Worum es geht: Das Oszilloskop — was es zeigt, was ein Multimeter dagegen verschweigt, und warum der Trigger das eigentliche Werkzeug ist.
Wozu du das brauchst: Alles Interessante in diesem Kurs ist schneller, als ein Multimeter anzeigen kann: Prellen, PWM, Abschaltspitzen, Busflanken. Das Multimeter lügt nicht — es mittelt, und dabei verschwindet genau das, was du sehen willst.
Danach kannst du: Zeitbasis, Ablenkung und Trigger so einstellen, dass ein Signal stillsteht, mit AC-Kopplung kleine Störungen auf grossen Spannungen sichtbar machen, und ausrechnen, welche Bandbreite deine Flanken brauchen.
Was ein Multimeter nicht kann
Ein Multimeter beantwortet die Frage «wie viel Volt liegen hier an» — gemittelt über einige Zehntelsekunden. Für eine Versorgungsspannung, einen Teiler, einen Widerstand ist das genau richtig.
Alles, was dieser Kurs an interessanten Vorgängen behandelt hat, ist schneller als das:
| Vorgang | Zeitmassstab | Multimeter zeigt |
|---|---|---|
| Tasterprellen (Modul 7) | 1 … 10 ms | einen sauberen Wechsel |
| PWM (Modul 9) | Mikrosekunden | den Mittelwert |
| Abschaltspitze (Modul 6) | Mikrosekunden | gar nichts |
| I²C-Flanke (Modul 8) | Nanosekunden | gar nichts |
Das Multimeter lügt nicht — es mittelt. Und beim Mitteln verschwindet genau das, was du sehen willst. Ein Oszilloskop trägt die Spannung stattdessen über der Zeit auf.
Der Schirm ist in ein Raster geteilt, hier zehn mal sechs Kästchen. Ein Kästchen heisst Division oder kurz Div, und es bedeutet für sich genommen nichts. Erst zwei Einstellungen geben ihm eine Bedeutung:
- Ablenkung, senkrecht, in Volt je Div. Hier 2 V/Div.
- Zeitbasis, waagrecht, in Zeit je Div. Hier 1 ms/Div.
Daraus ergibt sich, was überhaupt aufs Bild passt:
senkrecht: 6 Div · 2 V/Div = 12 V
waagrecht: 10 Div · 1 ms/Div = 10 ms
Wer ein Signal nicht findet, hat meist eine dieser beiden Einstellungen um Grössenordnungen daneben. Die erste Handlung an einem fremden Gerät ist deshalb: beide auf einen plausiblen Wert stellen, nicht am Signal suchen.
Der Trigger ist das eigentliche Werkzeug
Ein Oszilloskop zeichnet nicht einmal, sondern ständig neu. Ohne weitere Vorgabe beginnt jede Aufzeichnung irgendwo im Signal, und das Bild wandert unlesbar über den Schirm.
Der Trigger legt fest, wann eine Aufzeichnung beginnt: bei einer bestimmten Spannung — der gestrichelten Linie im Bild — und bei einer bestimmten Flankenrichtung. Dann beginnt jede Aufzeichnung an derselben Stelle des Signals, und die Bilder liegen deckungsgleich übereinander. Das Signal steht.
Das ist der Unterschied zwischen einem Oszilloskop und einem sehr schnellen Voltmeter. Wer das Gerät bedienen kann, kann den Trigger bedienen; alles andere ist Beiwerk.
Drei Einstellungen, die man wirklich braucht:
| Einstellung | wofür |
|---|---|
| Pegel | wo im Signal ausgelöst wird |
| Flanke steigend / fallend | welche Richtung zählt |
| Single Shot | einmalig aufzeichnen und anhalten — für Vorgänge, die nur einmal passieren |
Single Shot ist die Betriebsart für die interessanten Fälle: die Abschaltspitze, der Einschaltvorgang, der Aussetzer, der alle zehn Minuten kommt.
AC oder DC — der Schalter, der Rätsel löst
Die Kopplung entscheidet, ob der Gleichanteil mitgezeichnet wird. Die beiden Kürzel kommen aus dem Englischen: DC für direct current, den Gleichanteil, und AC für alternating current, den sich ändernden Teil.
- DC: alles, wie es ist. Der Normalfall.
- AC: ein Kondensator im Eingang entfernt den Gleichanteil — es bleibt nur die Änderung.
AC ist das Werkzeug, um kleine Störungen auf einer grossen Spannung zu sehen. Die Welligkeit von 8.25 mV auf 1.65 V geglätteter PWM aus Modul 9 ist bei DC-Kopplung und 2 V/Div eine glatte Linie. Mit AC-Kopplung und 5 mV/Div ist sie ein deutliches Sägezahnmuster.
Denselben Trick brauchst du für Ripple auf einer Versorgung: 20 mV Störung auf 3.3 V sieht man nur, wenn man die 3.3 V wegnimmt.
Bandbreite: was das Gerät noch mitmacht
Jedes Oszilloskop hat eine Bandbreite, und sie begrenzt nicht nur, wie hohe Frequenzen es zeigt, sondern auch, wie steil eine Flanke aussehen darf. Der Zusammenhang ist eine Faustformel:
t(r) = 0.35 / Bandbreite
Ein Gerät mit 100 MHz kann eine Flanke von höchstens
t(r) = 0.35 / 100 MHz = 3.5 ns
darstellen. Eine schnellere Flanke zeigt es flacher, als sie ist — und wer sie ausmisst, misst das Gerät statt die Schaltung.
Umgekehrt: Willst du eine Flanke von 5 ns beurteilen, brauchst du
Bandbreite = 0.35 / 5 ns = 70 MHz
Das ist der Grund, warum ein 20-MHz-Gerät für die Signale eines ESP32 knapp wird. Für Prellen, PWM und Versorgungsripple reicht es bequem — für die Flankenform an einem schnellen Bus nicht.
Vier Bilder, die sich lohnen
Wer ein Oszilloskop hat und nicht weiss, wo anfangen, fängt hier an:
- Einen Taster drücken. Du siehst das Prellen aus Modul 7 in echt, mit deinem Taster und seiner eigenen Anzahl Flanken.
- PWM ansehen. Tastverhältnis, Frequenz und — hinter dem Widerstand-Kondensator-Paar (RC-Glied) — die Restwelligkeit.
- Die Versorgung ansehen, AC-gekoppelt, während die Schaltung arbeitet. Hier zeigt sich, ob die 100 nF aus Modul 2 ihre Arbeit tun.
- Einen induktiven Verbraucher abschalten, im Single-Shot-Betrieb. Einmal mit Freilaufdiode, einmal ohne — mit einem Transistor, der dabei sterben darf.
Jedes dieser vier Bilder macht ein Modul dieses Kurses sichtbar. Das vierte macht es endgültig.
Kurze Selbstkontrolle
Zählt nicht — nur zum Prüfen, ob es angekommen ist.
1.Ein Oszilloskop steht auf 5 V/Div und 1 ms/Div bei 8 mal 10 Kästchen. Welchen Ausschnitt siehst du?
2.Du willst die Restwelligkeit von 8 mV auf einer geglätteten Spannung von 1.65 V sehen. Was brauchst du?