Oszilloskop

Kompaktes digitales Oszilloskop von 1997 mit Flüssigkristallanzeige ⓘ

Analoges Oszilloskop aus den 1970er Jahren mit Röhrenanzeige ⓘ

Ein Oszillogramm eines Sinus-Signals auf einem analogen Oszilloskop. Aus der Signalkurve können mittels der Gitter­einteilung und den oben eingeblen­deten Einstel­lungen des Geräts die Periodendauer und der Spitze-Tal-Wert des Signals ermittelt werden. Moderne digitale Geräte berechnen die Signal­parameter automatisch.

Ein Oszilloskop (lat. oscillare „schaukeln“, altgr. σκοπεῖν skopein „betrachten“) ist ein elektronisches Messgerät, das in seiner bevorzugten Anwendung für eine oder mehrere elektrische Spannungen deren zeitlichen Verlauf auf einem Bildschirm sichtbar macht. Das Oszilloskop stellt einen Verlaufsgraphen in einem zweidimensionalen Koordinatensystem dar, wobei üblicherweise die (horizontale) x-Achse die Zeitachse ist und die (vertikale) y-Achse die Spannungsachse. Das so entstehende Bild wird als Oszillogramm bezeichnet. ⓘ

Es gibt analoge und digitale Oszilloskope, wobei die analogen Geräte von den digitalen fast vollständig vom Markt verdrängt worden sind. Das Oszilloskop ist neben dem Multimeter eines der wichtigsten Messgeräte in der Elektronik und der Elektrotechnik. Der Bereich messbarer Spannungen reicht einerseits von Gleichspannung über niederfrequente Spannung, wie sie im elektrischen Versorgungsnetz auftritt, Spannung in der Tontechnik bis hin zum hochfrequenten Signal bei Radios, Fernsehern oder Computern; andererseits reicht der Bereich unter Verwendung von Standardzubehör von wenigen Millivolt bis zu einigen hundert Volt (im Spitzenwert). ⓘ

Manchmal wird noch die Bezeichnung Oszillograph verwendet, die in einer frühen Phase der Entwicklung für ein auf Papier schreibendes Gerät korrekt war. Saloppe Bezeichnungen sind Scope, Oscar oder Oszi. ⓘ

Oszilloskop-Kathodenstrahlröhre ⓘ

Ein Oszilloskop (umgangssprachlich Scope) ist ein elektronisches Prüfgerät, das unterschiedliche elektrische Spannungen als zweidimensionales Diagramm eines oder mehrerer Signale in Abhängigkeit von der Zeit grafisch darstellt. Der Hauptzweck besteht darin, sich wiederholende oder einzelne Wellenformen auf dem Bildschirm darzustellen, die andernfalls zu kurz auftreten würden, um vom menschlichen Auge wahrgenommen zu werden. Die angezeigte Wellenform kann dann auf Eigenschaften wie Amplitude, Frequenz, Anstiegszeit, Zeitintervall, Verzerrung und andere analysiert werden. Ursprünglich erforderte die Berechnung dieser Werte die manuelle Messung der Wellenform anhand der im Bildschirm des Geräts eingebauten Skalen. Moderne digitale Instrumente können diese Eigenschaften direkt berechnen und anzeigen. ⓘ

Oszilloskope werden in den Naturwissenschaften, in der Medizin, im Maschinenbau, in der Automobilindustrie und in der Telekommunikationsbranche eingesetzt. Allzweckgeräte werden für die Wartung elektronischer Geräte und für Laborarbeiten verwendet. Spezialoszilloskope werden z. B. zur Analyse der Zündanlage eines Kraftfahrzeugs oder zur Darstellung der Wellenform des Herzschlags in Form eines Elektrokardiogramms verwendet. ⓘ

Geschichte

Frühe Hochgeschwindigkeitsdarstellungen elektrischer Spannungen wurden mit einem elektromechanischen Oszillographen gemacht. Diese ermöglichten wertvolle Einblicke in schnelle Spannungsänderungen, hatten aber einen sehr niedrigen Frequenzgang und wurden durch das Oszilloskop abgelöst, das eine Kathodenstrahlröhre (CRT) als Anzeigeelement verwendete. Die Braunsche Röhre, Vorläuferin der Kathodenstrahlröhre, war 1897 bekannt, und 1899 stattete Jonathan Zenneck sie mit strahlformenden Platten und einem Magnetfeld zur Ablenkung der Spur aus, was die Grundlage der Kathodenstrahlröhre bildete. Frühe Kathodenstrahlröhren wurden bereits in den 1920er Jahren experimentell für Labormessungen eingesetzt, litten aber unter der schlechten Stabilität des Vakuums und der Kathodenstrahler. V. K. Zworykin beschrieb 1931 eine dauerhaft abgedichtete Hochvakuum-Kathodenstrahlröhre mit einem thermionischen Emitter. Dieses stabile und reproduzierbare Bauteil ermöglichte es General Radio, ein Oszilloskop herzustellen, das auch außerhalb eines Labors verwendet werden konnte. Nach dem Zweiten Weltkrieg bildeten überschüssige elektronische Bauteile die Grundlage für die Wiederbelebung der Heathkit Corporation, und ein aus solchen Bauteilen hergestellter 50-Dollar-Oszilloskopbausatz erwies sich als erster Markterfolg. ⓘ

Merkmale und Anwendungen

Für den horizontalen Durchlauf des Bildes sorgt eine Zeitbasis, die ebenfalls hohen Anforderungen genügen muss. Sie hat Einstellmöglichkeiten für

• den Zeit-Messbereich
• die horizontale Position des Bildanfangs.

Bei einem Analogoszilloskop erzeugt sie eine ab dem Triggerzeitpunkt mit der Zeit streng linear ansteigende Spannung („Sägezahnspannung“), die für die Horizontalablenkung verwendet wird. ⓘ

Bei einem Digitaloszilloskop wird der Verlauf abgetastet, und die Daten der Messpunkte werden in einem Datenspeicher abgelegt, der ringförmig immer wieder überschrieben wird. Hier sorgt die Zeitbasis für den zeitlichen Abstand, in dem Messdaten gewonnen und in den Speicher geschrieben werden. Diese werden dann – ab einem festgelegten Abstand zum Triggerzeitpunkt – zum Bildaufbau verwendet. Der Datenspeicher übernimmt Daten für eine längere Zeitspanne als die Zeitspanne, die auf dem Bildschirm angezeigt wird. Dadurch kann bereits die Vorgeschichte des Trigger-Ereignisses („pre trigger“) zur Anzeige gebracht werden. ⓘ

Bei digitalen Oszilloskopen gibt es auch die bequeme Möglichkeit, einmalige Ereignisse darzustellen („single“). Ab Triggerereignis wird der Datenspeicher nur noch mit einer festgelegten Anzahl von Messpunkten beschrieben, aber nicht mehr ständig überschrieben. Dadurch lässt sich ein transientes Signal aufnehmen und beliebig lange anzeigen. ⓘ

Komfortable Oszilloskope verfügen über zwei Zeitbasen. Neben der Hauptzeitbasis gibt es eine zweite Zeitbasis, mit der bei schnellerem Durchlauf Ausschnittvergrößerungen erzeugt werden können. Diese startet nach einer einstellbaren Verzögerungszeit nach Triggerung der Hauptzeitbasis; oder sie wird nach der eingestellten Verzögerungszeit triggerbar aufgrund eines zweiten Triggerereignisses. Auf diese Weise ist ein Ereignis viel feiner auflösbar, als das mit der Hauptzeitbasis möglich ist, wenn das Ereignis in einem größeren Abstand nach dem Triggerereignis auftritt. Die zweite Zeitbasis kann entfallen, wenn Daten von vornherein ganz wesentlich dichter erfasst und in den Speicher geschrieben werden, als sie zum Bildaufbau verwendbar sind. Zur besseren Auflösung des Ereignisses wird ein Ausschnitt der Daten gespreizt dargestellt. ⓘ

Oszilloskop, das eine Messkurve mit Standardeingängen und Bedienelementen zeigt ⓘ

Ein analoges Oszilloskop ist in der Regel in vier Bereiche unterteilt: die Anzeige, die vertikalen Bedienelemente, die horizontalen Bedienelemente und die Trigger-Bedienelemente. Bei der Anzeige handelt es sich in der Regel um eine Kathodenstrahlröhre (CRT) mit horizontalen und vertikalen Referenzlinien, der so genannten Strichplatte. CRT-Displays verfügen auch über Bedienelemente für Fokus, Intensität und Beamfinder. ⓘ

Der vertikale Teil steuert die Amplitude des angezeigten Signals. Dieser Bereich verfügt über einen Volt-pro-Teilung-Wahlschalter (Volt/Div), einen AC/DC/Ground-Wahlschalter und den vertikalen (primären) Eingang für das Gerät. Darüber hinaus ist dieser Bereich in der Regel mit dem Regler für die vertikale Strahlposition ausgestattet. ⓘ

Der horizontale Teil steuert die Zeitbasis oder den "Sweep" des Instruments. Das wichtigste Bedienelement ist der Sekunden-pro-Teilung (Sec/Div) Wahlschalter. Außerdem gibt es einen horizontalen Eingang für die Aufzeichnung von Signalen mit zwei X-Y-Achsen. Der Drehknopf für die horizontale Strahlposition befindet sich im Allgemeinen in diesem Bereich. ⓘ

Der Triggerbereich steuert das Startereignis des Sweeps. Der Trigger kann so eingestellt werden, dass er nach jedem Sweep automatisch neu startet, oder er kann so konfiguriert werden, dass er auf ein internes oder externes Ereignis reagiert. Die wichtigsten Bedienelemente dieser Sektion sind die Wahlschalter für Quelle und Kopplung sowie ein externer Triggereingang (EXT Input) und eine Pegeleinstellung. ⓘ

Zusätzlich zum Grundgerät werden die meisten Oszilloskope mit einem Tastkopf geliefert. Der Tastkopf wird an einen beliebigen Eingang des Geräts angeschlossen und hat in der Regel einen Widerstand, der dem Zehnfachen der Eingangsimpedanz des Oszilloskops entspricht. Daraus ergibt sich ein Dämpfungsfaktor von 0,1 (-10×), der dazu beiträgt, die kapazitive Last des Tastkopfkabels von dem zu messenden Signal zu trennen. Einige Tastköpfe verfügen über einen Schalter, mit dem der Bediener den Widerstand bei Bedarf umgehen kann. ⓘ

Größe und Tragbarkeit

Die meisten modernen Oszilloskope sind leichte, tragbare Instrumente, die so kompakt sind, dass sie von einer einzelnen Person getragen werden können. Zusätzlich zu den tragbaren Geräten bietet der Markt eine Reihe von batteriebetriebenen Miniaturgeräten für den Außendienst. Labor-Oszilloskope, insbesondere ältere Geräte mit Vakuumröhren, sind in der Regel Tischgeräte oder werden auf speziellen Wagen montiert. Spezialoszilloskope können in ein Gestell eingebaut oder fest in ein kundenspezifisches Gerätegehäuse montiert werden. ⓘ

Eingänge

Das zu messende Signal wird in einen der Eingangsanschlüsse eingespeist, bei dem es sich in der Regel um einen Koaxialstecker wie einen BNC- oder UHF-Typ handelt. Für niedrigere Frequenzen können Anschlussklemmen oder Bananenstecker verwendet werden. Wenn die Signalquelle über einen eigenen Koaxialanschluss verfügt, wird ein einfaches Koaxialkabel verwendet; andernfalls wird ein spezielles Kabel, die so genannte "Oszilloskopsonde", verwendet, die mit dem Oszilloskop geliefert wird. Im Allgemeinen ist für den Routinegebrauch ein Messkabel mit offenem Draht zum Anschluss an den zu beobachtenden Punkt nicht zufriedenstellend, und eine Sonde ist im Allgemeinen erforderlich. Allzweck-Oszilloskope haben in der Regel eine Eingangsimpedanz von 1 Megaohm parallel zu einer kleinen, aber bekannten Kapazität, z. B. 20 Picofarad. Dies ermöglicht die Verwendung von Standard-Oszilloskop-Tastköpfen. Oszilloskope für sehr hohe Frequenzen können 50 Ω-Eingänge haben. Diese müssen entweder direkt an eine 50 Ω-Signalquelle angeschlossen oder mit Z₀ oder aktiven Tastköpfen verwendet werden. ⓘ

Zu den weniger häufig verwendeten Eingängen gehören einer (oder zwei) für die Triggerung des Sweeps, die horizontale Ablenkung für X-Y-Darstellungen und die Aufhellung/Abdunklung von Messkurven, manchmal auch als z'-Achsen-Eingänge bezeichnet. ⓘ

Prüfspitzen

Messleitungen mit offenen Drähten (fliegende Leitungen) können Störungen aufnehmen und sind daher für schwache Signale nicht geeignet. Außerdem haben die Leitungen eine hohe Induktivität, so dass sie für hohe Frequenzen nicht geeignet sind. Die Verwendung eines abgeschirmten Kabels (d. h. eines Koaxialkabels) ist für schwache Signale besser geeignet. Koaxialkabel haben auch eine geringere Induktivität, aber eine höhere Kapazität: ein typisches 50-Ohm-Kabel hat etwa 90 pF pro Meter. Folglich belastet eine ein Meter lange direkte (1×) Koaxialsonde einen Schaltkreis mit einer Kapazität von etwa 110 pF und einem Widerstand von 1 Megaohm. ⓘ

