Oszilloskop – Aufbau, Bedienung & Signalanalyse

Oszilloskop – Aufbau, Bedienung & Signalanalyse

Das Oszilloskop ist das wichtigste Diagnosewerkzeug der Elektro- und Messtechnik. Es macht elektrische Signale sichtbar – als Spannungsverlauf über die Zeit – und erlaubt die genaue Analyse von Amplitude, Frequenz, Phase, Kurvenform und Signalfehlern.

Kapitel 01

Was ist ein Oszilloskop – und warum reicht ein Multimeter nicht?

Ein Oszilloskop ist ein Messgerät, das elektrische Spannungen als grafischen Verlauf über die Zeit darstellt. Auf der Y-Achse (vertikal) ist die Spannung aufgetragen, auf der X-Achse (horizontal) die Zeit. Dadurch entsteht ein „Bild“ des Signals – man sieht die Kurvenform, Amplitude, Frequenz und eventuelle Störungen.

Ein Multimeter zeigt nur einen einzigen Momentan- oder Mittelwert an – eine Zahl. Bei einer stabilen Gleichspannung ist das vollkommen ausreichend. Sobald sich das Signal aber zeitlich verändert – bei Wechselspannungen, Impulsen, Störspitzen oder nicht-sinusförmigen Verläufen – versagt das Multimeter. Es „sieht“ die Kurvenform nicht, sondern berechnet nur einen Effektivwert.

Praxisbeispiel Ein Frequenzumrichter erzeugt eine pulsweitenmodulierte Spannung (PWM). Das Multimeter zeigt z. B. „230 V AC“ an – obwohl das Signal aus Rechteckimpulsen besteht. Erst das Oszilloskop macht die tatsächliche Kurvenform sichtbar und ermöglicht die Diagnose von Oberwellen, Schaltspitzen oder Rückspeiseproblemen.

Das Oszilloskop kann außerdem:

  • zwei oder mehr Signale gleichzeitig darstellen und phasenversetzt vergleichen
  • nicht-periodische Einzelereignisse (z. B. einen Einschaltimpuls) erfassen und „einfrieren“
  • automatisch Spannung, Frequenz, Periodendauer, Tastverhältnis und weitere Kenngrößen berechnen
  • Signale im Frequenzbereich analysieren (FFT)
Multimeter vs. Oszilloskop – Was jedes Gerät „sieht“
MULTIMETER 230 V AC RMS Tatsächliches Signal: → Kurvenform unsichtbar! OSZILLOSKOP CH1 5V/div 1ms/div → Kurvenform vollständig sichtbar!
Verständnisfrage · Kapitel 1
Ein Elektriker misst an einem Frequenzumrichter-Ausgang mit dem Multimeter 400 V AC. Was ist damit gemeint – und reicht diese Information für eine vollständige Diagnose?
Kapitel 02

Wie ist ein digitales Speicheroszilloskop (DSO) aufgebaut?

Moderne Oszilloskope sind fast ausnahmslos Digitale Speicheroszilloskope (DSO – Digital Storage Oscilloscope). Das analoge Eingangssignal wird von einem Analog-Digital-Wandler (ADC) mit hoher Geschwindigkeit abgetastet und als Zahlenfolge im Speicher abgelegt. Aus diesem Speicher wird die Kurvenform auf dem Display rekonstruiert und angezeigt.

Die wichtigsten Baugruppen eines DSO im Überblick:

Aufbau DSO 1. Eingangskanäle (CH1, CH2, …) – Messeingänge mit BNC-Buchse. Marktübliche Geräte haben 2–4 Kanäle. Jeder Kanal hat eine eigene Verstärkerstufe und einen eigenen ADC.

2. Vorverstärker – Verstärkt oder dämpft das Signal je nach V/div-Einstellung, bevor es zum ADC gelangt.

3. ADC (Analog-Digital-Wandler) – Wandelt die analoge Spannung in einen digitalen Zahlenwert um. Die Auflösung beträgt typisch 8–12 Bit.

4. Akquisitionsspeicher (Waveform Memory) – Speichert die abgetasteten Werte. Aus dem Speicher kann die Kurvenform erneut abgerufen und analysiert werden – auch nach dem Ereignis.

5. Triggersystem – Definiert den Startpunkt der Aufzeichnung und sorgt für ein stehendes, stabiles Bild auf dem Display.

6. Zeitbasis-Schaltung – Steuert die Abtastrate und damit die Zeitachse (X-Achse, s/div).

7. Display (LCD/TFT) – Stellt die rekonstruierte Wellenform grafisch dar. Der Bildschirm ist in ein Raster von typisch 10 × 8 Kästchen (Divisions) eingeteilt.

8. Prozessor / DSP – Übernimmt automatische Messungen, Mathematik-Funktionen (z. B. CH1–CH2) und FFT-Analyse.

Der wichtigste Unterschied zum analogen Oszilloskop (Kathodenstrahlröhre): Das DSO kann das Signal einfrieren, zoomen, ausdrucken, auf USB speichern und auch Einzelereignisse – die nur einmal auftreten – stabil anzeigen.

