Lernfeld 6 · Prüfung Teil 2

Signale messen und beurteilen

Signale mit Oszilloskop und Logikanalysator messen: Periode, Frequenz, Tastgrad, Abtasttheorem, Bandbreite und Tastkopf.

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Darum geht es

Das Oszilloskop zeigt den zeitlichen Verlauf einer Spannung. Aus der Zeitbasis und der Zahl der Kästchen ergibt sich die Periodendauer, ihr Kehrwert ist die Frequenz. Bei PWM-Signalen beschreibt der Tastgrad den Anteil der Einschaltzeit an der Periode. Für sichere Messungen an Schnittstellen sind Tastkopf und Masseanschluss entscheidend: Ein 10:1-Tastkopf wird am Kalibrierausgang abgeglichen, schnelle Flanken misst man mit kurzer Massefeder statt mit langer Masseleitung.

Digitale Messgeräte tasten das Signal ab. Nach dem Abtasttheorem muss die Abtastrate mehr als doppelt so groß sein wie die höchste Signalfrequenz, sonst entstehen Alias-Frequenzen. Die Bandbreite des Oszilloskops begrenzt die kleinste darstellbare Anstiegszeit; näherungsweise gilt 0,35 durch Bandbreite.

Ein Logikanalysator zeichnet viele digitale Leitungen gleichzeitig auf und dekodiert Protokolle wie UART, I²C oder SPI. Das Oszilloskop zeigt dagegen, ob Pegel und Flanken sauber sind. Im Augendiagramm einer Datenleitung zeigt ein weit offenes Auge eine sichere Übertragung.

Das solltest du dir merken

Frequenz gleich Kehrwert der Periodendauer.
Abtastrate mehr als doppelt so hoch wie die höchste Signalfrequenz.
Tastkopf vor der Messung abgleichen, kurze Masse für schnelle Flanken.
Einmalige Störungen mit Single-Trigger einfangen.

Formeln

Frequenz: $f = \frac{1}{T}$
Tastgrad: $g = \frac{t _{i}}{T}$
Anstiegszeit und Bandbreite: $t_{r} \approx \frac{0 , 35}{B}$
Effektivwert einer Sinusspannung: $U = \frac{u ^}{2} = \frac{U _{ss}}{2 2}$

Typische Fehler in der Prüfung

Den Spitze-Spitze-Wert als Scheitelwert verwendet.
Den Teilerfaktor des Tastkopfs im Oszilloskop nicht eingestellt.
Die Abtastrate nur gleich der Signalfrequenz gewählt.

Tipps aus der Werkstatt

Vor jeder Messung mit dem 10:1-Tastkopf: am Kalibrierausgang abgleichen und den Teiler im Oszilloskop einstellen. Für schnelle Flanken die kurze Massefeder statt der langen Krokodilklemme nehmen, sonst misst du das Klingeln der Masseleitung.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

12 Aufgaben zu „Signale messen und beurteilen“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Informations- und Systemtechnik, Lernfeld 6. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.