Um die Belastung zu minimieren, werden Dämpfungssonden (z. B. 10×-Sonden) verwendet. Eine typische Sonde verwendet einen 9-Megohm-Serienwiderstand, der durch einen kleinen Kondensator überbrückt wird, um einen RC-kompensierten Teiler mit der Kabelkapazität und dem Oszillatoreingang zu bilden. Die RC-Zeitkonstanten werden so eingestellt, dass sie übereinstimmen. Zum Beispiel wird der 9-Megohm-Vorwiderstand durch einen 12,2 pF-Kondensator überbrückt, um eine Zeitkonstante von 110 Millisekunden zu erhalten. Die Kabelkapazität von 90 pF parallel zum Scope-Eingang von 20 pF und 1 Megohm (Gesamtkapazität 110 pF) ergibt ebenfalls eine Zeitkonstante von 110 Millisekunden. In der Praxis gibt es eine Einstellung, mit der der Bediener die Zeitkonstante im Niederfrequenzbereich genau anpassen kann (dies wird als Kompensation der Sonde bezeichnet). Die Anpassung der Zeitkonstanten macht die Dämpfung unabhängig von der Frequenz. Bei niedrigen Frequenzen (wo der Widerstand von R viel kleiner ist als der Blindwiderstand von C) sieht die Schaltung wie ein ohmscher Teiler aus; bei hohen Frequenzen (Widerstand viel größer als Blindwiderstand) sieht die Schaltung wie ein kapazitiver Teiler aus. ⓘ

Das Ergebnis ist eine frequenzkompensierte Sonde für bescheidene Frequenzen. Er stellt eine Last von etwa 10 Megaohm dar, die durch 12 pF überbrückt wird. Eine solche Sonde ist eine Verbesserung, funktioniert aber nicht gut, wenn die Zeitskala auf mehrere Kabeldurchlaufzeiten oder weniger schrumpft (die Durchlaufzeit beträgt typischerweise 5 ns). In diesem Zeitrahmen sieht das Kabel wie seine charakteristische Impedanz aus, und Reflexionen von der Fehlanpassung der Übertragungsleitung am Oszilloskopeingang und an der Sonde verursachen ein Klingeln. Moderne Oszilloskop-Tastköpfe verwenden verlustbehaftete Übertragungsleitungen mit geringer Kapazität und ausgeklügelte Frequenzformungsnetzwerke, damit der 10×-Tastkopf auch bei mehreren hundert Megahertz gut funktioniert. Daher gibt es weitere Anpassungen zur Vervollständigung der Kompensation. ⓘ

Am weitesten verbreitet sind Sonden mit einer Dämpfung von 10:1; bei großen Signalen (und etwas geringerer kapazitiver Belastung) können auch Sonden mit 100:1 verwendet werden. Es gibt auch Tastköpfe mit Schaltern zur Auswahl von 10:1 oder direkten (1:1) Verhältnissen, aber die letztere Einstellung hat eine erhebliche Kapazität (einige zehn pF) an der Tastkopfspitze, da die Kapazität des gesamten Kabels dann direkt angeschlossen ist. ⓘ

Die meisten Oszilloskope bieten Dämpfungsfaktoren für den Tastkopf an, die die effektive Empfindlichkeit an der Tastkopfspitze anzeigen. In der Vergangenheit wurden bei einigen Auto-Sensing-Schaltungen Anzeigelampen hinter durchsichtigen Fenstern im Bedienfeld verwendet, um verschiedene Teile der Empfindlichkeitsskala zu beleuchten. Zu diesem Zweck hatten die Sondenanschlüsse (modifizierte BNCs) einen zusätzlichen Kontakt, um die Dämpfung der Sonde zu definieren. (Ein bestimmter Widerstandswert, der mit Masse verbunden ist, "kodiert" die Dämpfung.) Da sich die Tastköpfe abnutzen und die Auto-Sensing-Schaltung nicht zwischen verschiedenen Oszilloskopmarken kompatibel ist, ist die automatische Skalierung des Tastkopfes nicht narrensicher. Ebenso ist die manuelle Einstellung der Tastkopfdämpfung anfällig für Benutzerfehler. Die falsche Einstellung der Tastkopfskalierung ist ein häufiger Fehler, der zu einer Abweichung der Messwerte um den Faktor 10 führt. ⓘ

Spezielle Hochspannungstastköpfe bilden kompensierte Dämpfungsglieder mit dem Oszilloskopeingang. Diese haben einen großen Sondenkörper, und bei einigen muss ein Behälter, der den Vorwiderstand umgibt, teilweise mit flüchtigem, flüssigem Fluorkohlenstoff gefüllt werden, um die Luft zu verdrängen. Am Ende des Oszilloskops befindet sich ein Kasten mit mehreren Einstellmöglichkeiten für die Wellenform. Zur Sicherheit hält eine Sperrscheibe die Finger des Benutzers von der zu untersuchenden Stelle fern. Die maximale Spannung liegt im niedrigen Zehnerbereich von kV. (Die Beobachtung einer Hochspannungsrampe kann eine treppenförmige Wellenform mit Stufen an verschiedenen Punkten bei jeder Wiederholung erzeugen, bis die Sondenspitze in Kontakt ist. Bis dahin lädt ein winziger Lichtbogen die Sondenspitze auf, und ihre Kapazität hält die Spannung (offener Stromkreis). Wenn die Spannung weiter ansteigt, lädt ein weiterer winziger Lichtbogen die Spitze weiter auf). ⓘ

Es gibt auch Stromsonden mit Kernen, die den zu untersuchenden stromführenden Leiter umgeben. Ein Typ hat eine Bohrung für den Leiter und erfordert, dass der Draht durch die Bohrung geführt wird, um eine halbfeste oder feste Montage zu ermöglichen. Andere Typen, die für temporäre Prüfungen verwendet werden, haben dagegen einen zweiteiligen Kern, der um einen Draht geklemmt werden kann. Im Inneren der Sonde liefert eine um den Kern gewickelte Spule einen Strom an eine geeignete Last, und die Spannung über dieser Last ist proportional zum Strom. Diese Art von Sonde misst nur Wechselstrom. ⓘ

Eine anspruchsvollere Sonde enthält einen Magnetflusssensor (Hall-Effekt-Sensor) im Magnetkreis. Die Sonde ist an einen Verstärker angeschlossen, der einen (niederfrequenten) Strom in die Spule einspeist, um das erfasste Feld auszulöschen; die Stärke des Stroms liefert den niederfrequenten Teil der Stromwellenform bis hinunter zum Gleichstrom. Die Spule nimmt weiterhin hohe Frequenzen auf. Es gibt ein kombinierendes Netzwerk, das mit einer Lautsprecherweiche vergleichbar ist. ⓘ

Bedienelemente auf der Vorderseite

Fokusregler

Mit diesem Regler wird die Schärfe der Kathodenstrahlröhre eingestellt, um die schärfste und detaillierteste Spur zu erhalten. In der Praxis muss die Schärfe bei der Beobachtung sehr unterschiedlicher Signale leicht angepasst werden, so dass es sich um einen externen Regler handeln muss. Der Regler variiert die Spannung, die an eine Fokussierungsanode innerhalb der Kathodenstrahlröhre angelegt wird. Flachbildschirme benötigen diese Steuerung nicht. ⓘ

Intensitätsregler

Hiermit wird die Helligkeit der Kurve eingestellt. Langsame Kurven auf CRT-Oszilloskopen benötigen weniger, schnelle Kurven, insbesondere wenn sie nicht oft wiederholt werden, mehr Helligkeit. Bei Flachbildschirmen hingegen ist die Helligkeit der Messkurve im Wesentlichen unabhängig von der Abtastgeschwindigkeit, da die interne Signalverarbeitung die Anzeige effektiv aus den digitalisierten Daten synthetisiert. ⓘ

Astigmatismus

Dieser Regler kann stattdessen auch "Form" oder "Spotform" genannt werden. Mit ihm wird die Spannung an der letzten CRT-Anode (unmittelbar neben den Y-Ablenkplatten) eingestellt. Für einen kreisförmigen Spot muss die letzte Anode auf demselben Potenzial liegen wie die beiden Y-Platten (für einen zentrierten Spot müssen die Spannungen der Y-Platten gleich sein). Wenn die Anode positiver eingestellt wird, wird der Fleck in der X-Ebene elliptisch, da die negativeren Y-Platten den Strahl abstoßen. Wenn die Anode negativer eingestellt wird, wird der Fleck in der Y-Ebene elliptisch, da die positiveren Y-Platten den Strahl anziehen. Diese Steuerung kann bei einfacheren Oszilloskopen fehlen oder sogar eine interne Steuerung sein. Bei Flachbildschirmen ist sie nicht erforderlich. ⓘ

Strahlsucher

Moderne Oszilloskope haben direkt gekoppelte Ablenkverstärker, was bedeutet, dass die Messkurve außerhalb des Bildschirms abgelenkt werden kann. Es kann auch vorkommen, dass der Strahl ausgeblendet wird, ohne dass der Bediener es merkt. Um eine sichtbare Anzeige wiederherzustellen, hebt der Strahlsucherkreis die Ausblendung auf und begrenzt die Strahlablenkung auf den sichtbaren Teil des Bildschirms. Beam-Finder-Schaltungen verzerren oft die Messkurve, wenn sie aktiviert sind. ⓘ

Strichplatte

Die Strichplatte ist ein Raster aus Linien, die als Referenzmarken für die Messung der angezeigten Messkurve dienen. Diese Markierungen, die sich entweder direkt auf dem Bildschirm oder auf einem abnehmbaren Kunststofffilter befinden, bestehen in der Regel aus einem 1-cm-Raster mit engeren Strichen (oft im Abstand von 2 mm) auf der mittleren vertikalen und horizontalen Achse. Es wird erwartet, dass zehn Hauptunterteilungen auf dem Bildschirm zu sehen sind; die Anzahl der vertikalen Hauptunterteilungen variiert. Vergleicht man die Gittermarkierungen mit der Wellenform, so kann man sowohl die Spannung (vertikale Achse) als auch die Zeit (horizontale Achse) messen. Die Frequenz kann auch bestimmt werden, indem die Periode der Wellenform gemessen und ihr Kehrwert berechnet wird. ⓘ

Bei alten und preiswerteren CRT-Oszilloskopen besteht die Strichplatte aus einer Plastikfolie, oft mit lichtstreuenden Markierungen und verdeckten Lampen am Rand der Strichplatte. Die Lampen waren mit einem Helligkeitsregler ausgestattet. Bei teureren Geräten ist die Strichplatte auf der Innenseite der Kathodenstrahlröhre markiert, um Parallaxenfehler auszuschließen; bessere Geräte hatten auch eine einstellbare Randbeleuchtung mit Streumarkierungen. (Streuende Markierungen erscheinen hell.) Bei digitalen Oszilloskopen hingegen werden die Strichplattenmarkierungen auf dem Display auf die gleiche Weise wie die Messkurve erzeugt. ⓘ

Externe Strichplatten schützen außerdem die Glasfläche der Kathodenstrahlröhre vor versehentlichen Stößen. Einige CRT-Oszilloskope mit internen Strichplatten verfügen über einen unmarkierten, gefärbten Kunststoff-Lichtfilter, um den Kontrast der Messkurve zu erhöhen; dieser dient auch zum Schutz der Frontplatte der CRT. ⓘ

Die Genauigkeit und Auflösung von Messungen mit einer Strichplatte ist relativ begrenzt; bessere Geräte haben manchmal bewegliche helle Markierungen auf der Messkurve. Diese ermöglichen es den internen Schaltkreisen, feinere Messungen vorzunehmen. ⓘ

Sowohl die kalibrierte vertikale Empfindlichkeit als auch die kalibrierte horizontale Zeit werden in 1 - 2 - 5 - 10 Schritten eingestellt. Dies führt jedoch zu einigen unangenehmen Interpretationen kleinerer Unterteilungen. ⓘ

Digitaloszilloskope erzeugen die Strichplatte digital. Die Skala, die Abstände usw. der Strichplatte können daher variiert und die Genauigkeit der Ablesungen verbessert werden. ⓘ

Zeitbasiskontrollen

Computermodell der Auswirkung einer Erhöhung der Zeitbasiszeit/Teilung ⓘ

Mit diesen Reglern wird die horizontale Geschwindigkeit des CRT-Spots bei der Erstellung der Messkurve eingestellt; dieser Vorgang wird gemeinhin als Sweep bezeichnet. Bei allen modernen Oszilloskopen, mit Ausnahme der preiswertesten, ist die Sweep-Geschwindigkeit wählbar und wird in Zeiteinheiten pro Teilung des Hauptgitters kalibriert. In der Regel wird ein breiter Bereich von Wobbelgeschwindigkeiten angeboten, der von Sekunden bis zu Pikosekunden (bei den schnellsten) pro Teilung reicht. Normalerweise bietet ein stufenloser Regler (oft ein Knopf vor dem kalibrierten Wahlschalter) nicht kalibrierte Geschwindigkeiten, die in der Regel langsamer sind als die kalibrierten. Dieser Regler bietet einen etwas größeren Bereich als die kalibrierten Stufen, so dass jede Geschwindigkeit zwischen den Stufen verfügbar ist. ⓘ

