PC-Oszilloskop: Günstigen Wellenformanalysator mit dem Computer bauen

Bauteile & Materialien

• IBM-kompatibler PC mit Soundkarte, Windows 3.1 oder neuer
• Winscope-Software – kostenloser Download aus dem Internet (Autor: Dr. Constantin Zeldovich)
• Elektronisches Musik-Keyboard
• Mono-Kopfhörerstecker für Keyboard-Ausgang
• Mono-Kopfhörerstecker für Mikrofoneingang der PC-Soundkarte
• 10-kΩ-Potentiometer

Die Winscope-Anwendung erfasst AC-Spannungssignale über den Mikrofoneingang der Soundkarte und stellt sie als Wellenformen auf dem Bildschirm dar. Für Linux-Nutzer steht mit Oscope ein vergleichbares Tool zur Verfügung. Falls keines dieser Programme verfügbar ist, bietet der integrierte Windows „Sound Recorder“ eine sehr einfache Wellenformanzeige.

Querverweise

Lessons In Electric Circuits, Band 2, Kapitel 7: „Mixed-Frequency AC Signals“

Lessons In Electric Circuits, Band 2, Kapitel 12: „AC Metering Circuits“

Lernziele

• Computersoftware als Oszilloskop-Emulation nutzen
• Kernfunktionen eines Oszilloskops demonstrieren

Schaltplan

Aufbauillustration

Anleitung

Das Oszilloskop ist ein unverzichtbares Instrument für Studenten und Profis der Elektronik. Kommerzielle Oszilloskope können prohibitiv teuer sein, und der Eigenbau erfordert meist bereits ein Oszilloskop zur Fehlersuche. Glücklicherweise kann die Soundkarte eines Standard-PCs Niederspannungs-AC-Signale im 100-Hz–10-kHz-Bereich mit ausreichender Auflösung digitalisieren, und kostenlose Software stellt diese im Oszilloskop-Format dar. Für viele Hobbyisten und Lehrende bietet dies eine kosteneffiziente Alternative.

⚠️ Sicherheitswarnung: Das Aussetzen des Mikrofoneingangs an Spannungen über der Toleranz der Soundkarte kann Ihren Computer beschädigen. Musik-Keyboards liefern typischerweise sichere, niedrige Signale, aber andere Quellen (Funktionsgeneratoren, Netzteile) können riskant sein. Nutzen Sie dieses Setup verantwortungsvoll.

1. Verbinden Sie den Mono-Ausgang des Keyboards mit den äußeren Anschlüssen des 10-kΩ-Potentiometers. Löten Sie zwei Drähte an die Enden des Mikrofonsteckers, sodass Sie „Messleitungen“ haben.
2. Verbinden Sie die Messleitungen mit dem Potentiometer: Schleifer mit einem äußeren Anschluss verbinden.
3. Starten Sie Winscope und klicken Sie auf das „Play“-Pfeilsymbol oben links.
4. Drücken Sie eine Taste am Keyboard; eine Wellenform sollte auf dem Bildschirm erscheinen. Für einen sauberen Sinus wählen Sie eine flötenähnliche Klangfarbe (z. B. „Panflöte“).
5. Zeigt das Display ein abgeschnittenes Rechtecksignal, verringern Sie die Signalamplitude, indem Sie das Potentiometer gegen den Uhrzeigersinn drehen.
6. Experimentieren Sie mit verschiedenen Keyboard-Klangfarben und beobachten Sie die resultierenden Wellenformen. Beachten Sie, wie komplexe Klangfarben reichere Obertöne erzeugen.
7. Erkunden Sie die Winscope-Steuerelemente (Zoom, Amplitudenskalierung, Trigger) zur Verfeinerung der Ansicht.

Einschränkungen: Das PC-basierte Oszilloskop kann keine präzisen Spannungsmessungen durchführen und ist auf Audiofrequenzbereiche beschränkt. Der AC-gekoppelte Mikrofoneingang blockiert DC-Signale, sodass die Anzeige einem auf „AC-Kopplung“ eingestellten Oszilloskop entspricht. Dennoch ist es ein hervorragendes Lehrmittel zur Visualisierung von Wellenformen und grundlegenden Signaleigenschaften.

Für höhere Ansprüche stehen professionelle PC-Oszilloskop-Adapter für ca. 400 $ (Stand 2002) zur Verfügung, die weit überlegene Bandbreite, Auflösung und Messfähigkeiten bieten. Radio Shacks Velleman-Modell (Katalog #910-3914) ist eine solche Option. Die Nutzung des PCs als Anzeige bietet den Vorteil, Wellenformbilder digital einfach zu erfassen und zu speichern.