Blockschaltbild eines digitalen Speicheroszilloskops (DSO)
TASTKOPF + BNC VOR- VERSTÄRKER V/div ADC 8–12 Bit analog→digital AKQUISITIONS- SPEICHER Waveform Memory PROZESSOR / DSP Mess. / FFT DISPLAY TRIGGERSYSTEM definiert Startpunkt der Aufzeichnung ZEITBASIS s/div Steuerung Signalfluss: Eingang → Verstärker → ADC → Speicher → Prozessor → Display
Norm Für Messgeräte in der Elektrotechnik gilt die ÖVE/ÖNORM EN 61010-1 (Sicherheitsanforderungen für elektrische Betriebsmittel zur Messung, Steuerung und Laboranwendung). Vor der ersten Verwendung eines Oszilloskops ist die zulässige Messspannung (Kategorie CAT I bis CAT IV) und die maximale Eingangsspannung laut Gerätehandbuch zu prüfen.
Verständnisfrage · Kapitel 2
Welchen Vorteil bietet ein Digitales Speicheroszilloskop (DSO) gegenüber einem analogen Oszilloskop mit Kathodenstrahlröhre?
Kapitel 03

Was macht der Tastkopf – und warum ist die Kompensation so wichtig?

Der Tastkopf (engl. Probe) ist die Verbindung zwischen dem Messobjekt und dem Oszilloskop-Eingang. Er besteht aus einer Messspitze, einem Masseanschluss (Krokodilklemme oder kurze Masseleitung) und einem Kabel, das mit einem BNC-Stecker an den Kanal-Eingang angesteckt wird.

Passiver Tastkopf – Spannungsteiler

Der am häufigsten verwendete Tastkopf ist der passive Tastkopf. Er enthält im Stecker einen Reihenwiderstand (z. B. 9 MΩ) und bildet zusammen mit dem Eingangswiderstand des Oszilloskops (typisch 1 MΩ) einen Spannungsteiler mit dem Faktor 10:1 (×10). Das bedeutet: Die am Messobjekt anliegende Spannung wird auf 1⁄10 gedämpft, bevor sie den ADC erreicht.

×1 / ×10 Schalter Die meisten passiven Tastköpfe haben einen Schiebeschalter für ×1 oder ×10.
×1: Kein Teiler, volle Signalstärke, aber hohe Kapazitätsbelastung → nur für sehr niederfrequente Signale geeignet.
×10: Spannungsteiler 10:1 aktiv, niedrigere Eingangskapazität → für die meisten Messungen empfohlen. Das Oszilloskop muss auf ×10 eingestellt werden, damit die angezeigte Spannung korrekt ist.

Tastkopf-Kompensation – warum ist das notwendig?

Jeder Tastkopf bildet mit dem Eingang des Oszilloskops ein RC-Netzwerk. Ist dieses Netzwerk nicht perfekt abgeglichen (kompensiert), werden Sprungkanten verzerrt dargestellt: Es entstehen Über- oder Unterschwinger. Daher muss vor dem ersten Einsatz – und nach jedem Gerätewechsel – die Tastkopf-Kompensation durchgeführt werden.

Tastkopf-Kompensation: Drei mögliche Zustände
UNTERKOMPENSIERT Flanken abgerundet KORREKT KOMPENSIERT Sauberes Rechteck ✓ ÜBERKOMPENSIERT Überschwinger sichtbar

Die Kompensation erfolgt an einem eigens dafür vorgesehenen Referenz-Ausgang am Oszilloskop (meist mit einem Rechteck-Symbol oder „CAL“ gekennzeichnet). Mit einem kleinen Trimmer-Schraubenzieher wird die Kompensationskapazität im Tastkopf-Stecker so lange eingestellt, bis ein perfektes Rechtecksignal erscheint.

Häufiger Fehler Der Masseanschluss des Tastkopfes muss so kurz wie möglich sein. Eine lange Masseleitung wirkt als Antenne und induziert Störspannungen, die das Signal überlagern. In der Praxis: Masseleitung max. 5–10 cm.
Verständnisfrage · Kapitel 3
Am Tastkopf-Ausgang des Oszilloskops (CAL) ist ein Rechtecksignal. Die Spitze der Rechteckflanken zeigt deutliche Überschwinger. Was ist zu tun?
Kapitel 04

Wie funktioniert das Vertikalsystem (V/div)?

Das Vertikalsystem des Oszilloskops steuert die Y-Achse – also die Spannungsdarstellung. Der wichtigste Parameter ist V/div (Volt pro Division): Er gibt an, welche Spannung einem Rasterkasten (Division) auf dem Bildschirm entspricht.