Holdoff-Steuerung

Einige höherwertige Analogoszilloskope verfügen über einen Holdoff-Regler. Damit wird eine Zeit nach einem Trigger festgelegt, während der die Wobbelschaltung nicht erneut getriggert werden kann. Dies trägt zu einer stabilen Anzeige von sich wiederholenden Ereignissen bei, bei denen einige Trigger zu verwirrenden Anzeigen führen würden. Normalerweise wird sie auf ein Minimum eingestellt, da eine längere Zeit die Anzahl der Sweeps pro Sekunde verringert, was zu einer schwächeren Kurve führt. Eine genauere Beschreibung finden Sie unter Holdoff. ⓘ

Vertikale Empfindlichkeits-, Kopplungs- und Polaritätsregler

Um einen breiten Bereich von Eingangsamplituden abdecken zu können, wählt ein Schalter die kalibrierte Empfindlichkeit der vertikalen Ablenkung. Ein weiterer Regler, der sich häufig vor dem kalibrierten Auswahlknopf befindet, bietet eine stufenlos einstellbare Empfindlichkeit über einen begrenzten Bereich von kalibrierten bis zu weniger empfindlichen Einstellungen. ⓘ

Oft ist das beobachtete Signal durch eine stetige Komponente versetzt, und nur die Änderungen sind von Interesse. Ein Eingangskopplungsschalter in der Stellung "AC" schaltet einen Kondensator in Reihe mit dem Eingang, der niederfrequente Signale und Gleichstrom blockiert. Wenn das Signal jedoch einen festen Offset hat oder sich langsam ändert, wird der Benutzer in der Regel die DC"-Kopplung bevorzugen, die einen solchen Kondensator umgeht. Die meisten Oszilloskope bieten die Option DC-Eingang. Viele Oszilloskope verfügen über eine dritte Schalterstellung (in der Regel mit "GND" für Masse bezeichnet), mit der der Eingang abgetrennt und geerdet werden kann, um zu sehen, wo der Null-Volt-Eingang auf dem Bildschirm angezeigt wird. In diesem Fall zentriert der Benutzer die Messkurve oft mit dem vertikalen Positionsregler. ⓘ

Bessere Oszilloskope verfügen über einen Polaritätswähler. Normalerweise bewegt ein positiver Eingang die Messkurve nach oben; der Polaritätswähler bietet eine "invertierende" Option, bei der ein positives Signal die Messkurve nach unten lenkt. ⓘ

Steuerung der vertikalen Position

Computermodell der vertikalen Position und des y-Offsets bei einer Sinuswelle

Mit dem Regler für die vertikale Position wird die gesamte angezeigte Kurve nach oben und unten bewegt. Er dient dazu, die eingabefreie Messkurve genau auf die Mittellinie der Strichplatte einzustellen, ermöglicht aber auch einen begrenzten vertikalen Versatz. Bei direkter Kopplung kann durch die Einstellung dieses Reglers eine begrenzte Gleichstromkomponente eines Eingangs kompensiert werden. ⓘ

Steuerung der horizontalen Empfindlichkeit

Dieser Regler ist nur bei aufwendigeren Oszilloskopen zu finden; er bietet eine einstellbare Empfindlichkeit für externe horizontale Eingänge. Er ist nur aktiv, wenn sich das Gerät im X-Y-Modus befindet, d. h. der interne horizontale Sweep ist ausgeschaltet. ⓘ

Horizontale Lageregelung

Computermodell der horizontalen Lageregelung mit zunehmendem x-Offset

Mit der horizontalen Positionssteuerung wird die Anzeige seitlich verschoben. Normalerweise wird das linke Ende der Messkurve am linken Rand der Strichplatte positioniert, aber auf Wunsch kann die gesamte Messkurve verschoben werden. Dieser Regler verschiebt bei einigen Geräten auch die Messkurven im X-Y-Modus seitlich und kann wie bei der vertikalen Position eine begrenzte Gleichstromkomponente kompensieren. ⓘ

Dual-Trace-Steuerungen

Doppelspurregler grüne Spur = y = 30 sin(0,1t) + 0,5 blaue Spur = y = 30 sin(0,3t)

Jeder Eingangskanal verfügt in der Regel über einen eigenen Satz von Empfindlichkeits-, Kopplungs- und Positionsreglern, obwohl einige Vierspur-Oszilloskope nur minimale Regler für ihren dritten und vierten Kanal haben. ⓘ

Doppelspur-Oszilloskope verfügen über einen Modusschalter, mit dem entweder nur ein Kanal, beide Kanäle oder (bei einigen) eine X-Y-Anzeige ausgewählt werden kann, bei der der zweite Kanal für die X-Ablenkung verwendet wird. Wenn beide Kanäle angezeigt werden, kann die Art der Kanalumschaltung bei einigen Oszilloskopen ausgewählt werden; bei anderen hängt die Art von der Einstellung der Zeitbasis ab. Falls manuell wählbar, kann die Kanalumschaltung freilaufend (asynchron) oder zwischen aufeinanderfolgenden Sweeps erfolgen. Einige analoge Doppelspur-Oszilloskope von Philips verfügten über einen schnellen analogen Multiplizierer und zeigten das Produkt der Eingangskanäle an. ⓘ

Oszilloskope mit mehreren Messkurven haben für jeden Kanal einen Schalter, mit dem die Anzeige der Messkurve des Kanals aktiviert oder deaktiviert werden kann. ⓘ

Delayed-Sweep-Steuerungen

Dazu gehören Regler für die Zeitbasis des verzögerten Sweeps, die kalibriert und oft auch variabel ist. Die langsamste Geschwindigkeit ist um mehrere Schritte schneller als die langsamste Hauptabtastgeschwindigkeit, die schnellste Geschwindigkeit ist jedoch im Allgemeinen die gleiche. Ein kalibrierter Multiturn-Verzögerungszeitregler bietet einen großen Bereich und eine hohe Auflösung für die Verzögerungseinstellungen; er umfasst die gesamte Dauer des Hauptsweeps, und seine Ablesung entspricht den Teilungen der Strichplatte (jedoch mit einer viel feineren Präzision). Seine Genauigkeit ist ebenfalls höher als die der Anzeige. ⓘ

Mit einem Schalter können die Anzeigemodi ausgewählt werden: Nur Hauptabtastung mit einem aufgehellten Bereich, der anzeigt, wenn die verzögerte Abtastung fortschreitet, nur verzögerte Abtastung oder (bei einigen Geräten) ein Kombinationsmodus. ⓘ

Gute CRT-Oszilloskope verfügen über einen Regler für die Intensität des verzögerten Sweeps, um die schwächere Spur eines viel schnelleren verzögerten Sweeps zu ermöglichen, der dennoch nur einmal pro Hauptsweep auftritt. Solche Oszilloskope verfügen in der Regel auch über eine Spurentrennungssteuerung für die gleichzeitige Anzeige des Haupt- und des verzögerten Sweeps im Multiplexverfahren. ⓘ

Bedienelemente für den Wobbeltrigger

Mit einem Schalter wird die Triggerquelle ausgewählt. Dabei kann es sich um einen externen Eingang, einen der vertikalen Kanäle eines Zwei- oder Mehrspur-Oszilloskops oder um die Netzfrequenz handeln. Ein weiterer Schalter aktiviert oder deaktiviert den automatischen Triggermodus oder wählt den Einzelsweep aus, falls das Oszilloskop dies vorsieht. Entweder eine Schalterstellung mit Federrückstellung oder eine Drucktaste schaltet einzelne Sweeps scharf. ⓘ

Ein Triggerpegelregler variiert die Spannung, die zur Erzeugung eines Triggers erforderlich ist, und der Flankenschalter wählt die positive oder negative Polarität bei dem gewählten Triggerpegel. ⓘ

Grundtypen des Wobbelns

Getriggerter Wobbelvorgang

Tektronix-Oszilloskop Typ 465. Dies war ein beliebtes, tragbares analoges Oszilloskop und ist ein repräsentatives Beispiel. ⓘ

Moderne Oszilloskope verfügen über getriggerte Wobbelvorgänge, um Ereignisse mit gleichbleibenden oder sich langsam (sichtbar) ändernden Wellenformen anzuzeigen, die jedoch in ungleichmäßigen Abständen auftreten können. Im Vergleich zu älteren, einfacheren Oszilloskopen mit kontinuierlich laufenden Wobbeloszillatoren sind Oszilloskope mit getriggertem Wobbelvorgang deutlich vielseitiger. ⓘ

Ein getriggerter Wobbelvorgang beginnt an einem ausgewählten Punkt des Signals und liefert eine stabile Anzeige. Auf diese Weise ermöglicht die Triggerung die Anzeige periodischer Signale wie Sinus- und Rechteckwellen sowie nichtperiodischer Signale wie Einzelimpulse oder Impulse, die nicht mit einer festen Rate wiederkehren. ⓘ

Bei getriggerten Wobbelvorgängen blendet das Oszilloskop den Strahl aus und setzt den Wobbelkreis jedes Mal zurück, wenn der Strahl den äußersten rechten Rand des Bildschirms erreicht. Für eine gewisse Zeit, die als Holdoff bezeichnet wird (bei einigen besseren Oszilloskopen über einen Regler an der Vorderseite verlängerbar), setzt sich der Wobbelkreis vollständig zurück und ignoriert Trigger. Nach Ablauf der Haltezeit wird mit dem nächsten Trigger ein Wobbelvorgang gestartet. Das Triggerereignis ist in der Regel die Eingangswellenform, die eine vom Benutzer festgelegte Schwellenspannung (Triggerpegel) in der festgelegten Richtung (positiv oder negativ - Triggerpolarität) erreicht. ⓘ

In einigen Fällen kann eine variable Holdoff-Zeit nützlich sein, damit der Sweep störende Trigger ignoriert, die vor den zu beobachtenden Ereignissen auftreten. Im Falle sich wiederholender, aber komplexer Wellenformen kann eine variable Holdoff-Zeit eine stabile Anzeige ermöglichen, die sonst nicht erreicht werden könnte. ⓘ

Haltezeit

Der Trigger-Holdoff definiert einen bestimmten Zeitraum nach einem Trigger, in dem der Sweep nicht erneut ausgelöst werden kann. Dies erleichtert die Erstellung einer stabilen Ansicht einer Wellenform mit mehreren Flanken, die andernfalls zusätzliche Trigger verursachen würden. ⓘ

Beispiel

Zur Triggerung:
Dünne Linie: eine fortlaufend am Eingang vorhandene Sägezahn-Spannung.
Dicke Linie: Teil der Eingangsspannung, der bei gegebenem Maßstab auf dem Bildschirm sichtbar ist (bei Triggerung auf positiven Anstieg). ⓘ

Ein anliegendes Signal wird fortlaufend gemessen und vom linken Rand der Anzeigefläche bis zum rechten immer wieder neu gezeichnet. Um bei den periodischen Signalen ein stehendes Bild zu erhalten, ist es nötig, den Bildschirm-Durchlauf so lange aufzuhalten, bis das darzustellende Signal einen festgelegten Anfangszustand erreicht. Erst dann wird eine neue Darstellung ausgelöst. Die Durchläufe sind somit identisch und frischen das Bild immer wieder auf. ⓘ

Üblicherweise werden dazu eingestellt

• das Triggerniveau (LEVEL, stufenlos einstellbare Spannung)
• den Triggeranstieg, mit dem das Signal das Triggerniveau überquert
  (SLOPE, + oder −)
• die Triggerbetriebsart (MODE, normal oder automatisch).

