Analoges vs. digitales Oszilloskop:Was ist der Unterschied?

Oszilloskope sind wichtige Prüfwerkzeuge in der Elektroniktechnik. Besonders wenn wir einen Abschnitt einer sich wiederholenden Wellenform oder eines Hochfrequenzsignals messen. Es gibt jedoch eine Frage unter Anfängern; analoges vs. digitales Oszilloskop – was ist besser? In den meisten Fällen werden Sie feststellen, dass digitale Oszilloskope mehr kosten als ihre analogen Gegenstücke.

Aber wieso? In diesem Leitfaden werden wir diese Frage und mehr beantworten. Wir werden auch behandeln, wie jeder Bereich funktioniert und wie man ihn identifiziert. Am Ende dieses Leitfadens sollten Sie zwischen den beiden unterscheiden und wissen, welches für Ihr Projekt am besten geeignet ist.

Was ist ein Oszilloskop?

Eine Hand, die ein Oszilloskop justiert

Das Oszilloskop hat viele Namen. Sie können es als Oszillograph, Oszilloskop, CRO (Kathodenstrahloszilloskop), DSO (Digitalspeicheroszilloskop) oder einfach als Oszilloskop bezeichnen. Es ist ein Gerät, das mit einer Sonde die variierende Signalspannung zwischen zwei Punkten eines elektronischen Geräts oder einer elektrischen Schaltung misst.

Bei der Spannungsmessung nimmt ein Multimeter eine Schaltungsmessung von einem einzigen Zeitpunkt vor. Auf der anderen Seite können Sie mit Oszilloskopen die Spannung einer Schaltung über die Zeit messen. Im Wesentlichen werden viele tausend Messwerte benötigt und auf Ihrem Bildschirm dargestellt. Auf diese Weise können Sie leicht Spannungsspitzen oder -abfälle von transienten Ereignissen vergleichen.

Es gibt zwei Haupttypen von Oszilloskopen; analoge Oszilloskope (oder analoge Oszilloskope) und digitale Oszilloskope. Sie funktionieren praktisch gleich, aber wie Sie sehen werden, verfügen digitale Oszilloskope über zusätzliche Funktionen, die ihre analogen Gegenstücke nicht haben.

Analoge Oszilloskope

Analoges Oszilloskop

Als Hersteller analoge Oszilloskope einführten, verwendeten sie eine CRT mit horizontalen Ablenkplatten, um Wellenformen anzuzeigen.

Spannungen an den horizontalen Platten der Röhre veränderten die Position des Stroms. Als der Elektronenstrahl auf die Phosphorbeschichtung des Bildschirms traf, leuchtete der Landebereich. Folglich zeigte dies einen Lichtfleck, der schließlich zu einer wahrnehmbaren Wellenlänge werden würde.

Es gab Dual-Beam-Oszilloskope, mit denen man zwei verschiedene Signale vergleichen konnte. Sie würden gleichzeitig zwei Elektronenstrahlen emittieren und auf einem einzigen Flachbildschirm anzeigen.

Einfache analoge Oszilloskope waren nicht mit einer Speicherfunktion ausgestattet. Sie können jedoch ein analoges Speicheroszilloskop erwerben, um ein Eingangswellenlängenbild zu speichern. Trotzdem waren diese analogen Speichergeräte teuer und nach modernen Maßstäben recht rudimentär.

Ursprünglich waren analoge Oszilloskope im Allgemeinen groß und unhandlich. Dank digitaler Technologie wurden zukünftige Zielfernrohre jedoch kompakt genug für Außendienstanwendungen.

Digitale Oszilloskope

Digitale Oszilloskope der Serie Rigol DS2000

Festkörperbildschirme lösten die großen und schwerfälligen CRTs ab. Dementsprechend wurden die Zielfernrohre viel kleiner und nicht annähernd so tief. Darüber hinaus bot dies ihnen auch mehr Anzeigefunktionen. Heutzutage sind digitale Oszilloskope die gängigsten Arten von Oszilloskopen.

Darüber hinaus ermöglichte das Aufkommen digitaler Oszilloskope zusätzliche Funktionen wie Standardspeicherung, verbesserte Anzeigemanipulation, bessere Triggerung usw.