Ein typisches Oszilloskop-Display hat 8 Divisionen in vertikaler Richtung. Bei einer Einstellung von 2 V/div kann der Bildschirm also insgesamt 8 × 2 V = 16 V darstellen.

Vertikalsystem – Beziehungen

Upp = Anzahl Div (pp) × V/div
Û = Upp / 2
Ueff = Û / √2    (nur Sinus!)
Upp
Spitze-Spitze-Spannung [V] – Differenz zwischen maximalem und minimalem Wert
Û
Amplitude / Scheitelwert [V] – halbe Spitze-Spitze-Spannung bei symmetrischen Signalen
Ueff
Effektivwert [V] – nur bei Sinussignal: Û / √2 ≈ Û × 0,707
V/div
Volt pro Division – Einstellung am Vertikalregler

Eingangskopplung

Am Eingang jedes Kanals kann zwischen drei Kopplungsarten gewählt werden:

KopplungWirkungTypischer Einsatz
DCGleichstrom und Wechselstrom werden angezeigt – Signal unverändertStandardmessung, Signale mit DC-Offset
ACGleichanteil (DC-Offset) wird herausgefiltert – nur Wechselanteil sichtbarMessung kleiner Ripple-Spannungen auf DC-Versorgung
GNDEingang auf Masse geschaltet – Nulllinie (0 V Referenz) auf dem DisplayNullpunkt-Referenz einstellen
Rechner – Spannung aus Rasterablesung
2 V/div
3,0 div
U Spitze-Spitze
–
V
Amplitude Û
–
V
Effektivwert (Sinus)
–
V
Praxistipp Das Signal sollte immer so skaliert werden, dass die Kurvenform 5–7 Divisionen des Bildschirms ausfüllt. Zu kleines Signal → schlechte Ablesegenauigkeit. Zu großes Signal → Clipping (Signalspitzen werden abgeschnitten und verfälscht).
Verständnisfrage · Kapitel 4
Am Oszilloskop ist V/div = 5 V eingestellt. Die Spitze-Spitze-Ausdehnung der Sinuskurve beträgt 4 Divisionen. Wie groß ist der Effektivwert der Spannung?
Kapitel 05

Wie funktioniert das Horizontalsystem (s/div) und was ist Abtastrate?

Das Horizontalsystem steuert die X-Achse – also die Zeitdarstellung. Der Parameter s/div (Sekunden pro Division) gibt an, welche Zeitspanne einem Rasterkasten entspricht. Typische Werte reichen von wenigen Nanosekunden (ns/div) bis zu mehreren Sekunden (s/div).

Ein typisches Oszilloskop-Display hat 10 Divisionen in horizontaler Richtung. Bei 1 ms/div ist damit eine gesamte Zeitfensterbreite von 10 × 1 ms = 10 ms sichtbar.

Horizontalsystem – Beziehungen

T = Anzahl Div (Periode) × s/div
f = 1 / T
fAbtast ≥ 2 × fmax (Nyquist-Theorem)
Empfehlung: fAbtast ≥ 2,5 × BandbreiteOszi
T
Periodendauer [s] – Zeit für eine vollständige Schwingung
f
Frequenz [Hz] – Anzahl der Schwingungen pro Sekunde
fAbtast
Abtastrate [Sa/s] – wie viele Abtastwerte pro Sekunde der ADC aufnimmt
s/div
Sekunden pro Division – Einstellung am Zeitbasis-Regler

Nyquist-Theorem und Alias-Effekte

Das Nyquist-Shanon-Abtasttheorem besagt: Um ein Signal mit der Frequenz f korrekt zu rekonstruieren, muss die Abtastrate mindestens 2 × f betragen. Wird zu langsam abgetastet, entstehen Alias-Signale – Scheinsignale mit falscher, zu niedriger Frequenz. In der Praxis empfiehlt Rohde & Schwarz und Tektronix mindestens die 5-fache Abtastrate der Signalfrequenz für genaue Kurvenformdarstellung.

Alias-Effekt Ein 1-MHz-Signal wird mit 1,2 MSa/s abgetastet (zu langsam). Das Oszilloskop zeigt ein scheinbares 200-kHz-Signal – obwohl in Wirklichkeit 1 MHz anliegen. Abhilfe: Abtastrate erhöhen oder s/div verkleinern.
Rechner – Frequenz aus Rasterablesung
5 ms/div
4,0 div
Periodendauer T
–
ms
Frequenz f
–
Hz
Mindest-Abtastrate
–
Sa/s
Verständnisfrage · Kapitel 5
Am Oszilloskop sind 2 ms/div eingestellt. Eine Sinusschwingung erstreckt sich über 5 Divisionen (eine Periode). Welche Frequenz hat das Signal?
Kapitel 06

Warum braucht das Oszilloskop einen Trigger – und wie stellt man ihn richtig ein?