Wenn die eingestellte Triggerbedingung durch das ausgewählte Triggersignal nicht erfüllt wird, bleibt die Zeitablenkung bei Normalbetrieb in Warteposition; im Automatikbetrieb entsteht dann eine, allerdings freilaufende, Darstellung. Beispielsweise kann Gleichspannung nicht triggern; auch für das Suchen des Signalverlaufs bis zur korrekten Einstellung der Vertikalbaugruppe ist der Freilauf hilfreich. ⓘ

Als Triggerquelle, von deren Spannungsverlauf ausgelöst werden soll, kommt infrage

• jeder der Kanäle (CH1, CH2, …)
• ein externer Triggereingang (EXT)
• das Versorgungsnetz (50 Hz; LINE), da häufig netzsynchrone Ereignisse zu erfassen sind. ⓘ

Je nach Ausstattung des Oszilloskops gibt es noch spezielle Triggerschaltungen, die z. B. TV-Signale oder den I²C-Buszyklus erkennen und zur Auslösung verwenden. ⓘ

Es ist wünschenswert, dass das Oszilloskop nur bei einer Flanke pro Zyklus auslöst, daher ist es notwendig, den Holdoff-Wert etwas kleiner als die Periode der Wellenform einzustellen. Dadurch wird verhindert, dass die Triggerung mehr als einmal pro Zyklus erfolgt, aber es kann immer noch bei der ersten Flanke des nächsten Zyklus ausgelöst werden. ⓘ

Automatischer Wobbelbetrieb

Getriggerte Sweeps können einen leeren Bildschirm anzeigen, wenn es keine Trigger gibt. Um dies zu vermeiden, enthalten diese Sweeps eine Zeitschaltung, die freilaufende Trigger erzeugt, so dass immer eine Spur sichtbar ist. Dies wird in den Bedienelementen als "Auto-Sweep" oder "automatischer Sweep" bezeichnet. Sobald die Trigger eintreffen, hört der Timer auf, Pseudo-Trigger zu liefern. Der Benutzer wird den automatischen Sweep in der Regel deaktivieren, wenn er niedrige Wiederholungsraten beobachtet. ⓘ

Wiederkehrende Sweeps

Wenn das Eingangssignal periodisch ist, kann die Wiederholrate des Wobbels so eingestellt werden, dass einige Zyklen der Wellenform angezeigt werden. Frühe (Röhren-)Oszilloskope und preisgünstige Oszilloskope haben Wobbeloszillatoren, die kontinuierlich laufen und nicht kalibriert sind. Solche Oszilloskope sind sehr einfach, vergleichsweise preiswert und waren bei der Wartung von Radios und einigen Fernsehgeräten nützlich. Die Messung von Spannung oder Zeit ist möglich, aber nur mit zusätzlicher Ausrüstung und ziemlich umständlich. Es handelt sich in erster Linie um qualitative Instrumente. ⓘ

Sie verfügen über einige (weit auseinander liegende) Frequenzbereiche und eine relativ weitreichende kontinuierliche Frequenzkontrolle innerhalb eines bestimmten Bereichs. In der Praxis wird die Wobbel-Frequenz auf einen Wert eingestellt, der etwas niedriger ist als ein Vielfaches der Eingangsfrequenz, um typischerweise mindestens zwei Zyklen des Eingangssignals anzuzeigen (so dass alle Details sichtbar sind). Ein sehr einfacher Regler führt dem Wobbeloszillator einen einstellbaren Anteil des vertikalen Signals (oder möglicherweise ein entsprechendes externes Signal) zu. Das Signal löst eine Strahlaustastung und einen Sweep-Rücklauf früher aus, als dies im Freilauf der Fall wäre, und die Anzeige wird stabil. ⓘ

Einzelne Wobbelungen

Einige Oszilloskope bieten diese Möglichkeit. Der Benutzer schaltet den Wobbelkreis manuell scharf (in der Regel durch einen Druckknopf oder ähnliches). "Scharf" bedeutet, dass er bereit ist, auf einen Trigger zu reagieren. Sobald der Wobbelvorgang abgeschlossen ist, wird er zurückgesetzt und erst nach erneuter Scharfschaltung erneut ausgeführt. In diesem Modus werden in Verbindung mit einer Oszilloskopkamera Einzelereignisse aufgezeichnet. ⓘ

Zu den Triggerarten gehören:

• Externer Trigger, ein Impuls von einer externen Quelle, der an einen speziellen Eingang des Oszilloskops angeschlossen wird.
• Flankentrigger, ein Flankendetektor, der einen Impuls erzeugt, wenn das Eingangssignal eine bestimmte Schwellenspannung in einer bestimmten Richtung überschreitet. Dies sind die gebräuchlichsten Triggertypen; der Pegelregler stellt die Schwellenspannung ein, und der Flankenregler wählt die Richtung (negativ oder positiv). (Der erste Satz der Beschreibung gilt auch für die Eingänge einiger digitaler Logikschaltungen; diese Eingänge haben einen festen Schwellenwert und eine feste Polarität).
• Video-Trigger, auch TV-Trigger genannt, eine Schaltung, die Synchronisationsimpulse aus Videoformaten wie PAL und NTSC extrahiert und die Zeitbasis bei jeder Zeile, einer bestimmten Zeile, jedem Halbbild oder jedem Bild triggert. Diese Schaltung befindet sich in der Regel in einem Wellenform-Monitor, obwohl einige bessere Oszilloskope diese Funktion enthalten.
• verzögerter Trigger, der eine bestimmte Zeit nach einem Flankentrigger wartet, bevor er den Sweep startet. Wie unter verzögerte Sweeps beschrieben, verlängert eine Triggerverzögerungsschaltung (in der Regel der Hauptsweep) diese Verzögerung auf ein bekanntes und einstellbares Intervall. Auf diese Weise kann der Bediener einen bestimmten Impuls in einer langen Folge von Impulsen untersuchen. ⓘ

Einige neuere Oszilloskope verfügen über ausgefeiltere Triggerverfahren; diese werden am Ende dieses Artikels beschrieben. ⓘ

Verzögerte Wobbelvorgänge

Hochentwickelte analoge Oszilloskope enthalten eine zweite Zeitbasis für einen verzögerten Wobbelvorgang. Ein verzögerter Wobbelvorgang bietet einen sehr detaillierten Blick auf einen kleinen ausgewählten Teil der Hauptzeitbasis. Die Hauptzeitbasis dient als steuerbare Verzögerung, nach der die verzögerte Zeitbasis beginnt. Diese kann nach Ablauf der Verzögerung beginnen oder (erst) nach Ablauf der Verzögerung ausgelöst werden. Normalerweise wird die verzögerte Zeitbasis für einen schnelleren Sweep eingestellt, manchmal sehr viel schneller, z. B. 1000:1. Bei extremen Verhältnissen verschlechtert das Zittern der Verzögerungen bei aufeinanderfolgenden Hauptabtastungen die Anzeige, aber die Auslöser für verzögerte Abtastungen können dieses Problem lösen. ⓘ

Das Display zeigt das vertikale Signal in einem von mehreren Modi an: die Hauptzeitbasis oder nur die verzögerte Zeitbasis oder eine Kombination davon. Wenn der verzögerte Wobbelvorgang aktiv ist, wird die Hauptsuchspur aufgehellt, während der verzögerte Wobbelvorgang fortschreitet. In einem Kombinationsmodus, der nur bei einigen Oszilloskopen verfügbar ist, wechselt die Kurve von der Hauptabtastung zur verzögerten Abtastung, sobald die verzögerte Abtastung beginnt, obwohl bei längeren Verzögerungen weniger von der verzögerten schnellen Abtastung sichtbar ist. In einem anderen Kombinationsmodus werden der Haupt- und der verzögerte Wobbelvorgang gemultiplext (abgewechselt), so dass beide gleichzeitig angezeigt werden; eine Spurentrennungssteuerung verschiebt sie. DSOs können auf diese Weise Wellenformen anzeigen, ohne eine verzögerte Zeitbasis als solche anzubieten. ⓘ

Zwei- und Mehrspuroszilloskope

Oszilloskope mit zwei vertikalen Eingängen, so genannte Doppelspur-Oszilloskope, sind äußerst nützlich und weit verbreitet. Diese Oszilloskope verwenden eine einstrahlige Kathodenstrahlröhre und schalten in der Regel schnell genug zwischen den beiden Eingängen um, um zwei Spuren scheinbar gleichzeitig anzuzeigen. Weniger gebräuchlich sind Oszilloskope mit mehreren Spuren; vier Eingänge sind bei diesen üblich, aber einige wenige (z. B. Kikusui) bieten auf Wunsch auch eine Anzeige des Sweep-Trigger-Signals. Einige Mehrspur-Oszilloskope verwenden den externen Triggereingang als optionalen vertikalen Eingang, und einige haben einen dritten und vierten Kanal mit nur minimalen Bedienelementen. In allen Fällen werden die Eingänge, wenn sie unabhängig voneinander angezeigt werden, im Zeitmultiplexverfahren dargestellt, doch können Doppelspur-Oszilloskope ihre Eingänge oft addieren, um eine analoge Summe in Echtzeit anzuzeigen. Wenn ein Kanal invertiert wird, während die beiden Kanäle addiert werden, werden die Differenzen zwischen ihnen angezeigt, sofern keiner der beiden Kanäle überlastet ist. Dieser Differenzmodus kann einen mäßig leistungsfähigen Differenzeingang liefern). ⓘ

Das Umschalten der Kanäle kann asynchron, d. h. freilaufend, in Bezug auf die Wobbelfrequenz oder nach Abschluss jedes horizontalen Wobbels erfolgen. Die asynchrone Umschaltung wird üblicherweise als "Chopped" bezeichnet, während die wobbelsynchrone Umschaltung als "Alt[ernate]" bezeichnet wird. Ein bestimmter Kanal wird abwechselnd zu- und abgeschaltet, was zu dem Begriff "abgehackt" führt. Auch Mehrspur-Oszilloskope schalten Kanäle entweder im Chopped- oder im Alternate-Modus. ⓘ

Im Allgemeinen ist der Chopped-Modus besser für langsamere Sweeps geeignet. Es ist möglich, dass die interne Chopped-Rate ein Vielfaches der Sweep-Wiederholrate beträgt, was zu Lücken in den Messkurven führt, aber in der Praxis ist dies selten ein Problem. Die Lücken in einer Kurve werden durch die Kurven des folgenden Sweeps überschrieben. Einige Oszilloskope verfügten über eine modulierte Abschneiderate, um dieses gelegentliche Problem zu vermeiden. Für schnellere Sweeps ist der alternierende Modus jedoch besser geeignet. ⓘ

Echte Zweistrahl-CRT-Oszilloskope gab es zwar, aber sie waren nicht sehr verbreitet. Ein Typ (Cossor, U.K.) hatte eine Strahlteilerplatte in der Kathodenstrahlröhre und eine einseitige Ablenkung nach dem Teiler. Andere hatten zwei komplette Elektronenkanonen, was eine genaue Kontrolle der axialen (rotatorischen) mechanischen Ausrichtung bei der Herstellung der Röhre erforderte. Strahlenteilertypen hatten eine horizontale Ablenkung, die beiden vertikalen Kanälen gemeinsam war, aber Dual-Gun-Oszilloskope konnten separate Zeitbasen haben oder eine Zeitbasis für beide Kanäle verwenden. CRTs mit mehreren Kanälen (bis zu zehn Kanälen) wurden in den vergangenen Jahrzehnten hergestellt. Bei zehn Kanonen war die Hülle (Glühbirne) über ihre gesamte Länge zylindrisch. (Siehe auch "CRT-Erfindung" in der Oszilloskop-Geschichte.) ⓘ

Der vertikale Verstärker

In einem analogen Oszilloskop erfasst der Vertikalverstärker das oder die anzuzeigenden Signale und liefert ein Signal, das groß genug ist, um den Strahl der Kathodenstrahlröhre abzulenken. In besseren Oszilloskopen verzögert er das Signal um einen Bruchteil einer Mikrosekunde. Die maximale Ablenkung liegt zumindest etwas jenseits der Ränder der Strichplatte, in der Regel aber etwas außerhalb des Bildschirms. Der Verstärker muss eine geringe Verzerrung aufweisen, um seinen Eingang genau anzuzeigen (er muss linear sein), und er muss sich schnell von Überlastungen erholen. Außerdem muss sein Zeitverhalten Transienten genau wiedergeben - mit minimalem Überschwingen, Abrunden und Neigen einer flachen Impulsspitze. ⓘ

Ein vertikaler Eingang führt zu einem frequenzkompensierten Stufenabschwächer, der große Signale reduziert, um Überlastungen zu vermeiden. Das Dämpfungsglied speist eine oder mehrere Low-Level-Stufen, die wiederum Verstärkungsstufen (und einen Delay-Line-Treiber, falls eine Verzögerung vorliegt) speisen. Nachfolgende Verstärkungsstufen führen zur letzten Ausgangsstufe, die einen großen Signalhub (einige zehn Volt, manchmal über 100 Volt) für die elektrostatische Ablenkung der CRT entwickelt. ⓘ

Bei Zwei- und Mehrspur-Oszilloskopen wählt ein interner elektronischer Schalter den relativ niedrigen Ausgangspegel der frühen Verstärkerstufe eines Kanals aus und leitet ihn an die folgenden Stufen des Vertikalverstärkers weiter. ⓘ

Im freilaufenden ("gechoppten") Modus blendet der Oszillator (bei dem es sich einfach um eine andere Betriebsart des Schalttreibers handeln kann) den Strahl vor dem Schalten aus und gibt ihn erst wieder frei, wenn sich die Schalttransienten beruhigt haben. ⓘ

Ein Teil des Verstärkers führt zu den Wobbeltriggerschaltungen, die das Signal intern auslösen. Diese Einspeisung erfolgt über den Verstärker eines einzelnen Kanals in einem Zwei- oder Mehrspur-Oszilloskop, wobei der Kanal von der Einstellung des Triggerquellenwahlschalters abhängt. ⓘ

Diese Einspeisung geht der Verzögerung voraus (falls vorhanden), die es der Wobbelschaltung ermöglicht, die CRT freizugeben und den Vorwärtssweep zu starten, so dass die CRT das auslösende Ereignis anzeigen kann. Hochwertige analoge Verzögerungsschaltungen verursachen nur geringe Kosten für ein Oszilloskop und werden bei kostensensiblen Oszilloskopen weggelassen. ⓘ

