzen bis rund 180 MHz verarbeiten können. Die digitale Auflösung liegt meist bei 8 Bit maximal, was für einfache Anzeigen jedoch reicht, wenn die Aussteuerung entsprechend ist. Durch Übersampeln lässt sich die Auflösung wie gehabt steigern, indem man z.B. 4 Werte softwareseitig zusammenfasst und damit 1 Bit an Auflösung gewinnt. Bei 16 Werten kann man 2 Bit erwarten und erhält eine Güte von ca. 10 Bit bei 10MHz.

Selbstbau

Der Selbstbau eines solchen Gerätes erspart (wie fast immer in solchen Fällen) kein Geld, sofern man nicht eine Spezialfunktion benötigt, die im Markt nicht beschaffbar ist. Der Spaß liegt also wieder im Bauen selbst.

Es gibt diverse preiswerte Bausätze für Spielzeug-Oszilloskope. Die Ergebnisse nach dem Zusammenbau sind aber als Oszilloskop wenig brauchbar.

Daneben findet man nur sehr wenige Selbstbau-Projekte deren Ergebnisse überzeugen. Einige interessante Projekte sind [2]n und [3]. Dazu sei allerdings gesagt, dass der Aufwand an Material und Messmitteln schnell die Kosten für ein fertiges Oszilloskop überschreitet.

Umbau

Sofern man tatsächlich etwas benötigt, was nicht käuflich zu erwerben ist, kann der Kauf und Umbau eines vorhandenen Gerätes sinnvoll sein.

Auf eBay werden immer noch die Oszilloskope der früheren Firma Wittig (heute Welec), wie zum Beispiel das W2012A, angeboten. Als Alternative zu der fehlerträchtigen Orginalfirmware ist mittlerweile eine Open-Source Variante verfügbar die kontinuierlich weiterentwickelt wird. Ebenfalls wird an Hardware Erweiterungen gearbeitet die die Qualität des Oszilloskops deutlich steigern. Wer sich nicht sicher ist ob das Gerät seinen Ansprüchen genügt sollte bei den Entwicklern nachfragen. [4] Auch hier ist der Weg das Ziel.

Siehe auch

Links & Literatur

Software

  • WinXP Software für OsziFox/ProbeScope von Micha B. (chameo)
  • fsc2 is a program running under GNU/Linux for controlling spectrometers. Supported devices include digitizing oscilloscopes too:
    • Tektronix Digitizing Oscilloscope TDS520, TDS520A, TDS520C, TDS540, TDS744A and TDS754A
    • LeCroy Digitizing Oscilloscope 9400, 9410, 9420, 9424, 9424e and 9450(A)
    • LeCroy Digitizing Oscilloscope Waverunner and Waverunner-2 (LT224, LT 262, LT264, LT342, LT344, LT354, LT362, LT364, LT372, LT374, LT584, 44(M)Xi, 62X1, 64(M)Xi, 104(M)Xi, 204(M)Xi)
    • LeCroy Digitizing Oscilloscope WaveSurfer (422, 424, 432, 434, 452 and 454)
  • xoscope, oscope is a digital oscilloscope using input from a sound card or EsounD and/or a ProbeScope/osziFOX and Bitscope hardware. Includes 8 signal displays, variable time scale, math,memory, measurements, and file save/load. (Linux, GPL)
  • QtDSO is a frontend for the Velleman PCS64i digital oscilloscope (Anm.: Velleman nicht mehr unterstützt) It provides a fully featured oscillocope mode (including XY plot and math) and a highly configurable spectrum analyzer mode. Für Digitalmultimeter gibt es vom gleichen Autor QtDMM und QtDMM2.
  • Osqoop est un oscilloscope logiciel sous licence libre. Il permet de travailler sur un nombre arbitraire de canaux et des acquisitions de longue durée. Wiki description: Osqoop is a multi-platform open source software oscilloscope based on Qt 4. It connects to various hardware data sources such as the sound input or a dedicated USB board.
  • gds2000tools ist eine Linux-Software für GW-Instek GDS-2000 und andere GW-Instek Oszilloskope.
  • Xoscillo - A software oscilloscope that acquires data using an Arduino or a Parallax (more platforms to come). (Lizenz: CC-BY-NC-SA 3.0; Windows and Linux (needs mono))
  • Oscope 2100 Linux software für Hantek DSO-2100.
  • OpenHantek Linux Software für Hantek (Voltcraft/Darkwire/Protek/Acetech) DSO-2090.
  • Digital Soda DSO-2250 Software.
  • Owon Driver, Ownon Dump Linux-Treiber für Owon-Oszilloskope.
  • Attenload Linux - fetch data from Atten oscilloscopes via USB
  • Agiload Linux - fetch data and screenshots from Agilent 5462x oscilloscopes - RS232
  • Lxi-Control Kommandozeilen-Applikation zur Fernsteuerung von Geräten mit LXI-Schnittstelle.
  • gpib-util Linux Kommandozeilen-Applikation, unterstützt diverse Oszilloskope (und andere Geräte) mit GPIB-Schnittstelle.
  • VXI11 Bibliothek und Programme für Geräte mit VXI-11 Schnittstelle.
  • Linux WFM Datenformat-Leser.
  • sigrok Open Source Signal Analysis Software Suite

Datenauswertung

Bei Oszilloskopen (DSOs), die es erlauben, die gemessenen Daten zu einem PC zu übertragen, kann man die Messwerte auf dem PC weiter auswerten. Zum Beispiel ein Signal demodulieren, filtern oder dekodieren. Grundsätzlich ist die Auswertung in jeder Programmiersprache möglich. Programmiersprachen für numerische Berechnungen eignen sich jedoch besonders.