Ohne Trigger würde das Oszilloskop die Kurvenform immer an einer zufälligen Stelle der Zeitachse beginnen zu zeichnen. Bei einem periodischen Signal würden die Kurven ineinander verschoben angezeigt – das Bild würde „wandern“ und wäre nicht lesbar. Der Trigger löst dieses Problem, indem er einen definierten Startpunkt für jede neue Aufzeichnung festlegt.

Flankentrigger (Edge Trigger) – der Standard

Der einfachste und häufigste Trigger ist der Flankentrigger. Er startet die Aufzeichnung, sobald das Signal einen einstellbaren Triggerpegel (Trigger Level) überschreitet – entweder auf der steigenden Flanke (↑) oder der fallenden Flanke (↓).

Flankentrigger – Triggerpegel und Startpunkt
Trigger Level Startpunkt ↑ Flanke Trigger hält das Bild stabil – jede neue Aufzeichnung beginnt am gleichen Punkt

Triggermodi

ModusVerhaltenEinsatz
AutoZeigt immer ein Signal, auch ohne Trigger-Ereignis (dann rollendes Bild)Ersteinstieg, Gleichspannungen
NormalNur Aufzeichnung wenn Trigger-Bedingung erfüllt – kein Signal = schwarzer BildschirmStandard für periodische Signale
SingleGenau eine Aufzeichnung beim nächsten Trigger-Ereignis, dann StopEinzelereignisse, Einschaltimpulse
Praxistipp Der Trigger-Pegel soll immer innerhalb der Signalflanke liegen – also zwischen dem niedrigsten und höchsten Wert des Signals. Ein zu hoher oder zu niedriger Pegel führt dazu, dass das Oszilloskop nicht triggert und kein stabiles Bild zeigt.
Verständnisfrage · Kapitel 6
Das Oszilloskop zeigt ein „wanderndes“ Bild – die Sinuskurve verschiebt sich ständig nach rechts. Was ist die wahrscheinlichste Ursache?
Kapitel 07

Wie liest man Signalparameter ab und was kann man automatisch messen?

Am Oszilloskop-Bildschirm lassen sich alle wesentlichen Signalparameter manuell aus dem Raster ablesen oder durch automatische Messfunktionen direkt anzeigen lassen.

Manuelle Ablesung

Anhand des Rasters und der eingestellten V/div- und s/div-Werte können folgende Größen direkt abgelesen werden:

Signalparameter – Formeln und Ablesen

Upp = Divpp × (V/div)
Û = Upp / 2
Ueff = Û / √2 ≈ Û × 0,707   (nur Sinus)
T = DivT × (s/div)
f = 1 / T
δ = ton / T × 100 %   (Tastverhältnis)
φ = (Δt / T) × 360°   (Phasenverschiebung)
Divpp
Abgelesene Divisionen Spitze-Spitze (vertikal)
DivT
Abgelesene Divisionen für eine Periode (horizontal)
δ
Tastverhältnis (Duty Cycle) – Verhältnis Einschaltzeit zu Gesamtperiode [%]
φ
Phasenverschiebung – zeitlicher Versatz zweier Signale gleicher Frequenz [°]
Δt
Zeitlicher Versatz zwischen zwei Signalen (ablesbar mit Cursor)

Cursor-Messungen

Alle modernen DSO verfügen über Cursor – zwei verschiebbare Linien auf dem Bildschirm. Spannungs-Cursor (horizontale Linien) messen die Differenz zweier Spannungswerte, Zeit-Cursor (vertikale Linien) die Zeitdifferenz zwischen zwei Punkten.

Automatische Messung

Per Taste „Measure“ oder „Messen“ stellt das Oszilloskop automatisch bis zu 20 Parameter gleichzeitig auf dem Display dar, z. B. Spitze-Spitze-Spannung, Frequenz, Periodendauer, Effektivwert (RMS), Anstiegszeit, Abfallzeit, Tastverhältnis und Mittelwert.

Hinweis Der automatisch angezeigte RMS-Wert des Oszilloskops ist ein echter Effektivwert (True RMS) und gilt für beliebige Kurvenformen, nicht nur für Sinus. Der klassische Multimeter-Effektivwert hingegen ist oft nur für Sinus kalibriert (TRMS-Multimeter ausgenommen).
Signalparameter auf dem Oszilloskop-Bildschirm ablesen
U_pp T = 4 div CH1 2V/div 5ms/div AUTO-MESSUNG U_pp 28,28 V U_RMS 10,00 V Amplitude 14,14 V Frequenz 50 Hz Periode 20 ms Anstiegszeit 6,37 ms Tastverhältnis 50,0 % 2 V/div, 5 ms/div
Verständnisfrage · Kapitel 7
Zwei Signale werden gleichzeitig auf Kanal 1 und Kanal 2 dargestellt. Kanal 2 ist gegenüber Kanal 1 um 2 ms verzögert, die gemeinsame Periode beträgt 20 ms. Wie groß ist die Phasenverschiebung?