Die Verzögerung selbst wird durch ein spezielles Kabel mit einem Paar von Leitern erzeugt, die um einen flexiblen, magnetisch weichen Kern gewickelt sind. Die Wicklung sorgt für eine verteilte Induktivität, während eine leitende Schicht in der Nähe der Drähte für eine verteilte Kapazität sorgt. Die Kombination ist eine Breitbandübertragungsleitung mit beträchtlicher Verzögerung pro Längeneinheit. Beide Enden des Verzögerungskabels benötigen angepasste Impedanzen, um Reflektionen zu vermeiden. ⓘ

X-Y-Modus

Eine 24-Stunden-Uhr, die auf einem CRT-Oszilloskop angezeigt wird, das im X-Y-Modus als Vektormonitor mit zwei R2R-DACs zur Erzeugung der Analogspannungen konfiguriert ist ⓘ

Die meisten modernen Oszilloskope haben mehrere Eingänge für Spannungen und können daher verwendet werden, um eine veränderliche Spannung gegen eine andere aufzuzeichnen. Dies ist besonders nützlich für die grafische Darstellung von I-U-Kurven (Strom-Spannungs-Kennlinien) für Bauteile wie Dioden sowie von Lissajous-Mustern. Lissajous-Figuren sind ein Beispiel dafür, wie ein Oszilloskop verwendet werden kann, um Phasenunterschiede zwischen mehreren Eingangssignalen zu verfolgen. Dies wird in der Rundfunktechnik sehr häufig verwendet, um den linken und rechten Stereokanal aufzuzeichnen, um sicherzustellen, dass der Stereogenerator richtig kalibriert ist. In der Vergangenheit wurden stabile Lissajous-Figuren verwendet, um zu zeigen, dass zwei Sinuswellen eine relativ einfache Frequenzbeziehung, ein numerisch kleines Verhältnis, aufweisen. Sie zeigten auch die Phasendifferenz zwischen zwei Sinuswellen der gleichen Frequenz an. ⓘ

Im X-Y-Modus kann das Oszilloskop auch als Vektormonitor zur Darstellung von Bildern oder Benutzeroberflächen verwendet werden. Viele frühe Spiele, wie z. B. Tennis for Two, verwendeten ein Oszilloskop als Ausgabegerät. ⓘ

Der vollständige Signalverlust bei einer X-Y-CRT-Anzeige bedeutet, dass der Strahl stationär ist und auf einen kleinen Punkt trifft. Dadurch besteht die Gefahr, dass der Leuchtstoff verbrennt, wenn die Helligkeit zu hoch ist. Solche Schäden traten häufiger bei älteren Bildschirmen auf, da die früher verwendeten Leuchtstoffe leichter durchbrannten. Einige spezielle X-Y-Anzeigen reduzieren den Strahlenstrom stark oder schalten die Anzeige ganz aus, wenn keine Eingänge vorhanden sind. ⓘ

Z-Eingang

Einige analoge Oszilloskope verfügen über einen Z-Eingang. Dabei handelt es sich im Allgemeinen um eine Eingangsklemme, die direkt mit dem Gitter der Kathodenstrahlröhre verbunden ist (in der Regel über einen Koppelkondensator). Damit kann ein externes Signal die Helligkeit der Messkurve entweder erhöhen (bei positiver Spannung) oder verringern (bei negativer Spannung) und sogar die vollständige Ausblendung der Messkurve ermöglichen. Der Spannungsbereich zum Erreichen der Helligkeitsabschaltung liegt in der Größenordnung von 10-20 Volt, je nach den Eigenschaften der CRT. ⓘ

Ein Beispiel für eine praktische Anwendung ist die Verwendung von zwei Sinuswellen bekannter Frequenz zur Erzeugung einer kreisförmigen Lissajous-Figur, wobei eine höhere unbekannte Frequenz an den Z-Eingang angelegt wird. Dadurch wird der kontinuierliche Kreis in einen Kreis mit Punkten umgewandelt. Die Anzahl der Punkte multipliziert mit der X-Y-Frequenz ergibt die Z-Frequenz. Diese Technik funktioniert nur, wenn die Z-Frequenz ein ganzzahliges Verhältnis zur X-Y-Frequenz ist und wenn sie nicht so groß ist, dass die Punkte so zahlreich werden, dass sie schwer zu zählen sind. ⓘ

Bandbreite

Wie alle praktischen Instrumente reagieren auch Oszilloskope nicht gleichmäßig auf alle möglichen Eingangsfrequenzen. Der Bereich der Frequenzen, die ein Oszilloskop sinnvollerweise anzeigen kann, wird als Bandbreite bezeichnet. Die Bandbreite bezieht sich in erster Linie auf die Y-Achse, obwohl die Sweeps auf der X-Achse schnell genug sein müssen, um die Wellenformen mit den höchsten Frequenzen anzuzeigen. ⓘ

Die Bandbreite ist definiert als die Frequenz, bei der die Empfindlichkeit 0,707 der Empfindlichkeit bei DC oder der niedrigsten AC-Frequenz beträgt (ein Abfall von 3 dB). Das Ansprechverhalten des Oszilloskops fällt schnell ab, wenn die Eingangsfrequenz über diesen Punkt steigt. Innerhalb der angegebenen Bandbreite ist der Frequenzgang nicht unbedingt gleichmäßig (oder "flach"), sollte aber immer innerhalb eines Bereichs von +0 bis -3 dB liegen. In einer Quelle heißt es, dass die Genauigkeit von Spannungsmessungen bereits bei 20 % der angegebenen Bandbreite spürbar beeinträchtigt wird. In den Spezifikationen einiger Oszilloskope ist ein engerer Toleranzbereich innerhalb der angegebenen Bandbreite angegeben. ⓘ

Tastköpfe haben auch eine begrenzte Bandbreite und müssen so ausgewählt und verwendet werden, dass sie die gewünschten Frequenzen richtig verarbeiten können. Um einen möglichst flachen Frequenzgang zu erreichen, müssen die meisten Tastköpfe "kompensiert" werden (eine Anpassung, die mit einem Testsignal vom Oszilloskop durchgeführt wird), um die Reaktanz des Tastkopfkabels zu berücksichtigen. ⓘ

Eine weitere verwandte Spezifikation ist die Anstiegszeit. Dies ist die Zeit, die zwischen 10 % und 90 % der maximalen Amplitudenantwort an der Vorderflanke eines Impulses vergeht. Sie steht in ungefährem Zusammenhang mit der Bandbreite durch: Bandbreite in Hz × Anstiegszeit in Sekunden = 0,35. ⓘ

Ein Oszilloskop mit einer Anstiegszeit von 1 Nanosekunde hätte zum Beispiel eine Bandbreite von 350 MHz. ⓘ

Bei analogen Geräten wird die Bandbreite des Oszilloskops durch die Vertikalverstärker und die Kathodenstrahlröhre (CRT) oder ein anderes Anzeigeteilsystem begrenzt. Bei digitalen Instrumenten ist die Abtastrate des Analog-Digital-Wandlers (ADC) ein Faktor, aber die angegebene analoge Bandbreite (und damit die Gesamtbandbreite des Instruments) ist in der Regel geringer als die Nyquist-Frequenz des ADC. Dies liegt an den Beschränkungen des analogen Signalverstärkers, an der bewussten Gestaltung des Anti-Aliasing-Filters, das dem ADC vorgeschaltet ist, oder an beidem. ⓘ

Für ein digitales Oszilloskop gilt die Faustregel, dass die kontinuierliche Abtastrate das Zehnfache der höchsten Frequenz betragen sollte, die aufgelöst werden soll; eine Abtastrate von 20 Megabyte/Sekunde wäre beispielsweise für die Messung von Signalen bis zu etwa 2 MHz geeignet. Dadurch kann das Anti-Aliasing-Filter mit einem 3-dB-Down-Point von 2 MHz und einer effektiven Abschaltung bei 10 MHz (der Nyquist-Frequenz) ausgelegt werden, wodurch die Artefakte eines sehr steilen ("brick-wall") Filters vermieden werden. ⓘ

Ein Abtastoszilloskop kann Signale mit einer wesentlich höheren Frequenz als der Abtastrate anzeigen, wenn sich die Signale exakt oder nahezu exakt wiederholen. Dazu wird von jeder aufeinanderfolgenden Wiederholung der Eingangswellenform ein Abtastwert entnommen, wobei jeder Abtastwert in einem größeren zeitlichen Abstand vom Triggerereignis liegt. Die Wellenform wird dann aus diesen gesammelten Abtastwerten angezeigt. Dieser Mechanismus wird als "zeitäquivalente Abtastung" bezeichnet. Einige Oszilloskope können nach Wahl des Bedieners entweder in diesem Modus oder im traditionelleren "Echtzeit"-Modus arbeiten. ⓘ

Weitere Merkmale

Ein Computermodell des Oszilloskop-Sweeps ⓘ

Einige Oszilloskope verfügen über Cursors. Dabei handelt es sich um Linien, die auf dem Bildschirm bewegt werden können, um das Zeitintervall zwischen zwei Punkten oder die Differenz zwischen zwei Spannungen zu messen. Bei einigen älteren Oszilloskopen wurde die Messkurve an beweglichen Stellen einfach aufgehellt. Diese Cursors sind genauer als visuelle Schätzungen, die sich auf Strichplattenlinien beziehen. ⓘ

Hochwertigere Allzweck-Oszilloskope verfügen über ein Kalibriersignal zum Einrichten der Kompensation von Prüfspitzen; dabei handelt es sich (häufig) um ein 1-kHz-Rechtecksignal mit einer bestimmten Spitze-Spitze-Spannung, das an einer Prüfklemme auf der Frontplatte zur Verfügung steht. Einige bessere Oszilloskope verfügen auch über eine Rechteckschleife zur Überprüfung und Einstellung von Stromsonden. ⓘ

Manchmal möchte ein Benutzer ein Ereignis sehen, das nur gelegentlich auftritt. Um diese Ereignisse aufzufangen, speichern einige Oszilloskope - so genannte Speicheroszilloskope - den letzten Sweep auf dem Bildschirm. Ursprünglich wurde dies mit einer speziellen Kathodenstrahlröhre, einer Speicherröhre, erreicht, die das Bild selbst eines sehr kurzen Ereignisses für eine lange Zeit beibehielt. ⓘ

Einige digitale Oszilloskope können mit einer Geschwindigkeit von bis zu einmal pro Stunde ablaufen und so einen Streifenschreiber nachahmen. Das bedeutet, dass das Signal von rechts nach links über den Bildschirm rollt. Die meisten Oszilloskope mit dieser Funktion schalten bei etwa einem Durchlauf pro zehn Sekunden vom Wobbel- in den Streifendiagramm-Modus um. Der Grund dafür ist, dass das Oszilloskop sonst nicht richtig funktioniert: Es sammelt zwar Daten, aber der Punkt ist nicht zu sehen. ⓘ

Alle aktuellen Oszilloskope, mit Ausnahme der einfachsten Modelle, verwenden häufiger digitale Signalabtastung. Die Abtastwerte werden in schnelle Analog-Digital-Wandler eingespeist, wonach die gesamte Signalverarbeitung (und -speicherung) digital erfolgt. ⓘ

Viele Oszilloskope enthalten Einsteckmodule für verschiedene Zwecke, z. B. hochempfindliche Verstärker mit relativ schmaler Bandbreite, Differenzialverstärker, Verstärker mit vier oder mehr Kanälen, Abtasteinschübe für sich wiederholende Signale mit sehr hoher Frequenz und Spezialeinschübe, darunter Audio-/Ultraschall-Spektrumanalysatoren und direkt gekoppelte Kanäle mit stabiler Offsetspannung und relativ hoher Verstärkung. ⓘ

Beispiele für die Verwendung

Lissajous-Figuren auf einem Oszilloskop, mit 90 Grad Phasendifferenz zwischen x- und y-Eingang ⓘ

Eine der häufigsten Verwendungen von Oszilloskopen ist die Fehlersuche in elektronischen Geräten. Während ein Voltmeter beispielsweise eine völlig unerwartete Spannung anzeigt, kann ein Oszilloskop aufzeigen, dass der Stromkreis schwingt. In anderen Fällen ist die genaue Form oder das Timing eines Impulses wichtig. ⓘ

In einem elektronischen Gerät können z. B. die Verbindungen zwischen den einzelnen Stufen (z. B. elektronische Mischer, elektronische Oszillatoren, Verstärker) auf das erwartete Signal untersucht werden, wobei das Oszilloskop als einfacher Signalverfolger verwendet wird. Bleibt das erwartete Signal aus oder ist es fehlerhaft, funktioniert eine der vorangehenden Stufen der Elektronik nicht korrekt. Da die meisten Ausfälle auf ein einzelnes fehlerhaftes Bauteil zurückzuführen sind, kann jede Messung zeigen, dass einige der Stufen eines komplexen Geräts entweder funktionieren oder den Fehler wahrscheinlich nicht verursacht haben. ⓘ

