a)Welches Schirmbild ergibt sich bei einem Oszilloskop, wenn man an die Vertikal- und Horizontalablenkplatten die gleiche (wechselnde) Spannung legt?
b)Erläutern Sie, wie die rechts abgebildeten Oszilloskopbilder zustande kommen. Geben Sie dazu jeweils in zwei übereinanderliegenden Diagrammen den t-Uy- und den t-Ux-Verlauf der Spannungen an den Vertikal- bzw. Horizontalablenkplatten an.
c)Welche Folgen könnte es haben, wenn der Leuchtschirm eines Oszillsokops auf der Innenseite nicht mit einer leitenden, transparenten Schicht überzogen wäre?
d)Welchen Vorteil bietet die Spannungsmessung mit dem Oszilloskop gegenüber der Spannungsmessung mit dem Vielfachinstrument?
e)Mit dem Oszilloskop können prinzipiell nur Spannungen gemessen werden.
Wie kann man vorgehen, wenn man den zeitlichen Verlauf eines Stromes oszilloskopieren will?
f)Die Messspannung wird in der Regel nicht direkt an die Vertikalablenkplatten gelegt, sondern vorher noch verstärkt.
a)Die Auslenkung des Elektronenstrahls in y-Richtung ist proportional zur Spannung Uy. Gleiches gilt für die x-Richtung. Mathematisch ausgedrückt lautet dies\[y \sim {U_y}\quad \Rightarrow \quad y = a \cdot {U_y}\quad (1)\quad \;{\rm{und}}\quad \;x \sim {U_x}\quad \Rightarrow \quad x = b \cdot {U_x}\quad (2)\]dividiert man (1) durch (2), so ergibt sich\[\frac{y}{x} = \frac{{a \cdot {U_y}}}{{b \cdot {U_x}}}\quad {\rm{wegen}}\quad {U_y} = {U_x}\quad {\rm{folgt:}}\quad \frac{y}{x} = \frac{a}{b}\quad \Rightarrow \quad y = \frac{a}{b} \cdot x\quad (3)\]Gleichung (3) stellt die Gleichung einer Ursprungsgeraden mit der Steigung a/b dar. Das Oszilloskopbild ist also eine Gerade durch die Mitte des Schirms.
b)Mögliche Spannungsverläufe für die dargestellten Oszilloskopbilder:
a
b
c
d
c)Der Glaskolben würde sich negativ aufladen. Als Folge davon würde sich u. U. eine Verzerrung der Elektronenbahnen ergeben. Durch die leitende Schicht auf der Kolbeninnenseite wird die Aufladung vermieden.
d)Das Messsystem eines Vielfachinstrumentes besitzt aufgrund seiner Masse eine gewisse Trägheit. Ändert sich die zu oszillsokpierende Spannung sehr schnell, so kann die Drehspule samt Zeiger nicht mehr folgen, der zeitliche Verlauf der Spannung wird falsch dargestellt.
Aufgrund ihrer geringen Masse können die Elektronen zeitlichen Spannungsschwankungen fast ohne Verzögerung folgen. Das Oszilloskop eignet sich also sehr gut zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs von Spannungen.
e)Man lässt den zu oszilloskopierenden Strom durch einen Widerstand fließen. An diesem Widerstand fällt dann eine Spannung ab, die sich synchron mit dem Strom ändert. Oszilloskopiert man also die am Widerstand abfallende Spannung, so kann man auch gute Aussagen über den zeitlichen Verlauf des Stroms machen. Wählt man einen Widerstand mit einem "glatten" Wert (z.B. 100Ω), so kann aus der gemessenen Spannung sehr einfach der absolute Werte des Stroms berechnet werden.
f)Mit Hilfe des Verstärkers kann man die Darstellung am Schirm optimieren und dafür sorgen, dass die ganze Schirmfläche ausgenutzt wird.
Ist z.B. die Messspannung, die an die Vertikalablenkplatten angelegt wird, sehr klein, so käme es nur zu einer sehr kleinen Auslenkung des Elektronenstrahls in y-Richtung. Mit Hilfe des y-Verstärkers kann man dafür sorgen, dass der Schirm in vertikaler Richtung voll ausgenutzt wird.
