Strom messen mit dem Oszilloskop

Ein Oszilloskop misst nur Spannungen. Gerade der zeitliche Verlauf von Strömen ist aber oft spannend: der Einschaltstrom eines Netzteils, die Stromspitzen eines Mikrocontrollers beim Funkversand, der Spulenstrom in einem Schaltregler oder der Anlaufstrom eines Motors. Damit du ihn siehst, musst du den Strom in eine proportionale Spannung umwandeln. Dafür gibt es drei verbreitete Wege: einen Shunt-Widerstand, eine Stromzange oder einen Stromwandler.

Der Shunt: Strom wird Spannung

Am einfachsten setzt du einen kleinen, genau bekannten Widerstand – einen Shunt – in den Stromweg und misst die Spannung daran. Nach dem Ohmschen Gesetz gilt:

Der Shunt soll so klein sein, dass er die Schaltung kaum beeinflusst, aber groß genug, dass sich ein gut messbares Signal ergibt. Typisch sind 10 mΩ bis 1 Ω. Zwei Grenzen helfen beim Auswählen:

• Untergrenze: Bei der empfindlichsten Einstellung, die du nutzen willst, soll der Strom mindestens einige Kästchen ergeben. Aus dieser kleinsten sinnvoll ablesbaren Spannung U_min folgt R_S ≥ U_min / I. Denk daran, dass ein 10:1-Tastkopf die Empfindlichkeit um den Faktor 10 verschlechtert – für Shunt-Messungen ist 1:1 oft die bessere Wahl.
• Obergrenze: Wähl den Shunt um den Faktor 10 bis 100 kleiner als den Lastwiderstand, sonst verändert er den Strom, den du messen willst.

Die Verlustleistung P = I² · R_S darf ihn nicht überlasten.

Weil die Masseklemme des Tastkopfs am Schutzleiter liegt, setzt du den Shunt am besten in die Masseleitung (Low-Side): Ein Ende liegt dann auf Schaltungsmasse, dort kommt die Masseklemme hin, die Spitze an das andere Ende. Ein Shunt in der Plusleitung (High-Side) liegt dagegen auf der Versorgungsspannung – dort brauchst du die Differenzmessung aus Spannung messen mit dem Oszilloskop.

Viele Oszilloskope erlauben, den Kanal direkt in Ampere anzuzeigen: Stelle als Tastkopf-Faktor den Kehrwert des Shunts ein (bei 0,1 Ω also 10 A/V) und wähle die Einheit A.

Kennlinien im XY-Betrieb

Mit Shunt und zwei Kanälen kannst du die Strom-Spannungs-Kennlinie eines Bauteils direkt auf den Schirm holen. Ein Funktionsgenerator speist eine Reihenschaltung aus Vorwiderstand (zur Strombegrenzung), Prüfling – etwa einer Diode – und Shunt. Der gemeinsame Punkt von Prüfling und Shunt ist die Masse des Oszilloskops. Kanal 1 misst die Spannung am Prüfling, Kanal 2 die am Shunt, also den Strom. Im XY-Betrieb lenkt Kanal 1 waagerecht ab und Kanal 2 senkrecht – heraus kommt die Kennlinie.

Dabei musst du zwei Dinge beachten. Erstens greift Kanal 2 die Shunt-Spannung von der Massenseite aus „verkehrt herum“ ab; mit der Funktion Invert bekommt der Strom das richtige Vorzeichen. Zweitens darf der Generator keine eigene Verbindung zum Schutzleiter haben: Hängt seine Masse am Schutzleiter, liegt sie über das Oszilloskop direkt am anderen Ende des Shunts – der wäre kurzgeschlossen. Ein erdfreier Generator oder ein Trenntransformator löst das.

Die Stromzange am Oszilloskop

Muss der Stromkreis unangetastet bleiben, ist eine Strommesszange für das Oszilloskop die bessere Wahl. Sie umschließt den Leiter und gibt eine Spannung proportional zum Strom aus, etwa 100 mV/A oder 10 mV/A.

• Hall-Effekt-Zangen messen Gleich- und Wechselstrom. Vor jeder Messung stellst du sie auf null; gute Modelle haben zusätzlich eine Entmagnetisierung (Degauss), weil Restmagnetismus im Kern den Nullpunkt verschiebt.
• Aktive Stromtastköpfe für Labore kombinieren Hall-Sensor und Wandler und erreichen Bandbreiten von 50 MHz und mehr – ideal für Schaltnetzteile.

Wie bei der Multimeter-Zange gilt: Nur einen Leiter umschließen, sonst heben sich Hin- und Rückstrom auf (siehe Wechselspannung und Wechselstrom messen).

Stromwandler und Rogowski-Spule

Für reinen Wechselstrom genügt ein Stromwandler: Der Leiter bildet die Primärwicklung, die Sekundärwicklung speist einen Bürdenwiderstand, an dem das Oszilloskop misst. Gleichstrom kann er prinzipbedingt nicht übertragen, weil nur ein sich änderndes Magnetfeld eine Spannung induziert.

Die Rogowski-Spule ist eine flexible Luftspule ohne Eisenkern, die um dicke Leiter oder Stromschienen gelegt wird. Sie gerät nicht in Sättigung und eignet sich für sehr große Wechselströme und schnelle Pulse; ein Integrator macht aus ihrem Signal wieder den Stromverlauf.

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