  • Sigrok eine open source tool zur Ansteuerung und Auswertung von u.a. digitalen USB-Oszilloskopen
  • Matlab und Freie Alternativen wie SciLab oder GNU Octave
  • Matlabcentral Fileexchange, Suche nach Oscilloscope Auf Matlabcentral Fileexchange finden sich auch MatLab Lese- und Auswertungsfunktionen für diverse Oszilloskope. Hinweis: Die von MatLab für die Kommunikation mit einem Oszilloskop verwendeten Toolboxen und Funktionen dürfen aufgrund der Matlabcentral Lizenz nicht mit freien Alternativen verwendet werden. siehe GNU OCtave FAQ
  • Octave-Forge instrument-control für die Kommunikation mit diversen Geräten wie z.B. LXI-compatible Agilent, LeCroy or Tektronix Oszilloskope über VXI11. Außerdem UART, I2C, GPIB usw.
  • Bei Ingenieuren weniger verbreitet sind Microsoft Excel oder andere Tabellenkalkulationen. Trotzdem sind sie zur Datenauswertung populär und auch durchaus geeignet, wenn sie richtig gehandhabt werden.[7] Eine Reihe von Programmen, die Messgeräte auslesen, geben das CSV-Format aus. Excel kann dies ohne jegliche Veränderung importieren wodurch ein einmal geprüftes Excel-Dokument sehr sicher ist.

Fußnoten

  1. ↑ Es gibt, beziehungsweise gab, nochmals einfachere Geräte, nämlich solche ohne Trigger. Die Zeiten solcher Gerät sind allerdings seit rund 60 Jahren vorbei. Daher sollte man den fehlenden Trigger nur bei historischen Gebrauchtgeräten finden.
  2. ↑ Ein Gerät, welches mit dem Attribut Profigerät beworben wird, ist normalerweise keins.
  3. ↑ Häufig wird von Anfängern bei der Bandbreitenbetrachtung vergessen, dass ein Rechtecksignal aus einer theoretisch unendlichen Summe von Signalen der Frequenzen f, 3 * f, 5 * f ... besteht. Für eine vernünftige Darstellung eines Rechtecksignals sollte die Oszilloskopbandbreite so groß sein, dass zumindest die ersten Oberwellen nicht gedämpft werden. Aus dieser Betrachtung ergeben sich Faustformeln, wie die, dass die Bandbreite eines Oszilloskops zehnmal (oder dreimal, oder fünfmal, je nachdem wie genau man messen möchte) größer sein sollte, wie die Grundfrequenz des Rechtecks.
  4. ↑ Die zweite Zeitbasis steuert einen zweiten Strahl (ähnlich wie einen separaten Kanal), der das gleiche Eingangssignal erhält. Die zweite Zeitbasis wird auf eine höhere Horizontalfrequenz eingestellt als die erste. Zusammen mit einer horizontalen Verschiebung der Darstellung kann man nun Ausschnitte des Signals durchfahren und vergrößert betrachten.
  5. ↑ Dieser Anhaltswert liegt nochmals weit über der Nyquist-Frequenz (zweifache Grenzfrequenz), ist aber nötig, um Abweichungen von der idealen Signalform zu sehen - z.B. bei Rechecksignalen. Die zehnfache Abtastfrequenz bedeutete, dass man nur 10 Messpunkte pro Signalperiode hat, was in einer 1:1 Darstellung auf dem Bildschirm gerade eben 10 nebeneinander liegenden Pixeln entspräche, was in der Regel sehr wenig ist, um ein Signal zu beurteilen.
  6. ↑ Uni-Ts Angaben zur Speichertiefe sind mit Vorsicht zu genießen. Seit Jahren wirbelt die Firma mit Begriffen wie memory length, memory depth, recording length und saving depth herum - jeweils mit unterschiedlichen Werten für das gleiche Oszilloskop. Dabei vermeidet Uni-T Begriffsdefinitionen zu geben. Im Zweifelsfall sollte man mit dem kleinsten Wert aller Angaben rechnen.
  7. ↑ Es ist sehr einfach Fehler in Tabellenkalkulationen zu machen, die typischerweise lange unentdeckt bleiben. Untersuchungen haben gezeigt, dass bereits dann bis zu 90% aller Tabellenkalkulationsblätter fehlerhaft sind, wenn es nur um einfache mathematische Grundoperationen (Addieren, Subtrahieren, Multiplizieren, Dividieren) geht.
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