Rechenaufgaben

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Beispielrechnungen 2 Beispiele ›
Beispiel 01
Am Oszilloskop sind 5 V/div und 2 ms/div eingestellt. Eine Sinuskurve hat eine vertikale Ausdehnung von 6 Divisionen (Spitze-Spitze) und erstreckt sich über 4 Divisionen für eine Periode. Berechne: Upp, Û, Ueff, T und f.
Lösungsweg
Spannungsberechnung:
Upp = 6 div × 5 V/div = 30 V
Û = Upp / 2 = 30 / 2 = 15 V
Ueff = Û / √2 = 15 / 1,414 ≈ 10,61 V
Zeitberechnung:
T = 4 div × 2 ms/div = 8 ms
f = 1 / T = 1 / 0,008 s = 125 Hz
Ergebnis: U_pp = 30 V | Û = 15 V | U_eff ≈ 10,61 V | T = 8 ms | f = 125 Hz
Beispiel 02
Zwei Signale gleicher Frequenz (50 Hz) werden mit 4 ms/div dargestellt. Der Abstand zwischen den gleichphasigen Punkten beider Signale beträgt 1,5 Divisionen. Berechne die Phasenverschiebung φ.
Lösungsweg
Zeitlichen Versatz Δt ermitteln:
Δt = 1,5 div × 4 ms/div = 6 ms
Periode aus Frequenz:
T = 1 / f = 1 / 50 Hz = 20 ms
Phasenverschiebung:
φ = (Δt / T) × 360° = (6 ms / 20 ms) × 360° = 0,3 × 360° = 108°
Ergebnis: φ = 108°
✏️
Übungsaufgaben 5 Aufgaben ›
Aufgabe 01 · Leicht
Am Oszilloskop ist 2 V/div eingestellt. Eine Rechteckkurve erstreckt sich vertikal über 5 Divisionen (Spitze-Spitze). Wie groß ist Upp in Volt?
Hinweis: U_pp = Div_pp × V/div
V
Lösungsweg
U_pp = 5 div × 2 V/div = 10 V
Ergebnis: U_pp = 10 V
Aufgabe 02 · Leicht
Eine Sinusschwingung hat eine Amplitude von Û = 14,14 V. Wie groß ist der Effektivwert Ueff in Volt? (Auf 2 Dezimalstellen, gerundet)
Hinweis: U_eff = Û / √2
V
Lösungsweg
U_eff = 14,14 V / √2 = 14,14 / 1,4142 ≈ 10,00 V
Ergebnis: U_eff = 10 V
Aufgabe 03 · Mittel
Am Oszilloskop sind 1 ms/div eingestellt. Eine Rechteckschwingung erstreckt sich über 8 Divisionen für 2 vollständige Perioden. Berechne die Frequenz f in Hz.
Hinweis: 2 Perioden → eine Periode = 4 div. T = Div × s/div, f = 1/T
Hz
Lösungsweg
2 Perioden = 8 div → 1 Periode = 4 div
T = 4 div × 1 ms/div = 4 ms = 0,004 s
f = 1 / T = 1 / 0,004 = 250 Hz
Ergebnis: f = 250 Hz
Aufgabe 04 · Mittel
Zwei Signale der Frequenz 100 Hz werden verglichen. Der zeitliche Versatz zwischen den Nulldurchgängen beträgt 1,5 ms. Berechne die Phasenverschiebung φ in Grad.
Hinweis: T = 1/f = 10 ms. φ = (Δt / T) × 360°
°
Lösungsweg
T = 1 / 100 Hz = 10 ms
φ = (1,5 ms / 10 ms) × 360° = 0,15 × 360° = 54°
Ergebnis: φ = 54°
Aufgabe 05 · Anspruchsvoll
Am Oszilloskop (5 V/div, 0,5 ms/div, Tastkopf ×10) erstreckt sich eine Sinuskurve über 4,2 Divisionen vertikal (Spitze-Spitze) und über 6 Divisionen für eine Periode. Berechne: den tatsächlichen Effektivwert Ueff in Volt und die Frequenz f in Hz. (Der Faktor ×10 des Tastkopfes ist zu berücksichtigen!)
Hinweis: U_pp am Schirm × 10 (Tastkopf-Faktor) = tatsächliche U_pp
V (U_eff)
Lösungsweg
Spannung:
U_pp (am Schirm) = 4,2 div × 5 V/div = 21 V
Tatsächliche U_pp = 21 V × 10 (Tastkopf) = 210 V
Û = 210 / 2 = 105 V
U_eff = 105 / √2 ≈ 74,25 V
Frequenz:
T = 6 div × 0,5 ms/div = 3 ms = 0,003 s
f = 1 / 0,003 ≈ 333 Hz
Ergebnis: U_eff ≈ 74,25 V | f ≈ 333 Hz