Sobald die fehlerhafte Stufe gefunden ist, kann ein erfahrener Techniker durch weitere Messungen in der Regel genau feststellen, welche Komponente ausgefallen ist. Sobald das Bauteil ausgetauscht ist, kann das Gerät wieder in Betrieb genommen werden, oder zumindest kann der nächste Fehler isoliert werden. Diese Art der Fehlersuche ist typisch für Radio- und Fernsehempfänger sowie für Audioverstärker, kann aber auch auf ganz andere Geräte wie elektronische Motorantriebe angewendet werden. ⓘ

Eine weitere Anwendung ist die Überprüfung neu entwickelter Schaltungen. Oft verhält sich eine neu entworfene Schaltung aufgrund von Konstruktionsfehlern, schlechten Spannungspegeln, elektrischem Rauschen usw. falsch. Digitale Elektronik arbeitet in der Regel mit einem Takt, so dass ein Dual-Trace-Scope, das sowohl das Taktsignal als auch ein vom Takt abhängiges Prüfsignal anzeigt, nützlich ist. Speicheroszilloskope sind hilfreich, um seltene elektronische Ereignisse "einzufangen", die einen fehlerhaften Betrieb verursachen. ⓘ

Oszilloskope werden häufig bei der Softwareentwicklung in Echtzeit eingesetzt, um unter anderem verpasste Fristen und Worst-Case-Latenzen zu überprüfen. ⓘ

Bilder vom Einsatz

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  Heterodyn

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  AC-Brummen auf Ton

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  Summe aus einem niederfrequenten und einem hochfrequenten Signal

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  Schlechtes Filter auf Sinus

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  Doppelte Messkurve mit unterschiedlichen Zeitbasen auf jeder Kurve ⓘ

Verwendung in der Automobilindustrie

Die Oszilloskope für Kraftfahrzeuge, die erstmals in den 1970er Jahren für die Analyse von Zündsystemen eingesetzt wurden, entwickeln sich zu einem wichtigen Werkstattinstrument für die Prüfung von Sensoren und Ausgangssignalen elektronischer Motormanagementsysteme, Brems- und Stabilitätssysteme. Einige Oszilloskope können serielle Busnachrichten triggern und dekodieren, wie z. B. den CAN-Bus, der häufig in Automobilanwendungen verwendet wird. ⓘ

Auswahl

Für die Arbeit bei hohen Frequenzen und mit schnellen digitalen Signalen müssen die Bandbreite der Vertikalverstärker und die Abtastrate hoch genug sein. Für allgemeine Anwendungen ist eine Bandbreite von mindestens 100 MHz in der Regel zufriedenstellend. Eine wesentlich geringere Bandbreite ist nur für Tonfrequenzanwendungen ausreichend. Ein nützlicher Wobbelbereich liegt zwischen einer Sekunde und 100 Nanosekunden, mit entsprechender Triggerung und (bei analogen Instrumenten) Wobbelverzögerung. Eine gut konzipierte, stabile Triggerschaltung ist für eine gleichmäßige Anzeige erforderlich. Der Hauptvorteil eines hochwertigen Oszilloskops ist die Qualität der Triggerschaltung. ⓘ

Die wichtigsten Auswahlkriterien für ein DSO (abgesehen von der Eingangsbandbreite) sind die Abtastspeichertiefe und die Abtastrate. Frühe DSOs Mitte bis Ende der 1990er Jahre verfügten nur über ein paar KB Samplespeicher pro Kanal. Dies reicht zwar für eine einfache Anzeige der Kurvenform aus, ermöglicht aber keine detaillierte Untersuchung der Kurvenform oder beispielsweise die Prüfung langer Datenpakete. Selbst moderne DSOs der Einstiegsklasse (< 500 $) verfügen heute über 1 MB oder mehr Samplespeicher pro Kanal, und dies ist inzwischen das erwartete Minimum in jedem modernen DSO. Oft wird dieser Sample-Speicher von mehreren Kanälen gemeinsam genutzt und ist manchmal nur bei niedrigen Abtastraten voll verfügbar. Bei den höchsten Abtastraten kann der Speicher auf einige Dutzend KB begrenzt sein. Ein modernes DSO mit "Echtzeit"-Abtastrate hat in der Regel das 5-10-fache der Eingangsbandbreite als Abtastrate. Ein DSO mit 100 MHz Bandbreite hätte also eine Abtastrate von 500 Ms/s - 1 Gs/s. Die theoretische Mindestabtastrate, die bei Verwendung der SinX/x-Interpolation erforderlich ist, beträgt das 2,5-fache der Bandbreite. ⓘ

Analoge Oszilloskope sind fast vollständig durch digitale Speicheroszilloskope verdrängt worden, mit Ausnahme der Verwendung ausschließlich bei niedrigen Frequenzen. Die stark erhöhten Abtastraten haben die Anzeige falscher Signale, das so genannte "Aliasing", das bei der ersten Generation digitaler Oszilloskope manchmal auftrat, weitgehend beseitigt. Das Problem kann immer noch auftreten, wenn beispielsweise ein kurzer Abschnitt einer sich wiederholenden Wellenform, die sich in Intervallen wiederholt, die Tausende Male länger sind als der betrachtete Abschnitt (z. B. ein kurzer Synchronisationsimpuls am Anfang einer bestimmten Fernsehzeile), mit einem Oszilloskop betrachtet wird, das die extrem große Anzahl von Abtastwerten zwischen einer Instanz des kurzen Abschnitts und der nächsten nicht speichern kann. ⓘ

Auf dem Markt für gebrauchte Prüfgeräte, insbesondere bei Online-Auktionen, gibt es in der Regel eine große Auswahl an älteren analogen Oszilloskopen. Allerdings wird es immer schwieriger, Ersatzteile für diese Geräte zu bekommen, und Reparaturdienste werden in der Regel vom Originalhersteller nicht angeboten. Gebrauchte Geräte sind in der Regel nicht mehr kalibriert, und die Nachkalibrierung durch Unternehmen, die über die erforderliche Ausrüstung und das nötige Fachwissen verfügen, kostet in der Regel mehr als der Gebrauchtwert des Geräts. ⓘ

Im Jahr 2007 kostete ein Zweikanal-Digitalspeicherscope mit einer Bandbreite von 350 MHz (BW) und 2,5 Gigasamples pro Sekunde (GS/s) etwa 7000 US-Dollar neu. ⓘ

Ein preiswertes Einkanal-DSO für den Hobbygebrauch war im Juni 2011 für weniger als 90 US-Dollar zu haben. Diese haben oft eine begrenzte Bandbreite und andere Funktionen, erfüllen aber die grundlegenden Funktionen eines Oszilloskops. ⓘ

Software

Viele Oszilloskope verfügen heute über eine oder mehrere externe Schnittstellen, die eine Fernsteuerung des Geräts durch externe Software ermöglichen. Zu diesen Schnittstellen (oder Bussen) gehören GPIB, Ethernet, serielle Schnittstelle, USB und Wi-Fi. ⓘ

Typen und Modelle

Der folgende Abschnitt ist eine kurze Zusammenfassung der verschiedenen verfügbaren Typen und Modelle. Eine detaillierte Beschreibung finden Sie in einem anderen Artikel. ⓘ

Kathodenstrahl-Oszilloskop (CRO)

Beispiel eines analogen Oszilloskops Lissajous-Figur, die ein harmonisches Verhältnis von 1 horizontalen Schwingungszyklus zu 3 vertikalen Schwingungszyklen zeigt ⓘ

Beim analogen Fernsehen kann ein analoges Oszilloskop als Vektorskop verwendet werden, um komplexe Signaleigenschaften zu analysieren, wie z. B. diese Darstellung von SMPTE-Farbbalken. ⓘ

Der früheste und einfachste Oszilloskoptyp bestand aus einer Kathodenstrahlröhre, einem Vertikalverstärker, einer Zeitbasis, einem Horizontalverstärker und einer Stromversorgung. Diese werden heute als "analoge" Oszilloskope bezeichnet, um sie von den "digitalen" Oszilloskope zu unterscheiden, die in den 1990er Jahren und später üblich wurden. ⓘ

Analoge Oszilloskope enthalten nicht notwendigerweise ein kalibriertes Referenzgitter für die Größenmessung von Wellen, und sie zeigen möglicherweise keine Wellen im traditionellen Sinne eines Liniensegments an, das sich von links nach rechts bewegt. Stattdessen können sie zur Signalanalyse verwendet werden, indem ein Referenzsignal in eine Achse und das zu messende Signal in die andere Achse eingespeist wird. Bei einem oszillierenden Referenz- und Messsignal ergibt dies ein komplexes Schleifenmuster, das als Lissajous-Kurve bezeichnet wird. Die Form der Kurve kann interpretiert werden, um die Eigenschaften des Messsignals im Verhältnis zum Referenzsignal zu ermitteln, und ist für einen großen Bereich von Schwingungsfrequenzen nützlich. ⓘ

Zweistrahl-Oszilloskop

Das Zweistrahl-Analogoszilloskop kann zwei Signale gleichzeitig anzeigen. Ein spezieller Zweistrahl-CRT erzeugt und lenkt zwei separate Strahlen ab. Mehrspurige Analogoszilloskope können eine Zweistrahlanzeige mit Chop- und Alternate-Sweeps simulieren - diese Funktionen ermöglichen jedoch keine gleichzeitige Anzeige. (Digitale Echtzeit-Oszilloskope bieten die gleichen Vorteile eines Zweistrahl-Oszilloskops, benötigen aber keine Zweistrahl-Anzeige). Die Nachteile des Zweistrahloszilloskops sind, dass es nicht schnell zwischen den Spuren umschalten und nicht zwei schnelle transiente Ereignisse erfassen kann. Mit einem Zweistrahl-Oszilloskop werden diese Probleme vermieden. ⓘ

Oszilloskop mit Analogspeicher

Die Speicherung von Messkurven ist eine zusätzliche Funktion, die bei einigen analogen Oszilloskopen verfügbar ist; sie verwenden Speicher-CRTs mit Direktansicht. Die Speicherung ermöglicht es, dass ein Kurvenmuster, das normalerweise im Bruchteil einer Sekunde abklingen würde, mehrere Minuten oder länger auf dem Bildschirm bleibt. Eine elektrische Schaltung kann dann absichtlich aktiviert werden, um die Kurve auf dem Bildschirm zu speichern und zu löschen. ⓘ

Digitale Oszilloskope

Digitales 4-Kanal-Oszilloskop zur Überwachung eines Aufwärtswandlers ⓘ

Während analoge Geräte mit kontinuierlich variierenden Spannungen arbeiten, verwenden digitale Geräte Zahlen, die Abtastwerten der Spannung entsprechen. Bei digitalen Oszilloskopen wandelt ein Analog-Digital-Wandler (ADC) die gemessenen Spannungen in digitale Informationen um. ⓘ

Das digitale Speicheroszilloskop, kurz DSO, ist heute der Standardoszilloskoptyp für die meisten industriellen Anwendungen und dank der niedrigen Kosten von Einstiegsoszilloskopen auch für Hobbyisten. Es ersetzt die elektrostatische Speichermethode in analogen Speicheroszilloskopen durch einen digitalen Speicher, der die Abtastdaten so lange wie nötig ohne Beeinträchtigung speichert und sie ohne die Helligkeitsprobleme von Speicher-CRTs anzeigt. Außerdem ermöglicht es die komplexe Verarbeitung des Signals durch digitale Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitungsschaltungen. ⓘ

Ein Standard-DSO ist auf die Erfassung von Signalen mit einer Bandbreite von weniger als der halben Abtastrate des ADC beschränkt (die so genannte Nyquist-Grenze). Es gibt eine Variante des DSO, das so genannte Digital Sampling Oscilloscope, das diese Grenze für bestimmte Signaltypen überschreiten kann, z. B. für Hochgeschwindigkeits-Kommunikationssignale, bei denen die Wellenform aus sich wiederholenden Impulsen besteht. Diese Art von DSO tastet absichtlich mit einer viel niedrigeren Frequenz als der Nyquist-Grenze ab und verwendet dann die Signalverarbeitung, um eine zusammengesetzte Ansicht eines typischen Impulses zu rekonstruieren. ⓘ

Mixed-Signal-Oszilloskope

Ein Mixed-Signal-Oszilloskop (oder MSO) hat zwei Arten von Eingängen: eine kleine Anzahl von analogen Kanälen (in der Regel zwei oder vier) und eine größere Anzahl von digitalen Kanälen (in der Regel sechzehn). Es ermöglicht eine genaue Zeitkorrelation zwischen analogen und digitalen Kanälen und bietet damit einen deutlichen Vorteil gegenüber einem separaten Oszilloskop und Logikanalysator. In der Regel können die digitalen Kanäle gruppiert und als Bus angezeigt werden, wobei jeder Buswert am unteren Rand des Displays in hexadezimaler oder binärer Form angezeigt wird. Bei den meisten MSOs kann der Trigger sowohl für analoge als auch für digitale Kanäle eingestellt werden. ⓘ

