Spannung messen mit dem Oszilloskop

Das Oszilloskop ist im Kern ein Voltmeter mit Bildschirm. Anders als ein Multimeter zeigt es dir aber nicht nur eine Zahl, sondern den ganzen Verlauf: Gleichanteil, Spitzenwerte, Überschwinger, Störspitzen und Brumm. Damit du daraus verlässliche Werte gewinnst, musst du wissen, wie du abliest, wo der Bezugspunkt liegt und wie du Spannungen misst, die nicht gegen Masse liegen.

Ablesen am Raster

Die Spannung ergibt sich aus der Zahl der Kästchen und der eingestellten Empfindlichkeit:

Ist der Tastkopf-Faktor im Kanalmenü richtig eingestellt (bei einem 10:1-Tastkopf also auf 10×), rechnet das Gerät ihn bereits in die V/div-Anzeige ein. Stimmt die Einstellung nicht, musst du selbst mit 10 multiplizieren – eine häufige Fehlerquelle, siehe Oszilloskop: Bedienung und erste Messung.

Bei der Zeit gehst du genauso vor: Eine Periode reicht von einem Punkt der Kurve bis zum nächsten Punkt, an dem das Signal denselben Wert hat und sich in dieselbe Richtung bewegt – also etwa von einer steigenden Flanke zur nächsten steigenden, nicht zur nächsten fallenden. Am einfachsten zählst du zwischen zwei Nulldurchgängen oder zwei gleichen Flanken:

Ein Oszilloskop misst dabei immer die Zeit; die Frequenz ist daraus berechnet – auch dann, wenn ein Digitaloszilloskop sie dir direkt anzeigt.

Für genaue Werte nutzt du die Cursor oder die automatischen Messungen. Achte dabei auf die Begriffe: „Pk-Pk“ ist der Spitze-Spitze-Wert, „Max“ und „Min“ sind die Extremwerte gegen 0 V, „RMS“ der Effektivwert, „Mean“ der Mittelwert.

Gleichspannung und Gleichanteil

Mit DC-Kopplung siehst du das Signal so, wie es ist – mit Gleichanteil. Für eine Gleichspannung legst du zuerst die Nulllinie fest: Kopplung kurz auf GND, Linie mit dem Positionssteller auf eine Rasterlinie schieben (bei positiven Spannungen am besten weit unten), dann zurück auf DC. Die Gleichspannung ist der senkrechte Abstand der Linie zu dieser Nulllage mal V/div: 3,3 V bei 1 V/div liegen 3,3 Kästchen über der Markierung. Wähle V/div so, dass die Linie möglichst weit ausgelenkt wird, ohne den Bildschirm zu verlassen.

Beim Spitze-Spitze-Wert einer Wechselspannung spielt die Lage der Nulllinie dagegen keine Rolle: Du zählst nur die Kästchen zwischen dem tiefsten und dem höchsten Punkt.

Interessiert dich nur der kleine Wechselanteil auf einer großen Gleichspannung, nimmst du die AC-Kopplung. Ein eingebauter Kondensator entfernt den Gleichanteil, und du kannst die Empfindlichkeit stark erhöhen.

AC-Kopplung hat eine untere Grenzfrequenz von einigen Hertz. Langsame Signale werden dadurch verfälscht – bei sehr langsamen Rechtecken hängen die Dächer schräg durch.

Die Masseverbindung entscheidet

Bei schnellen Signalen wird die Masseleitung des Tastkopfs zum Problem: Die übliche 15-cm-Krokodilklemme bildet mit der Tastkopfspitze eine Leiterschleife, deren Induktivität zusammen mit der Eingangskapazität einen Schwingkreis ergibt. An steilen Flanken zeigt das Oszilloskop dann Überschwingen und „Klingeln“, das in der Schaltung gar nicht existiert.

Spannungen ohne Massebezug

Die Masseklemmen aller Kanäle liegen gemeinsam am Schutzleiter. Damit misst du immer gegen Erde – nie direkt die Spannung über einem Bauteil, das nicht mit einem Ende an Masse hängt. Für solche Differenzspannungen gibt es zwei Wege:

• Zwei Kanäle und Mathematik: Kanal 1 an den einen Punkt, Kanal 2 an den anderen, beide Massen an die Schaltungsmasse, und mit der Funktion „CH1 − CH2“ die Differenz bilden. Das funktioniert gut, solange die gemeinsame Spannung klein ist und beide Kanäle gleich eingestellt sind.
• Differenztastkopf: Ein aktiver Tastkopf mit zwei hochohmigen Eingängen misst die Spannung zwischen zwei beliebigen Punkten und ist für hohe Gleichtaktspannungen ausgelegt. Für Messungen in Netzteilen und Motorsteuerungen ist er das richtige Werkzeug.

Selbsttest