Arten von digitalen Oszilloskopen

Als Hersteller und Unternehmen die ersten digitalen Oszilloskope auf den Markt brachten, führten sie sie unter Digital-Phosphor-Oszilloskop ein (DPO) und digitales Speicheroszilloskop (DSO). Dies liegt daran, dass die ersten paar digitalen Oszilloskope Phosphorschirme verwendeten. Ein modernes digitales Oszilloskop verwendet einen LED- oder LCD-Bildschirm.

In der Vergangenheit beschränkten Bildschirmgröße und Auflösung analoge Oszilloskope. Umgekehrt haben moderne digitale Oszilloskope dieses Problem nicht.

Mixed-Signal- und Mixed-Domain-Oszilloskope (MSO und MDO)

Agilent 54622D MSO Teardown

Quelle:Flickr

Die neuen Möglichkeiten, die digitale Oszilloskope bieten, gingen weit über das hinaus, was sich viele in den analogen Tagen vorstellen konnten. Sie enthielten Fähigkeiten wie Logikanalysekanäle, die über die normalerweise verfügbaren zwei oder mehr analogen Oszilloskopkanäle hinausgehen. Beispielsweise werden Mixed-Signal-Oszilloskope (MSO) verfügbar. Andere Funktionen wie ein Funktionsgenerator-Ausgang und ein digitales Multimeter waren auch möglich.

Fast alle modernen Oszilloskope haben Standard-MSO-Modelle. Alternativ können sie optional mehrere digitale Kanäle anbieten. Darüber hinaus verfügen viele digitale Oszilloskope über eine Signalverarbeitung, um Messungen im Frequenzbereich durchzuführen d.h. Spektrumanalyse . Dies ermöglicht das Testen von Schaltungen, die möglicherweise eine Mischung aus Spektrumanalyse und den normalen Oszilloskopmessungen erfordern.

Ein echtes Mixed-Domain-Oszilloskop verfügt über einen dedizierten HF-Anschluss, den Sie nur für Messungen im Frequenzbereich verwenden können. Interessanterweise verfügt es normalerweise über eine leistungsfähigere Spektrumanalysefähigkeit.

Oszilloskope mit digitaler Abtastung

Digitales Sampling-Oszilloskop

Quelle:Wikimedia Commons

Eine andere Form eines Oszilloskops ist das Digital Sampling Scope . Es ist eine sehr spezialisierte Form des Bereichs, die Menschen für eine begrenzte Anzahl von Nischenanwendungen verwenden. Beispielsweise kann es Aspekte wie Jitter bei Signalen bis weit in den 10-Gigahertz-Bereich hinein betrachten. Daher verwenden wir diese Oszilloskope nicht für durchschnittliche Oszilloskopanwendungen.

Infolgedessen haben sie einen begrenzten Anwendungsfall. Scopes gibt es auch in einer Vielzahl von Formaten. Sie können in Standard-Tischkoffern für den Einsatz in einem Labor geliefert werden. Im Gegensatz dazu sind andere eher für Außendienstanwendungen geeignet.

Analog vs. Digital-Oszilloskop– USB- und PC-basierte Oszilloskope

Ein PicoScope 6000, das mit einem Laptop verbunden ist

Quelle:Wikimedia

Ein PC-basiertes Oszilloskop kann entweder als eigenständiges Oszilloskop oder als externes Oszilloskop geliefert werden. Externe PC-basierte Oszilloskope benötigen eine Verbindung zu Ihrem PC, um zu funktionieren. Darüber hinaus können sie das Display, die Stromversorgung und den Prozessor des Computers verwenden. Oft können Sie sie über eine USB-Schnittstelle verbinden.

Einige externe Oszilloskope können jedoch Computerbussysteme wie das PXI-System verwenden. Natürlich müssen Sie die Oszilloskop-Software und -Treiber auf Ihrem Computer installieren, damit die Schnittstelle korrekt funktioniert.