Abschlusstest

Frage 01
Was stellt das Oszilloskop auf der X-Achse dar?
Frage 02
Was ist der Unterschied zwischen einem DSO und einem analogen Oszilloskop?
Frage 03
Welchen Zweck hat die Tastkopf-Kompensation?
Frage 04
Am Oszilloskop ist 10 V/div eingestellt. Eine Sinuskurve erstreckt sich über 3 Divisionen Spitze-Spitze. Wie groß ist die Amplitude Û?
Frage 05
Was besagt das Nyquist-Abtasttheorem?
Frage 06
Das Oszilloskop-Display zeigt ein „wanderndes“ Bild bei einem periodischen Signal. Was ist die Ursache?
Frage 07
Für welche Messung wird die Eingangskopplung „AC“ verwendet?
Frage 08
Eine Sinusschwingung hat T = 4 ms. Welche Mindest-Abtastrate empfiehlt das Nyquist-Theorem?
Frage 09
Was ist das Tastverhältnis (Duty Cycle) δ bei einem Rechtecksignal mit Einschaltzeit t_on = 3 ms und Periode T = 10 ms?
Frage 10
Warum soll die Masseleitung des Tastkopfes möglichst kurz sein?

Typische Prüfungsfragen

Mündliche Prüfungsfragen zum Thema Oszilloskop – ausklappen für die Musterantwort.

01Was ist der Unterschied zwischen einem Multimeter und einem Oszilloskop?›
Ein Multimeter zeigt nur einen einzigen Mess­wert an – einen Momentan- oder Effektivwert. Es ist nicht in der Lage, den zeitlichen Verlauf einer Spannung darzustellen. Ein Oszilloskop zeigt hingegen die vollständige Kurvenform der Spannung über die Zeit auf einem Bildschirm an. Damit lassen sich Amplitude, Frequenz, Phase, Kurvenform und Signalstörungen direkt ablesen und diagnostizieren. Das Oszilloskop ist unverzichtbar für die Analyse von Wechselspannungen, Impulsen, PWM-Signalen und Störungen.
02Erklären Sie, was V/div und s/div bedeuten.›
V/div (Volt pro Division) gibt an, welcher Spannungswert einem Kästchen auf der vertikalen Y-Achse des Bildschirms entspricht. Bei 2 V/div und 4 Kästchen Ausdehnung beträgt die Spitze-Spitze-Spannung 8 V. s/div (Sekunden pro Division) gibt an, welcher Zeitwert einem Kästchen auf der horizontalen X-Achse entspricht. Bei 1 ms/div und 5 Kästchen für eine Periode ergibt sich T = 5 ms, also f = 200 Hz. Beide Parameter werden über Drehregler am Gerät eingestellt und ermöglichen die Skalierung des dargestellten Signals.
03Was ist der Trigger und wozu dient er?›
Der Trigger definiert den Startpunkt einer Signalaufzeichnung. Bei einem periodischen Signal ohne Trigger würde jede neue Aufzeichnung an einem anderen Punkt beginnen – das Bild würde wandern und wäre nicht lesbar. Der Flankentrigger (der häufigste Typ) startet die Aufzeichnung, sobald das Signal einen einstellbaren Pegel – den Trigger-Pegel – auf der steigenden oder fallenden Flanke überschreitet. Dadurch beginnt jede neue Aufzeichnung am gleichen Punkt, und das Bild erscheint stabil. Mit dem Single-Trigger-Modus lassen sich auch einmalige Ereignisse erfassen.
04Was versteht man unter der Tastkopf-Kompensation und warum ist sie notwendig?›
Der passive Tastkopf bildet mit dem Eingang des Oszilloskops ein RC-Netzwerk (Spannungsteiler). Wenn die Kapazitätsverhältnisse dieses Netzwerks nicht abgeglichen sind, werden Rechteckflanken verzerrt angezeigt: Bei Überkompensation entstehen Überschwinger, bei Unterkompensation werden die Flanken abgerundet. Zur Kompensation wird der Tastkopf an den CAL-Ausgang des Oszilloskops angeschlossen (Referenz-Rechtecksignal) und mit einem Trimmer-Schraubenzieher der Kompensationstrimmer im Tastkopf-Stecker so lange verstellt, bis ein sauberes, unverzerrtes Rechteck erscheint. Die Kompensation ist vor der ersten Verwendung und nach jedem Gerätewechsel durchzuführen.
05Was ist das Nyquist-Theorem und was passiert bei Verletzung?›
Das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem besagt, dass die Abtastrate mindestens das Doppelte der höchsten im Signal enthaltenen Frequenz betragen muss, um das Signal korrekt rekonstruieren zu können. Wird diese Bedingung verletzt – d. h. zu langsam abgetastet – entstehen sogenannte Alias-Signale: Das Oszilloskop zeigt ein Scheinsignal mit einer falschen, zu niedrigen Frequenz an. In der Praxis empfiehlt man mindestens die fünffache Abtastrate der Signalfrequenz für eine genaue Kurvenformdarstellung. Bei einem 1-kHz-Signal sollte die Abtastrate also mindestens 5 kSa/s betragen.
06Wie berechnet man Frequenz und Phasenverschiebung aus dem Oszilloskopbild?›
Die Frequenz berechnet man aus der Periode: Man liest ab, über wie viele Divisionen sich eine vollständige Schwingung erstreckt, und multipliziert diese Anzahl mit dem eingestellten s/div-Wert. Das ergibt die Periodendauer T in Sekunden. Die Frequenz ist dann f = 1/T. Die Phasenverschiebung zwischen zwei gleichfrequenten Signalen ergibt sich aus dem zeitlichen Versatz Δt zwischen den gleichphasigen Punkten (z. B. Nulldurchgänge) beider Signale: φ = (Δt / T) × 360°. Δt wird mit den Zeit-Cursorn gemessen.
07Wann verwendet man die AC-Eingangskopplung statt DC?›
Die AC-Kopplung schaltet einen Kondensator in den Signalweg, der den Gleichanteil (DC-Offset) des Signals herausfiltert. Auf dem Bildschirm ist dann nur noch der Wechselanteil sichtbar. Dies ist sinnvoll, wenn man kleine Wechselspannungsanteile auf einer großen Gleichspannung messen möchte – zum Beispiel den Spannungsripple am Ausgang eines Gleichrichters oder Schaltnetzteils. Wäre der DC-Anteil sichtbar, würde das Signal durch den großen Gleichspannungswert aus dem Bildschirm herausgedrängt, und man könnte die kleinen Wechselanteile nicht mehr gut erkennen.
08Was sind die wichtigsten Sicherheitsregeln beim Arbeiten mit dem Oszilloskop?›
Das Oszilloskop muss über ein dreipoliges Netzkabel mit Schutzerde angeschlossen sein. Die zulässige Maximaleingangsspannung laut Geräteaufdruck (Messkategorie CAT I–IV) darf niemals überschritten werden. Bei Messungen an Netzspannung oder höheren Spannungen ist besondere Vorsicht geboten: Die Masse des Tastkopfes ist an den Außenleiter des BNC-Eingangs angeschlossen und damit geerdet – bei Anschluss an einem potentialgetrennten Prüfling kann dies zu einem Kurzschluss oder Stromschlag führen. In solchen Fällen sind Differenztastköpfe oder Trenntransformatoren einzusetzen. Gültige österreichische Norm: ÖVE/ÖNORM EN 61010-1.

