Oszillograf

Oszillografen sind Geräte, mit denen der zeitliche Verlauf veränderlicher Spannungen dargestellt werden kann. Die angelegten Spannungen können auch gemessen werden, z.B. die auftretenden Maximalwerte. Üblich sind auch die Bezeichnungen Elektronenstrahloszillograf, Katodenstrahloszillograf oder Oszilloskop.

Aufbau und Wirkungsweise

Wichtigstes Bauteil eines Oszillografen ist eine Elektronenstrahlröhre mit elektrischer Ablenkung (Bild 2). Sie wird auch als Oszillografenbildröhre oder Oszillografenröhre bezeichnet. Mit geheizter Katode, Wehneltzylinder und Anode wird ein feiner Elektronenstrahl erzeugt, der durch die Anode und das Ablenksystem zum Leuchtschirm verläuft und an der Stelle, an der er auftrifft, einen hellen Fleck, den Leuchtfleck, erzeugt.
Das Ablenksystem besteht aus einem vertikal und einem horizontal angeordneten Plattenpaar. Beim Anlegen einer Spannung an das vertikal angeordnete Plattenpaar wird der Elektronenstrahl je nach der Polung nach links oder rechts abgelenkt. Legt man eine Spannung an das horizontal angeordnete Plattenpaar, so erfolgt eine Auslenkung des Elektronenstrahls nach oben bzw. unten. Würde man z.B. an dieses Plattenpaar eine Wechselspannung von 50 Hz anlegen, so würde man auf dem Leuchtschirm einen senkrechten Strich beobachten, da der Leuchtpunkt auf dem Leuchtschirm sich so schnell nach unten bzw. oben bewegt, dass man mit den Augen diese schnelle Bewegung des Punktes nicht mehr auflösen kann.

Um den zeitlichen Verlauf einer Spannung darzustellen, wendet man folgenden "Trick" an: An die vertikal angeordneten Platten wird eine Spannung angelegt, die bewirkt, dass sich der Leuchtfleck auf dem Leuchtschirm gleichmäßig von links nach rechts bewegt und dann plötzlich wieder zum linken Ausgangspunkt zurückspringt. Das erreicht man durch eine so genannte Kippspannung (Bild 3), die durch einen Kippgenerator im Gerät erzeugt wird. Nach der Form dieser Spannung wird sie auch als Sägezahnspannung bezeichnet. Die Frequenz dieser Kippspannung kann man an einem Regler verändern und so der Spannung, die man darstellen will, anpassen. Liegt nur die Kippspannung an, so bewegt sich der Leuchtfleck von links nach rechts, springt zurück, bewegt sich wieder von links nach rechts usw. Bei kleiner Kippfrequenz kann man diese Bewegung des Leuchtpunktes gut verfolgen. Bei größerer Kippfrequenz sieht man eine horizontale Linie.

Nun wird gleichzeitig an die horizontal angeordneten Platten die zu untersuchende Spannung angelegt. Es erfolgt eine Bewegung des Elektronenstrahls nach oben bzw. unten.
Insgesamt wird dann der Elektronenstrahl durch die Kippspannung in horizontaler Richtung und durch die zu untersuchende Spannung in vertikaler Richtung abgelenkt und damit der zeitliche Verlauf dieser Spannung auf dem Bildschirm sichtbar.

Anwendungen

Oszillografen werden genutzt, um den Verlauf von Wechselspannungen darzustellen und ermöglichen damit die Analyse des Verlaufs solcher Spannungen. Bild 4 zeigt ein einfaches Beispiel: Wandelt man Töne mithilfe eines Mikrofons in Spannungsschwankungen und legt diese Spannung an den Oszillografen, so kann man erkennen: Reine Töne zeigen einen sinusförmigen Verlauf. Unterschiedlich hohe Töne kann man an der unterschiedlichen Anzahl der Schwingungen erkennen. Unterschiedlich laute Töne haben eine verschieden große Amplitude (Bild 4).
Kennt man die Spannung für eine bestimmte vertikale Auslenkung, so kann man einen Oszillografen auch als Spannungsmesser nutzen.
Kennt man die Kippfrequenz, so kann man die Frequenz der untersuchten Spannungen abschätzen.

Oszillografen, die vor allem für Messzwecke genutzt werden, bezeichnet man auch als Messoszillografen. Will man zwei Spannungsverläufe gleichzeitig untersuchen, so kann man einen Zweistrahloszillografen nutzen. Das Prinzip besteht darin, dass bei einem solchen Oszillografen zwei Strahlerzeugungssysteme und die entsprechenden Ablenksysteme übereinander angeordnet sind und damit auf dem Leuchtschirm zwei Spannungsverläufe unmittelbar miteinander verglichen werden können.