Interne PC-basierte Standalone-Oszilloskope hingegen werden mit internen Computerteilen geliefert. Sie verfügen über interne Mikroprozessoren, die ihnen zusätzliche Funktionen wie Instrumentensteuerung verleihen , automatische Messung, und Anzeigeverwaltung . Außerdem ermöglichen sie eine komplexere Verarbeitung digitalisierter Signale. Dies übertrifft die Fähigkeiten analoger Versionen mit Direktsicht-Speicher-CRTs.

Es gibt eine enorme Vielfalt an verschiedenen Arten und Modellen von Oszilloskopen. Wenn Sie ihre Eigenschaften kennen und sich ihre Datenblätter ansehen, können Sie sich ihre Leistung, ihren Formfaktor und ihre Gesamtfähigkeiten ansehen.

Analoges vs. digitales Oszilloskop– Hauptunterschiede zwischen analogen und digitalen Oszilloskopen

Unterschiede im Betrieb

Elektronische Werkbank mit einem Oszilloskop

Es gibt ein großes Missverständnis in der unerfahrenen Elektronik-Community. Viele Leute gehen davon aus, dass nur analoge Oszilloskope CRT-Displays verwenden. Das ist falsch. Digitale Oszilloskope wie das digitale Speicheroszilloskop Tektronix 2230 verwenden eine CRT-Anzeige.

Wenn Sie ein altes analoges Oszilloskop wie das Tektronix 2213 mit dem Tektronix 2230 DSO vergleichen, werden Sie feststellen, dass letzteres mehr Bedienelemente hat. Somit ist die Funktionsweise eines digitalen Speicherbereichs von Natur aus komplexer.

Ein digitales Oszilloskop kann alles, was ein analoges Oszilloskop kann. Wenn Sie jedoch beginnen, auf einem analogen Oszilloskop herauszuzoomen, insbesondere wenn es sich um eine niedrigere Frequenz handelt, beginnt das Ausgabebild zu flackern. Dies liegt daran, wie der CRT-Bildschirm Wellenformen anzeigt.

Das digitale Speicheroszilloskop behebt dies, indem es Ihnen ein stabileres Bild liefert. Anstatt also die variierende Spannung anzuzeigen, tastet das DSO die Wellenformen an verschiedenen Punkten ab, speichert sie und zeigt sie an. Dadurch wird die Anzeige stabiler und Sie können die gesamte Wellenform besser sehen.

Das digitale Oszilloskop erreicht dies durch seinen Analog-Digital-Wandler (ADC). Es nimmt die gemessenen Spannungen als analoge Signale und übersetzt sie in digitale Signale.

Das analoge Oszilloskop ist nicht in der Lage, die gleiche Persistenz wie ein digitales Oszilloskop zu haben. Darüber hinaus können Sie die effektive Persistenz eines digitalen Oszilloskops einstellen, sodass es mehr Rauschen aufnehmen kann. Die Anzeigekalibrierung ermöglicht Ihnen eine genauere Messung und eine bessere Grafikqualität. Darüber hinaus macht die Verwendung von LCD-Technologie digitale Systeme leichter und tragbarer.

Unterschiede in den Spezifikationen

Oszilloskop-Vektorbild

Quelle:Commons Wikimedia

Eine andere Möglichkeit, einige der Unterschiede zwischen Oszilloskopen zu verstehen, besteht darin, ihre Spezifikationen zu beachten. In diesem Abschnitt behandeln wir diese Spezifikationen:

Analog vs. Digital-Oszilloskop– Bandbreite (BW):

Dies ist die Standardspezifikation für ein Oszilloskop. Es beschreibt, wie hoch eine Frequenz das Front-End des Oszilloskops verarbeiten kann und wie schnell eine Anstiegszeit erfasst werden kann.

Somit sind die Frequenz des Signals und die Anstiegszeit dieses Signals inhärent miteinander verbunden. Um die schnellste Anstiegszeit zu berechnen, die Ihr Oszilloskop sehen kann, dividieren Sie 0,35 durch die angegebene Bandbreite des Oszilloskops. Die Formel sieht also so aus:schnellste erfassbare Zeit =0,35 / Bandbreite.