Formelsammlung

Spitze-Spitze-Spannung

Upp = Divpp × (V/div)
Divpp
Abgelesene Divisionen vertikal (Spitze-Spitze)
V/div
Volt pro Division [V/div]

Amplitude und Effektivwert

Û = Upp / 2
Ueff = Û / √2 ≈ Û × 0,707
Û
Scheitelwert / Amplitude [V]
Ueff
Effektivwert [V] – nur für Sinus!

Periode und Frequenz

T = DivT × (s/div)
f = 1 / T
DivT
Abgelesene Divisionen horizontal (eine Periode)
s/div
Sekunden pro Division [s/div]
f
Frequenz [Hz]

Phasenverschiebung

φ = (Δt / T) × 360°
Δt
Zeitlicher Versatz zweier Signale [s]
T
Gemeinsame Periodendauer [s]
φ
Phasenverschiebung [°]

Tastverhältnis

δ = (ton / T) × 100 %
ton
Einschaltdauer [s]
T
Periode [s]
δ
Duty Cycle / Tastverhältnis [%]

Nyquist-Abtastbedingung

fAbtast ≥ 2 × fmax
fAbtast
Abtastrate [Sa/s]
fmax
Höchste Signalfrequenz [Hz]
Praxis
Empfohlen: ≥ 5 × f_Signal

Tastkopf-Teilerverhältnis

Utatsächlich = USchirm × k
k
Tastkopf-Teiler (×1 oder ×10)
USchirm
Am Display abgelesene Spannung

Darstellbarer Spannungsbereich

Umax = 8 div × (V/div)
8 div
Typische vertikale Bildschirmgröße
V/div
Aktuelle Empfindlichkeitseinstellung