Mixed-Domain-Oszilloskope

Ein Mixed-Domain-Oszilloskop (MDO) ist ein Oszilloskop, das mit einem zusätzlichen HF-Eingang ausgestattet ist, der ausschließlich für spezielle FFT-basierte Spektrumanalysatorfunktionen verwendet wird. Häufig bietet dieser HF-Eingang eine höhere Bandbreite als die herkömmlichen analogen Eingangskanäle. Dies steht im Gegensatz zu den FFT-Funktionen herkömmlicher digitaler Oszilloskope, die die normalen Analogeingänge verwenden. Einige MDOs ermöglichen die Zeitkorrelation von Ereignissen im Zeitbereich (z. B. ein bestimmtes serielles Datenpaket) mit Ereignissen im Frequenzbereich (z. B. HF-Übertragungen). ⓘ

Handheld-Oszilloskope

Handheld-Oszilloskope sind für viele Test- und Außendienstanwendungen nützlich. Heutzutage ist ein Handheld-Oszilloskop in der Regel ein digitales Abtastoszilloskop mit einer Flüssigkristallanzeige. ⓘ

Bei vielen Hand- und Tischoszilloskopen ist die Massebezugsspannung für alle Eingangskanäle gemeinsam. Wenn mehr als ein Messkanal gleichzeitig verwendet wird, müssen alle Eingangssignale dieselbe Spannungsreferenz haben, und die gemeinsame Standardreferenz ist die "Masse". Wenn kein Differenzvorverstärker oder externer Signaltrenner vorhanden ist, ist dieses herkömmliche Tischoszilloskop nicht für erdfreie Messungen geeignet. (Gelegentlich unterbricht ein Oszilloskopbenutzer den Erdungsstift im Netzkabel eines Tischoszilloskops in dem Versuch, das gemeinsame Signal von der Erdung zu isolieren. Diese Praxis ist unzuverlässig, da die gesamte Streukapazität des Gerätegehäuses in den Stromkreis einfließt. Außerdem ist es gefährlich, eine Schutzleiterverbindung zu unterbrechen, und in den Bedienungsanleitungen wird dringend davon abgeraten). ⓘ

Einige Oszilloskopmodelle haben isolierte Eingänge, bei denen die Anschlüsse für die Signalreferenzpegel nicht miteinander verbunden sind. Jeder Eingangskanal kann zur Durchführung einer "erdfreien" Messung mit einem unabhängigen Signalreferenzpegel verwendet werden. Messungen können durchgeführt werden, ohne dass eine Seite des Oszilloskopeingangs mit dem gemeinsamen Signal oder der Masse des Schaltkreises verbunden ist. ⓘ

Die verfügbare Isolierung ist wie unten dargestellt kategorisiert:

Überspannungskategorie	Betriebsspannung (Effektivwert von AC/DC gegen Erde)	Momentane Spitzenspannung (20-mal wiederholt)	Prüfwiderstand ⓘ
KATEGORIE I	600 V	2500 V	30 Ω
KATEGORIE I	1000 V	4000 V	30 Ω
KAT. II	600 V	4000 V	12 Ω
KAT. II	1000 V	6000 V	12 Ω
CAT III	600 V	6000 V	2 Ω

PC-basierte Oszilloskope

Digitale Speicheroszilloskope werden auch als Computerzubehör angeboten. Sie sind dann entweder eine Steckkarte oder ein separates, über eine Schnittstelle gekoppeltes Gerät. Sie können auch nur aus Software bestehen und ein Signal einer ADU-Karte oder (bei eingeschränkten Genauigkeitsanforderungen etwa im Bereich zwischen 10 Hz und 10 kHz) des Audioeinganges nutzen. Alle diese Lösungen erreichen jedoch nicht die Parameter autonomer DSOs, sind dafür aber meist wesentlich kostengünstiger. Auch kann ihre graphische Ausgabe über die Anzeige eines PC erfolgen und daher besonders für Lehrzwecke hilfreich sein. ⓘ

PicoScope 6000 digitales PC-basiertes Oszilloskop mit einem Laptop für die Anzeige und Verarbeitung ⓘ

Einige digitale Oszilloskope benötigen eine PC-Plattform für die Anzeige und Steuerung des Geräts. Dies kann in Form eines eigenständigen Oszilloskops mit interner PC-Plattform (PC-Mainboard) oder als externes Oszilloskop erfolgen, das über USB oder LAN an einen separaten PC oder Laptop angeschlossen wird. ⓘ

Verwandte Instrumente

Eine große Anzahl von Instrumenten, die in einer Vielzahl von technischen Bereichen eingesetzt werden, sind eigentlich Oszilloskope mit Eingängen, Kalibrierung, Bedienelementen, Display-Kalibrierung usw., die für eine bestimmte Anwendung spezialisiert und optimiert sind. Beispiele für solche oszilloskopbasierten Instrumente sind Wellenformmonitore zur Analyse von Videopegeln bei Fernsehproduktionen und medizinische Geräte wie Vitalfunktionsmonitore und Elektrokardiogramm- und Elektroenzephalogramm-Instrumente. In der Kfz-Reparatur wird ein Zündanalysator verwendet, um die Zündkurven für jeden Zylinder anzuzeigen. Bei all diesen Geräten handelt es sich im Wesentlichen um Oszilloskope, die die grundlegende Aufgabe erfüllen, die Veränderungen eines oder mehrerer Eingangssignale im Zeitverlauf in einer X-Y-Anzeige darzustellen. ⓘ

Andere Geräte wandeln die Ergebnisse ihrer Messungen in ein sich wiederholendes elektrisches Signal um und verfügen über ein Oszilloskop als Anzeigeelement. Zu diesen komplexen Messsystemen gehören Spektrumanalysatoren, Transistoranalysatoren und Zeitbereichsreflektometer (TDRs). Im Gegensatz zu einem Oszilloskop erzeugen diese Geräte automatisch einen Stimulus oder wobbeln einen Messparameter. ⓘ

Messung

Allgemein kann jeder Vorgang, der sich als zeitlicher Verlauf einer elektrischen Spannung abbilden lässt, mit dem Oszilloskop durch einen stetigen oder unstetigen Kurvenzug dargestellt werden. Dazu hat es eine rechteckige Anzeigefläche. Vorzugsweise werden periodische Verläufe betrachtet, deren charakteristische Einzelheiten ihrer „Form“ erfasst werden sollen. Dabei dient die x-Ablenkung der Zeitdarstellung. ⓘ

Die Eingangsspannungen werden meistens über BNC-Buchsen auf der Frontseite direkt oder unter Verwendung eines Tastkopfes angeschlossen. Die Buchsen sind bei Laborgeräten über Schutzleiter einseitig mit Masse (Gehäuse, Schutzkontakt) verbunden. Entsprechend muss jede zu messende Spannung einseitig in gleicher Weise geerdet oder potentialfrei sein. Vorzugsweise sind 2 oder 4 Eingangskanäle vorhanden für die Beeinflussung der y-Ablenkung von 2 oder 4 Eingangsspannungen. ⓘ

Bei den meisten Oszilloskopen ist ein Eingang für die x-Ablenkung verwendbar, wodurch nicht nur zeitabhängige Funktionen dargestellt werden können (t-y-Darstellung), sondern auch x-y-Darstellungen (wie etwa Lissajous-Figuren oder Kennlinien). Gelegentlich gibt es einen z-Eingang, über den die Intensität des Kurvenzugs beeinflusst werden kann. ⓘ

Viele physikalische Größen können über Messumformer durch Spannungssignale dargestellt werden. Dann können am Oszilloskop auch deren Einzelheiten wie Spitze-Tal-Wert, Gleichanteil bzw. Periodendauer, Zeitspanne, Phasenverschiebung gemessen werden. ⓘ

Je nach Ausstattung ist eine Summen- oder Differenzbildung zwischen zwei Kanälen möglich oder die Darstellung anderer als zeitlicher Zusammenhänge, beispielsweise in Form von

• Kennlinien elektronischer Bauelemente (mit einer Zusatzschaltung über die x-Ablenkung)
• Frequenzgängen elektronischer Schaltungen (mit einem Wobbelgenerator). ⓘ

Aufbau und Einstellmöglichkeiten

Blockschaltbild eines Oszilloskops ⓘ

Einen Überblick über den Aufbau eines Oszilloskops gibt das gezeigte Blockschaltbild. ⓘ

Die Einstellmöglichkeiten sind je nach Fabrikat vielfältig: Die hier genannten Möglichkeiten sind repräsentativ und keineswegs vollständig bzw. keineswegs auf jedem Gerät vorhanden. ⓘ

Vertikalbaugruppe

Typischer Aufbau einer Eingangsstufe ⓘ

Wesentliche Bestandteile hierzu sind für jeden Kanal

• ein hochwertiger Verstärker von Gleichspannung bis zu Wechselspannung mit hoher Frequenz (typisch 100…500 MHz)
• ein Wahlschalter für den Spannungs-Messbereich
• ein Einsteller für die Höhe der Nulllinie (y-Position)
• ein Eingangswahlschalter mit den Möglichkeiten der Aufnahme

• des Wechselspannungsanteils der angelegten Spannung (Stellung AC)
• der gesamten Spannung einschließlich Gleichanteil (Stellung DC)
• der Nulllinie (Stellung GND). ⓘ

Wie jedes Messgerät soll ein Oszilloskop die zu untersuchende Schaltung möglichst wenig beeinflussen und das anliegende Signal möglichst wenig verfälschen. Damit soll die Eingangsimpedanz möglichst hoch sein, zugleich sollen möglichst keine Reflexionen auf der Messleitung auftreten. Diese Forderungen können nicht miteinander vereint werden. ⓘ

• Ein Universal-Oszilloskop hat in der Regel einen Eingangswiderstand von 1 MΩ und eine Eingangskapazität von 20 bis 50 pF. Mit einem Tastkopf können der Widerstand erhöht und die Kapazität vermindert werden, meistens aber unter Verzicht auf die untersten Messbereiche für kleine Spannungen.
• Bei Spezial-Oszilloskopen für reflexionsarme Hochfrequenz-Anwendungen kann der Eingangswiderstand 50 Ω betragen. ⓘ

Eine Besonderheit beim Oszilloskop: Der Spannungsnullpunkt liegt weder fest an einem Bildrand noch fest auf der Mittellinie, sondern stets da, wo er zur optimalen Bildschirmausnutzung individuell hingelegt wird. ⓘ

Messbereiche

Um Messwerte ablesen zu können, enthält der Bildschirm ein Raster. Bevorzugt wird es mit 10 Teilungen (Divisions, kurz „div“) waagerecht und 8 div senkrecht ausgestattet. Ein Messbereich wird hier – anders als in der Messtechnik bevorzugt – nicht durch einen Nullpunkt und einen Messbereichsendwert, sondern durch einen Maßstab („scale“) oder Ablenkkoeffizienten gekennzeichnet. ⓘ

Zur quantitativen Beschreibung der Zeit auf dem Bildschirm dient die Angabe

${\frac {\Delta t}{\Delta x}}={\frac {1}{\text{Horizontalgeschwindigkeit}}}={\text{Horizontal-Maßstab}}$

Typisch einstellbare Maßstäbe sind 10 ns/div … 1 s/div mit drei Einstellungen pro Zehnerpotenz in den Faktoren 1, 2 und 5. ⓘ

Aber auch 20 ps/div oder 5000 s/div werden angeboten. ⓘ

Die Einstellmöglichkeiten reichen also typisch über die große Spanne von rund acht Zehnerpotenzen, fallweise noch einige mehr. ⓘ

Zur quantitativen Beschreibung der Spannung auf dem Bildschirm dient die Angabe

${\frac {\Delta U}{\Delta y}}={\frac {1}{\text{Empfindlichkeit}}}={\text{Vertikal-Maßstab}}$

Typisch einstellbare Maßstäbe sind 2 mV/div … 5 V/div in derselben Stufung wie für die Zeit. ⓘ

Arten

Digitales Oszilloskop

Mit einem digitalen Oszilloskop aufgenommenes Oszillogramm ⓘ

Unterabtastung

Wird die anliegende Spannung (dünne Linie) zu selten abgetastet, so werden die Messpunkte zu einem entstellenden Bild zusammengesetzt (dicke Linie). In diesem einfachen Fall ist offensichtlich die Frequenz falsch (zu niedrig). ⓘ

Zu immer höheren Frequenzen der Eingangsspannung hin kann die Abtastung dem Vorgang nicht mehr folgen. Bei weniger als 2 Punkten pro Periode kommt es zu Unterabtastung, und es entstehen durch den Alias-Effekt Bilder, die mit dem ursprünglichen Verlauf nichts mehr gemein haben. Periodische Signale können jedoch durch Abtastwerte aus vielen Durchläufen wieder korrekt zusammengesetzt werden. Voraussetzung ist eine sehr schnelle Abtast-Halte-Schaltung, die in besonders kurzer Zeit das Eingangssignal erfassen kann. Zwei bewährte periodische Abtast-Techniken sind: Sequenzielles Abtasten: Pro Trigger gibt es nur eine Abtastung. Beim ersten Durchlauf liegt der Abtastzeitpunkt um eine kleine Verzögerungszeit hinter dem Triggerpunkt. Zum zweiten Durchlauf wird die Verzögerungszeit verdoppelt, zum dritten verdreifacht –  bis das Zeitfenster gefüllt ist. Die Bildpunkte werden in der Reihenfolge der Abtastung angeordnet, untereinander im Abstand der kleinen Verzögerungszeit. ⓘ