Sowohl analoge als auch digitale Oszilloskope haben Bandbreitenspezifikationen. Moderne digitale Oszilloskope übertreffen jedoch die Bandbreitenkapazitäten älterer Oszilloskope bei weitem.

Abtastung/Abtastrate:

Diese Spezifikation gilt nur für digitale Oszilloskope. Sie sagt Ihnen, an wie vielen Punkten pro Sekunde Ihr Oszilloskop Daten erfasst. Im Wesentlichen wird das Eingangssignal durch das analoge Frontend geleitet (woher die Bandbreite kommt), und dann tastet der Digitalisierer die analoge Wellenform ab.

Obwohl die Abtastrate mit der Bandbreite zusammenhängt, hat sie keinen Einfluss darauf. Es übernimmt lediglich Daten vom analogen Frontend. Dennoch beschreibt die Bandbreite den analogen Anteil des Oszilloskops, während die Abtastrate den digitalen Anteil beschreibt. Daraus können wir verstehen, warum die Abtastrate eine Spezifikation ist, die ausschließlich digitalen Oszilloskopen vorbehalten ist.

Speichertiefe/-größe:

Abtastrate und Speichertiefe sind Attribute, die bei einem Oszilloskop eng miteinander zusammenhängen. Die Speichertiefe beschreibt, wie viele Signaldaten das Oszilloskop erfassen kann. Je höher die Abtastrate, desto kürzer die erfasste Welle. Daher nehmen Wellenformen mit schnelleren Abtastraten mehr Speicherplatz in Anspruch. Je mehr Speicher Sie verwenden können, desto mehr Zeit können Sie speichern.

Die Speichertiefe ist die drittwichtigste Eigenschaft eines digitalen Oszilloskops. Auch hier handelt es sich um eine Spezifikation, die nur für digitale Speicheroszilloskope gilt. Analoge Oszilloskope erfassen oder zeichnen keine Wellenformen auf. Als solche haben sie keine Speichertiefeneigenschaften.

Analoges vs. digitales Oszilloskop – Auflösung (ADC-Bits):

  Moderne Oszilloskope verfügen über 8, 10 und 12 ADC-Bits. Der Analog-Digital-Wandler nimmt ein analoges Signal, wandelt es um und quantisiert es in digitale Informationen. Somit ist ein 8-Bit-ADC zu 256 Quantisierungsstufen fähig (2^8 =256). Dies ist die vertikale Auflösung des ADC.

Je höher die Auflösung, desto klarer die Wellenformdarstellung. Außerdem bestimmen die ADC-Bits den Eingangsbereich . Zum Beispiel sind Oszilloskope mit höheren Auflösungen besser geeignet, um winzige Signale zu analysieren. Dies ist eine weitere einzigartige Spezifikation, die analoge Oszilloskope nicht haben.

Analog vs. Digital-Oszilloskop– Auslöser:

• Jedes digitale Oszilloskop wird mit einem Knopf geliefert, mit dem Sie den Triggerpegel am Oszilloskop ändern können. Der Trigger teilt dem Oszilloskop im Wesentlichen mit, wann ein Schnappschuss der Wellenform gemacht werden soll.

Ihr Standard-DSO verfügt über viele verschiedene Triggermodi, die angeben, wie es reagieren soll, wenn es auf ein Triggerereignis stößt. Beispielsweise weist der Flankentriggermodus das Oszilloskop an, einen Schnappschuss aufzunehmen, wenn das Signal die Kante des angezeigten Gitters berührt. Dies gibt Ihnen eine vielseitige Möglichkeit, die Wellenform zu messen.

Da analoge Oszilloskope keine Daten erfassen und speichern, sind Trigger meist einzigartig für digitale Speicheroszilloskope.

Analoges vs. digitales Oszilloskop – Vorteile analoger Oszilloskope

Die Verwendung digitaler Oszilloskope bietet viele Vorteile gegenüber analogen. Aber was sind die Vorteile der Verwendung alter analoger Oszilloskope?

