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Oscillograaf
Elektromagnetischer Oszillograph

EIN Oszillograph ist ein Messinstrument zur direkten Beobachtung und/oder Aufzeichnung von schnell wechselnden rapidly elektrische Signale (Strom, Spannung oder andere elektrische Größe). Das registrierte Signal wird a Oszillogramm erwähnt.

Elektromagnetischer Oszillograph

Der elektromagnetische Oszillograph basiert auf dem Prinzip der Drehspulgalvanometer von d'Arsonval – die Wechselwirkung einer stromdurchflossenen Spule im Feld eines Permanentmagneten. Die ersten automatischen Oszillographen waren mit einem Stift ausgestattet, der, angetrieben von der beweglichen Spule, eine Linie über eine bewegliche Papierrolle zog, die von einem Synchronmotor.

Aufgrund der Trägheit der mechanischen Komponenten konnten diese ersten Instrumente nur relativ langsam wechselnde Signale zulassen (max. 100 Hz) sind aufgenommen.

Bifilarer Oszillograph

Eine Verbesserung dazu war der 1893-Schleifen- oder Bifilar-Oszillograph des französischen Physikers André Blondel. Ein ähnlicher Oszillograph wurde etwa zur gleichen Zeit von dem englischen Elektroingenieur entwickelt William Duddell.

Duddell Drehspul-Oszillograph mit Spiegel im Ölbad.[1]
Drehverschluss und bewegliches Spiegelsystem zum Platzieren von Zeitmarken neben dem Wellenmuster.[2]
Filmkamera zum Aufzeichnen der Wellenform.[3]
Filmaufzeichnung von Funken über den Kontakten eines Hochspannungsschalters, wenn dieser unterbrochen wird.[4]

Dieser Oszillograph besteht aus einer oder mehreren Messschleifen. Jede Messschleife besteht aus einem schleifenförmigen (bifilar) gespannten Draht, der sich in einem mit Gleichstrom erregten starken Magnetfeld bewegen kann. Dank der Lorentzkraft, die proportional zum Strom durch die Messschleife ist, wird die elektrische Variation in eine mechanische Bewegung der Schleife umgewandelt. In der Mitte der Schleife ist ein kleiner Spiegel angebracht, der sich proportional zum Momentanwert des Stroms durch die Schleife um einen bestimmten Winkel aus dem Nullpunkt dreht. Mit einem vom Spiegel reflektierten Lichtstrahl wird die Winkelbewegung auf einer Projektionswand oder einer lichtempfindlichen Papierrolle sichtbar gemacht.

Das Problem war hier, Messschleifen mit einem kleinen Massenträgheit um auch sehr schnell wechselnde Wechselströme messen zu können und dennoch ausreichend Dämpfung um ein Überschwingen zu verhindern. Trotzdem war dieses Instrument in der Lage, Signale von 1500 bis 4000 Hz zu erfassen.[5]

String-Galvanometer

sehen String-Galvanometer für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Eine besondere Version des Oszillographen ist das 1901 von dem niederländischen Arzt erfundene String-Galvanometer Willem Einthoven. Obwohl das Instrument ursprünglich dazu gedacht war, die Herzschlag bei tiefen Frequenzen wurde das String-Galvanometer später – mit den notwendigen Verbesserungen – auch zur Messung immer höherer Frequenzen eingesetzt.[6]

Um dies zu ermöglichen, wurde die Messschleife auf einen einzigen dünnen versilberten Quarzdraht reduziert, der als Stromleiter zwischen zwei Magnetpolen einer starken Elektromagnet. Während eines Stromdurchgangs wird dieser Draht senkrecht zum Magnetfeld ausgelenkt, das mit einer Lichtquelle auf einem fotografischen Film aufgezeichnet wird.

Kathodenstrahloszillographll

Philips-Oszilloskop GM5659 (1953)
sehen Oszilloskop für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Trotz immer besserer mechanischer Konstruktionen kann der Oszillograph Wechselströme mit sehr hohen Frequenzen wegen zu großer Trägheit nicht erkennen. Dies änderte sich mit der Erfindung des Kathodenstrahlröhre von Ferdinand Braun. Ein Kathodenstrahl (freier Strahl) Elektronen) kann durch einen Wechsel in jede Richtung ausgelenkt werden elektrisches Feld (magnetisch oder elektrostatisch) und auf einem Leuchtschirm sichtbar gemacht.

Ein Kathodenstrahl ist dafür so gut geeignet, weil Elektronen kaum Masse haben und daher sehr schnell auf Änderungen des elektrischen Feldes reagieren. Damit war es möglich, Signale mit sehr hohen Frequenzen (über 1 MHz) sichtbar zu machen.

Beim Kathodenstrahloszillographen (später Oszilloskop genannt) sind in der Röhre zwei Paare von senkrecht zueinander stehenden Ablenkplatten angeordnet, zwischen denen sich der punktförmige Elektronenstrahl befindet. Das zu messende Signal wird über einen Messverstärker an zwei Ablenkplatten angelegt, die den Elektronenstrahl vertikal auf und ab bewegen. Ein interner Sägezahngenerator treibt die beiden anderen Ablenkplatten an, die für die horizontale Bewegung (Zeitachse) sorgen.

Der Nachteil des analogen Oszilloskops besteht darin, dass das Signal nur angezeigt, aber nicht gespeichert werden kann. Erst mit dem Aufstieg von Speicher-ICs und der Computer Mit Hilfe des digitalen Oszilloskops können große Mengen an Messdaten erfasst werden. Eine Zwischenform war der lang nachleuchtende Phosphorschirm, der das schnelle Signal für einen kurzen Moment mit einem einzelnen Sägezahn zeigte.

Siehe auch

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