Willkürliche Abtastung eines Signals in mehreren Zyklen ⓘ

Willkürliches (von der Triggerung unabhängiges) Abtasten (random sampling): Hier wird jeder Messpunkt im Rahmen der möglichen Arbeitsgeschwindigkeit aufgenommen, und zusätzlich wird sein zeitlicher Abstand zum Triggerpunkt gemessen. Die Bildpunkte werden in der Reihenfolge dieses zeitlichen Abstands angeordnet. Bei hinreichend langer Erfassungszeit liegen die Bildpunkte so dicht, dass ein geschlossener Kurvenzug erscheint. ⓘ

Bei diesen Techniken dürfen allerdings keine niederfrequenten Signalanteile vorhanden sein, da diese sich als eine Unschärfe in der konstruierten Kurve zeigen würden. ⓘ

Spitzen-Erkennung (Störimpuls-Erkennung)

Bei digitalen Speicheroszilloskopen besteht die Gefahr, dass sehr kurze Ereignisse durch den Alias-Effekt falsch oder zwischen zwei Abtastpunkten gar nicht erfasst werden, besonders bei langsameren Zeitbasis-Einstellungen. Damit Spannungsspitzen (englisch: Glitches) in jedem Falle erkannt werden, verfügen manche Geräte über ständig verfügbare (also analogtechnisch arbeitende) Hardware-Spitzendetektoren, deren positive bzw. negative Spitzenwerte kurzfristig gespeichert, getrennt digitalisiert und in das Bild eingefügt werden. ⓘ

Analoges Oszilloskop

Überblick

Funktionsschema eines Elektronenstrahloszilloskops ⓘ

Digitalisierungs-Plugin 7D20 mit GPIB-Bus für analoge Oszilloskope der 7000-Serie von Tektronix aus den 1980er Jahren. Es ermöglichte zahlreiche Messfunktionen wie bei späteren digitalen Oszilloskopen in einem konventionellen analogen Gerät, etwa digitale Signalabtastung mit bis zu 40 MSamples/s. ⓘ

Elektronenstrahlröhre eines analogen Gerätes, der Bildschirm ist links. Weil dabei eine relativ große Länge technische Vorteile bringt, wiesen analoge Geräte oft eine Bautiefe auf, die deutlich größer als Breite und Höhe der Front war. ⓘ

Bei analogen Oszilloskopen wird die zu messende Spannung über einen umschaltbaren Verstärker auf den Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre mittels eines Elektronenstrahls „projiziert“. Genauer gesagt wird der auf einen Punkt fokussierte Elektronenstrahl durch die Eingangsspannung in y-Richtung abgelenkt. Bei zeitabhängiger Darstellung muss zeitgleich für die x-Ablenkung eine Kippschwingung erzeugt werden, welche, durch die Triggerung ausgelöst, gleichmäßig mit umschaltbarer Steilheit ansteigt und dann schnell wieder abfällt. Die Anstiegsdauer dieser sägezahnförmigen Kippschwingung ergibt die Dauer des angezeigten Signalabschnitts. Sie ist zumeist in einem sehr weiten Bereich einstellbar. Der Elektronenstrahl bewegt sich dadurch von links nach rechts (während dieser Zeit entsteht das Bild, das nach kurzer Nachleuchtdauer wieder verschwindet) und kehrt anschließend sofort zum Ausgangspunkt zurück. Dabei wird der Strahl dunkel getastet, damit der Rücklauf des Leuchtflecks nicht zu sehen ist. ⓘ

Die Ablenkung des Elektronenstrahls erfolgt bei analogen Oszilloskopen im Gegensatz zu anderen Bildschirmen praktisch immer kapazitiv durch elektrische Felder. Diese Ablenkungsart ist wesentlich einfacher über große Frequenzbereiche zu beherrschen; die Vorteile überwiegen die Nachteile (Leuchtfleckverformungen mit zunehmender Ablenkung, große Einbautiefe der zugehörigen Bildröhre) im angestrebten Einsatzbereich bei weitem. ⓘ

Analoge Oszilloskope haben heute aus technischen Gründen, praktischen Nachteilen (wie der Größe der Kathodenstrahlröhre) und wirtschaftlichen Überlegungen (wie die Preisgünstigkeit des DSO), im praktischen Laboreinsatz nur noch eine untergeordnete Bedeutung. ⓘ

Mehrkanalbetrieb

Meist ist es notwendig, zwei oder mehr Signale auf dem Schirm gleichzeitig darzustellen, um Zusammenhänge erkennen zu können. Dazu gibt es verschiedene Verfahren.

• Zweistrahloszilloskop: Hier befinden sich in der Röhre zwei Elektronenkanonen, Fokussierungen und y-Ablenksysteme, jedoch ein gemeinsames x-Ablenksystem. Auf diese Weise lassen sich Kurvenverläufe zeitgleich unabhängig darstellen. Allerdings werden derartige Geräte seit Jahrzehnten nicht mehr hergestellt. Zweistrahlröhren können auch mit den folgenden Techniken kombiniert werden, um mehr als zwei Signale darstellen zu können.
• Mehrkanaloszilloskop im Chopper-Betrieb: Es wird schnell zwischen den Eingängen umgeschaltet, und die Teilstücke der Verläufe werden auf dem Bildschirm dargestellt, zur besseren optischen Trennung auf verschiedenen Höhen. Die Darstellung besteht für jeden Kanal aus einer gestrichelten (zerhackten) Linie, deren Segmente aber bei hoher Umschaltfrequenz (im Verhältnis zur Ablenkfrequenz) so nahe zusammenrücken, dass das Auge einen geschlossenen Kurvenzug sieht. Wenn ein Signal triggert, laufen die anderen zeitgleich mit. Diese Betriebsart wird meist bei geringen Ablenkfrequenzen benutzt, zum Beispiel bei der Darstellung langsamer Signalverläufe unter 100 Hz.
• Mehrkanaloszilloskop im alternierenden Betrieb: Das Signal eines Kanals wird einmal über die volle Breite auf dem Bildschirm dargestellt, dann wird auf den nächsten Kanal umgeschaltet und dessen Kurvenzug in anderer Höhe ganz dargestellt – in fortlaufendem Wechsel. Bei genügend hoher Signalfrequenz sieht das Auge die Kurvenzüge flackerfrei gleichzeitig, daher wird diese Betriebsart gewöhnlich bei der Darstellung schneller Signalverläufe gewählt. Üblicherweise wird die Darstellung jedes Kurvenzugs vom gleichen Signal getriggert. Dadurch bleibt der zeitliche Zusammenhang der Signale erkennbar, sofern es sich um periodische Vorgänge handelt. Manche Oszilloskoptypen können auch so eingestellt werden, dass jedes Eingangssignal seinen eigenen Durchlauf triggert. In dieser Betriebsart geht allerdings der zeitliche Zusammenhang zwischen den Signalen in der Darstellung verloren.

Ein Mehrkanaloszilloskop bedarf eines größeren Aufwands, da für jeden Kanal eine eigene Vertikalbaugruppe notwendig ist. ⓘ

CCD-Oszilloskop

Das Oszilloskop besitzt eine kleine Elektronenstrahlröhre, deren Elektronenstrahl das Oszillogramm auf einem in der Röhre befindlichen CCD-Sensor erzeugt. Weil die Röhre sehr klein ist, kann sie im GHz-Bereich arbeiten. Das Oszilloskop hat keine Abtastlücke. Ein LCD-Monitor zeigt das Bild an. Durch Abschalten des Elektronenstrahls kann ein einziges Sample eingefangen werden. Der Preis für ein modernes Gerät liegt bei etwa USD 20.000. ⓘ

Waveformmonitor

Der Waveformmonitor (WFM) ist ein spezielles Oszilloskop, das in der professionellen Videotechnik zum Messen von analogen Videosignalen benutzt wird. ⓘ

Historische Entwicklung

Darstellung des Hospitalier-Schreibers ⓘ

Frühes Oszillogramm auf Filmmaterial ⓘ

Kameravorsatz für Aufnahmen bei analogen Oszilloskop ⓘ

Philips-Oszilloskop mit Röhren-Verstärkertechnik, 1955 ⓘ

Oszilloskop OL-1 von Heathkit, 1954. Es wurde für 29,50 US-Dollar (nach heutiger Kaufkraft etwa 280 USD) als Bausatz verkauft. ⓘ

Die ersten automatisierten Geräte zu Beginn des 20. Jahrhunderts zur Aufzeichnung eines Signalverlaufes über die Zeit nutzten Galvanometer, um damit einen Stift über eine sich drehende Rolle Papier zu bewegen, wie es beispielsweise bei dem Hospitalier-Schreiber der Fall ist. Solche Geräte sind in erweiterter Form, aber mit grundsätzlich identischer Funktion, auch noch Anfang des 21. Jahrhunderts in Form von Messschreibern üblich, wenngleich sie zunehmend durch Datenlogger ersetzt werden. Die Limitierung besteht durch die mechanische Bewegung in der geringen Bandbreite, die nur die Aufzeichnung von niederfrequenten Signalverläufen gestattet. ⓘ

Verbesserungen ersetzten den mechanischen Zeiger des Galvanometers durch ein Spiegelgalvanometer und die Aufzeichnung des Signalverlaufes erfolgte optisch auf einen lichtempfindlichen Film. Die Handhabung inklusive der notwendigen Filmentwicklung war allerdings aufwändig. Eine deutliche Verbesserung ergab sich durch den Einsatz von Kathodenstrahlröhren. Erste Kathodenstrahlröhren wurden zwar schon Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt, der Einsatz in Form eines Messgerätes zur Signalaufnahme mit zwei Elektronenstrahlen geht auf eine Entwicklung aus den 1930er Jahren der britischen Firma A.C.Cossor zurück, welche später von der Firma Raytheon gekauft wurde. Einsatz fanden diese meist noch unkalibrierten Geräte im Zweiten Weltkrieg als Bildschirm der ersten Radargeräte. ⓘ

Eine weitere Verbesserung des Oszilloskops, neben einer kalibrierten Zeitbasis, wurde durch die Möglichkeit zur Triggerung bei periodischen Signalverläufen geschaffen. Damit war die zeitlich exakte Ausrichtung bei der Darstellung von wiederholenden Signalverläufen möglich und es war der grundlegende Funktionsumfang eines analogen Oszilloskops geschaffen. Die Entwicklung der Triggerung erfolgte noch während des Zweiten Weltkriegs in Deutschland und fand erstmals 1946 in dem kommerziell eingesetzten Oszilloskop Modell 511 der amerikanischen Firma Tektronix Anwendung. ⓘ

Zur Anzeige einmaliger, nicht periodischer Vorgänge wurden analoge Oszilloskope mit Kathodenstrahlröhren mit extrem langer Nachleuchtzeit, einer so genannten speichernden Anzeigeröhre verwendet. Die hohe Nachleuchtzeit wurde durch spezielle Beschichtungen der Leuchtschicht in der Kathodenstrahlröhre erreicht. Die Speicherröhren besaßen eine zeitlich limitierte Speicherzeit im Bereich einiger Sekunden bis unter einer Minute und hatten eine vergleichsweise geringe räumliche Auflösung und eine limitierte Betriebszeit. Sie waren lange Zeit die einzige Möglichkeit, Einzelereignisse mit Zeiten unterhalb etwa 1 ms darzustellen. Ab Zeiten von etwa 1 ms aufwärts konnten alternativ auch ereignisausgelöste fotografische Aufnahmen des Abbildes der Kathodenstrahlröhre angefertigt werden. ⓘ

Eine weitere Entwicklung war die nicht selbstleuchtende Blauschriftröhre, auch Skiatron genannt. Sie benötigt eine externe Lichtquelle. Der Elektronenstrahl trifft hierbei auf eine von außen sichtbare Schicht aus aufgedampften Alkalihalogeniden, meist Kaliumchlorid. Die negative Ladung des Strahles ruft eine Verfärbung der getroffenen Stellen hervor, die je nach Typ blau bis blauviolett erscheint. Diese Spur ist sehr dauerhaft, hält einige Minuten bis zu einigen Tagen und kann durch Erwärmen wieder gelöscht werden. ⓘ

Durch die zusätzlichen Möglichkeiten der digitalen Signalverarbeitung und Speicher wurden ab den 1980er Jahren analoge Oszilloskope zunehmend durch digitale Speicheroszilloskope (DSO) ersetzt. Voraussetzung dafür war die Verfügbarkeit von Analog-Digital-Umsetzern mit hoher Bandbreite. Die ersten digitalen Speicheroszilloskope wurden von Walter LeCroy, dem Gründer der New Yorker Firma LeCroy, auf den Markt gebracht, der sich zuvor am CERN mit der Entwicklung schneller Analog-Digital-Umsetzer zur Messsignalaufnahme beschäftigt hatte. ⓘ