Glossar

  • Oszilloskop – Elektrisches Messgerät zur grafischen Darstellung von Spannungsverläufen über die Zeit auf einem Bildschirm. X-Achse = Zeit, Y-Achse = Spannung.
  • DSO (Digital Storage Oscilloscope) – Digitales Speicheroszilloskop. Wandelt das Eingangssignal per ADC in digitale Werte um und speichert diese. Ermöglicht Einfrieren, Zoomen und Einzelereigniserfassung.
  • ADC (Analog-Digital-Converter) – Analog-Digital-Wandler. Wandelt eine analoge Spannung in einen digitalen Zahlenwert um. Die Auflösung beträgt typisch 8–12 Bit.
  • V/div (Volt pro Division) – Vertikale Skalierungseinstellung des Oszilloskops. Gibt an, welcher Spannungswert einem Rasterkasten auf der Y-Achse entspricht.
  • s/div (Sekunden pro Division) – Horizontale Zeitbasis-Einstellung. Gibt an, welcher Zeitwert einem Rasterkasten auf der X-Achse entspricht.
  • Trigger – Auslöser für den Beginn einer Signalaufzeichnung. Definiert eine Bedingung (z. B. Spannung überschreitet Pegel auf steigender Flanke), bei der die Aufzeichnung startet. Sorgt für ein stabiles Bild bei periodischen Signalen.
  • Flankentrigger (Edge Trigger) – Häufigster Trigger-Typ. Startet die Aufzeichnung beim Überschreiten des Trigger-Pegels auf der steigenden (↑) oder fallenden (↓) Flanke des Signals.
  • Trigger-Pegel (Trigger Level) – Einstellbare Spannungsschwelle, bei der der Trigger auslöst. Muss sich innerhalb der Signalflanke befinden.
  • Tastkopf (Probe) – Verbindungselement zwischen Messobjekt und Oszilloskop-Eingang. Besteht aus Messspitze, Masseanschluss, Kabel und BNC-Stecker. Enthält meist einen passiven Spannungsteiler (×10).
  • Tastkopf-Kompensation – Abgleich des RC-Netzwerks zwischen Tastkopf und Oszilloskop-Eingang. Verhindert Kurvenformverzerrungen (Über-/Unterschwinger) bei Rechteckflanken.
  • BNC-Stecker – Bayonet Neill-Concelman – koaxialer HF-Steckverbinder, der standardmäßig für Tastkopf-Anschlüsse an Oszilloskopen verwendet wird.
  • Division (div) – Ein Kästchen des Bildschirm-Rasters. Typisches Raster: 10 div horizontal × 8 div vertikal.
  • Abtastrate (Sample Rate) – Anzahl der Messwerte, die der ADC pro Sekunde aufnimmt, angegeben in Sa/s (Samples per second) oder Sa/s. Je höher, desto genauer die Kurvenform-Darstellung bei hohen Frequenzen.
  • Nyquist-Theorem – Abtastbedingung: f_Abtast ≥ 2 × f_max. Bei Verletzung entstehen Alias-Signale.
  • Alias-Signal – Scheinsignal, das bei zu geringer Abtastrate entsteht. Das Oszilloskop zeigt eine falsche, zu niedrige Frequenz an.
  • Upp (Spitze-Spitze-Spannung) – Differenz zwischen dem maximalen und minimalen Spannungswert einer Schwingung. Direkt am Bildschirm ablesbar.
  • Û (Amplitude / Scheitelwert) – Maximaler Ausschlag einer Schwingung vom Nullpunkt. Bei symmetrischen Signalen: Û = U_pp / 2.
  • Ueff (Effektivwert / RMS) – Root Mean Square. Für Sinussignale: U_eff = Û / √2. Gibt die Wirkleistung einer Spannung an – entspricht dem gleichwertigen Gleichspannungswert.
  • Tastverhältnis (Duty Cycle, δ) – Verhältnis der Einschaltdauer zur Gesamtperiodendauer bei Rechtecksignalen. δ = (t_on / T) × 100 %.
  • Phasenverschiebung (φ) – Zeitlicher Versatz zweier Signale gleicher Frequenz, ausgedrückt in Grad. φ = (Δt / T) × 360°.
  • Eingangskopplung – Betriebsart des Eingangskanals. DC: Signal unverändert. AC: Gleichanteil herausgefiltert. GND: Eingang auf Masse (Nullreferenz).
  • True RMS – Echter Effektivwert. Wird für beliebige Kurvenformen (nicht nur Sinus) korrekt berechnet. Das Oszilloskop zeigt immer True RMS an.
  • Cursor – Verschiebbare Messlinien am Bildschirm. Spannungs-Cursor messen Δ U, Zeit-Cursor messen Δ t zwischen zwei Punkten.
  • Bandbreite – Maximale Frequenz, bei der das Oszilloskop noch mindestens 70,7 % (–3 dB) der tatsächlichen Signalamplitude darstellt. Bei 100-MHz-Bandbreite werden Signale bis 100 MHz noch korrekt angezeigt.

Stand & Quellen

Erstellt: April 2025 | Zielgruppe: Mechatroniker-Lernportal Österreich

Normreferenzen:

  • ÖVE/ÖNORM EN 61010-1: Sicherheitsanforderungen für elektrische Betriebsmittel zur Messung, Steuerung und Laboranwendung
  • ÖVE/ÖNORM EN 61326-1: Elektrische Betriebsmittel zur Messung, Steuerung und Laboranwendung – Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit
  • Messkategorien CAT I–IV gemäß IEC 61010-1

Fachliche Quellen: Rohde & Schwarz – Grundlagen der Oszilloskop-Bedienung; Tektronix – ABC der Oszilloskope (Einführungshandbuch); Austrian Standards Institute (ASI) – e-norm.at

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