Einfacher zu verwenden: 

Digitale Oszilloskope sind in der Regel aufwändigere Oszilloskope. Umgekehrt sind analoge Oszilloskope möglicherweise einfacher zu verwenden, da sie nur über minimale Bedienelemente und weniger verwirrende Anzeigen verfügen. Somit können Sie damit die Grundlagen der Spannungsprüfung erlernen. Weniger Funktionen bedeuten oft mehr Einfachheit. Sie müssen nicht so viel Zeit mit der Konfiguration analoger Oszilloskope verbringen.

Weniger teuer:

Analoge Oszilloskope sind günstiger als digitale Oszilloskope. Dies liegt daran, dass sie älter sind und weniger Funktionen haben, und da Sie viele gebrauchte Zielfernrohre dieses Typs finden können, sind sie billiger.

Besser für analoge Messwerte:

Analoge Messwerte erscheinen auf analogen CRT-Bildschirmen oft besser. Sie sind klarer und wirken in manchen Fällen möglicherweise weniger verrauscht.

Verfügbarkeit:

Auch hier gibt es, weil sie älter sind, viele alte gebrauchte Modelle, die Sie kaufen können. Außerdem sind sie weniger gefragt. Daher sind die meisten seriösen Elektronik- und Ausrüstungsgeschäfte in der Regel voll mit Lagerbeständen.

Die Verwendung digitaler Oszilloskope bietet viele Vorteile gegenüber analogen. Aber was sind die Vorteile der Verwendung alter analoger Oszilloskope?

• Einfacher zu verwenden: Digitale Oszilloskope sind in der Regel aufwändigere Oszilloskope. Umgekehrt sind analoge Oszilloskope möglicherweise einfacher zu verwenden, da sie nur über minimale Bedienelemente und weniger verwirrende Anzeigen verfügen. Somit können Sie damit die Grundlagen der Spannungsprüfung erlernen. Weniger Funktionen bedeuten oft mehr Einfachheit. Sie müssen nicht so viel Zeit mit der Konfiguration analoger Oszilloskope verbringen.
• Weniger teuer: Analoge Oszilloskope sind günstiger als digitale Oszilloskope. Dies liegt daran, dass sie älter sind und weniger Funktionen haben, und da Sie viele gebrauchte Zielfernrohre dieses Typs finden können, sind sie billiger.
• Besser für analoge Messwerte: Analoge Messwerte erscheinen auf analogen CRT-Bildschirmen oft besser. Sie sind klarer und können in manchen Fällen weniger verrauscht erscheinen.

Verfügbarkeit: Auch hier gibt es, weil sie älter sind, viele alte gebrauchte Modelle, die Sie kaufen können. Außerdem sind sie weniger gefragt. Daher sind die meisten seriösen Elektronik- und Ausrüstungsgeschäfte in der Regel voll mit Lagerbeständen.

Schlussfolgerung

Für die einfachsten Tests in der Elektrotechnik eignen sich analoge Oszilloskope genauso gut wie digitale Oszilloskope. Wenn Sie Anfänger oder Bastler sind, profitieren Sie möglicherweise mehr vom Kauf eines analogen Zielfernrohrs anstelle eines digitalen Zielfernrohrs. Beim Kauf eines Oszilloskops müssen Sie sich jedoch über Ihre Ziele im Klaren sein und ob die Funktionen des Oszilloskops mit diesen übereinstimmen.

Sie müssen beispielsweise das Design des Oszilloskops, die digitale oder analoge Bandbreite, die Anstiegszeit, die Abtastrate, die Kanaldichte, die Aufzeichnungslänge, die Signalerfassungsrate, die Konnektivität und die Erweiterbarkeit analysieren. Bei digitalen Oszilloskopen müssen Sie sich Gedanken über den Speicher pro Kanal und die Speichertiefe machen. Sobald Sie diese einfachen Spezifikationen verstanden haben, können Sie erkennen, welches Oszilloskop für Sie am besten geeignet ist. Wenn jetzt Leute fragen:„analoges vs. digitales Oszilloskop; welches ist besser?" Sie können ihnen eine klare Antwort geben. Trotzdem hoffen wir, dass Sie diesen Leitfaden als hilfreich empfunden haben. Wie immer danke fürs Lesen.