Schaltungen mit dem VGA-Oszilloskop

Die folgenden Schaltungen demonstrieren den Einsatz des Oszilloskops, das auf einigen VGA-Modulen zu finden ist und auch als eigenständiges Modul aufgebaut wurde.

Inhalt

VGA-Oszilloskop

Kennlinienschreiber

EE2007-Oszilloskop als Signalquelle

VGA-Oszilloskop

Dieses „Oszilloskop“ ermöglicht einfache Untersuchungen an Widerständen, Kondensatoren und Verstärkern. Es arbeitet mit einer festen Ablenkfrequenz von 60Hz und kann somit schnelle Vorgänge nicht mehr darstellen. Für Messungen an externen Geräten ist es nicht geeignet. Interne Vorgänge und das generelle Verhalten von Bauteilen lassen sich allerdings gut darstellen. Aufgrund der Verwendung des Sinusgenerator-Moduls und des Oszilloskop-Moduls fällt der Aufbau sehr einfach.

Der Ausgang des Generators ist im Bild direkt mit dem Eingang des Oszilloskops verbunden. Mit dem Potentiometer auf dem Oszilloskop-Modul kann man die Mittenposition des vertikalen Streifens einstellen.

Statt der Drahtbrücke zwischen dem Ausgang des Generators undt dem Eingang des Oszilloskops kann man nun alle Schaltungen des Kapitels 6 aus dem EE3023 nachvollziehen. Die Schaltungen des EE2007 und des 6105 Oszilloskop-Labs arbeiten mit einem Frequenzgenerator mit einer Taktfrequenz von  1 kHz – grundsätzlich lassen sich deren Schaltungen daher ebenfalls nachbauen, allerdings kann dafür ein Redesign der Schaltung in Bezug auf verwendete Kondensatoren erforderlich sein.

Lissajous-Figuren lassen sich auf diese Weise nicht erzeugen – ich habe jedoch ein paar Tests durchgeführt, die zeigen, dass es grundsätzlich doch irgendwie geht.

Kennlinienschreiber

Der Kennlinienschreiber zeichnet die Ausgangsspannung eines Signals in y-Richtung abhängig von der Position in x-Richtung auf. Man kann damit beispielsweise Dioden- oder Transistorkennlinien aufzeichnen. Damit das korrekt funktioniert, benötigt man ein Signal, das über den dargestellten Bereich von oben nach unten linear ansteigt – eine Sägezahnspannung. Gemessen bzw. dargestellt wird dann die Reaktion des Prüflings auf die Sägezahnspannung.

Man benötigt daher einen Sägezahngenerator, der mit dem vertikalen Taktsignal gekoppelt ist. Daher wird der Sägezahngenerator – gebildet aus einem TL081-Operationsverstärker – umgekehrt betrieben; er erzeugt also eine abfallende Sägezahnspannung, die noch im Bildbereich in eine Gerade übergeht. Im Oszillogramm lässt sich das auch gut erkennen; beim Oszilloskop-Modul sieht das ganze jedoch zunächst verwirrend aus.

Wenn man das Oszillogramm spiegelt und dann um 90 Grad dreht, wird die Ähnlichkeit deutlicher:

Die aufsteigende Flanke ist nicht zu sehen, und die absteigende Flanke endet mit einem Rückschwinger nach oben, wo eigentlich eine Gerade sein sollte. Das sind die Grenzen der kleinen Schaltung; man kann hier allerdings sicher noch mehr herausholen.

Es ist damit rein visuell kaum möglich, eine Diodenkennlinie aufzunehmen. Besser sieht es aus bei einer Z-Diode in Sperrrichtung (ZPD5.1). Deren Kennlinie sollte nahe der senkrechten Nulllinie verlaufen bis zur Durchbruchspannung; dann sollte sie plötzlich leiten. Genau das zeigt der Verlauf der Kennlinie:

Der Anstieg ist im oberen Teil des Bildes deutlich zu erkennen, während im unteren Bereich fast eine Gerade zu sehen ist, wie es für eine sperrende Diode zu erwarten ist.

Grundsätzlich besteht also die Möglichkeit, mit dem Schmalspuroszilloskop Kennlinien aufzuzeichnen. Man sollte aber keine Wunder erwarten – und auch keine wirklich brauchbaren Ergebnisse.

EE2007-Oszilloskop als Signalquelle

Testaufbau

Ich besitze seit Jahren keine Bildröhreneinheit mehr. Ich hoffte aber, dass mit dem VGA-Modul und einem kleinen Sprite (Punkt auf dem Bildschirm) sich so etwas wie eine Ersatz-Bildröhre bauen ließe. Dabei stieß ich auf einen Bauvorschlag von Sjaak de Wit, der das IC-Messmodul des Schuco 6107 mit dem EE-2007-Oszilloskop gekoppelt hat, um so empfindlicher und hochohmiger arbeiten zu können, da dort ein FET-Vorverstärker werkelt. Die Bilder zeigen die Umsetzung seines Vorschlags auf EE-Platinen.


Den in Sjaak de Wits vorgeschlagenen Ersatz des BC558 durch einen FET vom Typ BF245 kann ich nicht empfehlen. Das Oszilloskop synchronisiert gefälliger, wenn der Originalvorschlag des EE2007 benutzt wird.

Resultate

Ich habe nun die Ausgänge des EE2007-Oszilloskops an das Sprite-Modul angeschlossen und dessen Signal dem VGA-Modul eingespeist. Meine Resultate zeigten, dass das Sprite-Modul für diese Aufgabe nicht geeignet ist. Es ist natürlich klar, dass die Vertikalfrequenz von 60 Hz nicht ausreicht, um ein 1-KHz-Signal darzustellen. Dennoch hatte ich gehofft, man könne wegen der vielen Bildpunkte davon ausgehen, dass man im Mittel zumindest eine Ahnung vom Kurvenverlauf erhält. Die Bilder zeigen dies – aber leider auch, dass es keinen Spaß macht, damit wirklich zu arbeiten.

Die Belichtungszeit der Fotos betrug jeweils zwei Sekunden – das, was hier zu sehen ist, ist also eine Integration dessen, was man wirklich sieht, nämlich recht wenig. Erst durch die lange Belichtungszeit wird sichtbar, wie die Signale aussehen.

Der verwendete Sprite ist eben kein Punkt, sondern er besteht aus mehreren untereinander angeordneten Teilstrichen – diese verschmieren, wenn man sie mit einer Frequenz moduliert. Bei langen Belichtungszeiten ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass diese Striche an allen Orten des Signals wenigstens einmal zu sehen waren.

Zeitachse vertikal -leider kein Sync

Zeitachse horizontal – Signal erkennbar, aber weit auseinandergezogen

Lissajous-Figur mit 45°

 

Lissajous-Figur mit etwa 90°

 

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6 Antworten auf Schaltungen mit dem VGA-Oszilloskop

  1. Salden sagt:

    Hallo, ich bin begeistert von Ihren Projekten.

    Doch leider fehlt noch der Nachbau der Schuco Kästen. Inbesondere der Schuco Oszilloskopkasten und den Schuco TV LAB Kasten.

    Wenn wird dieser denn bei Ihnen vorgestellt???

    Mit freundlichen Grüßen

  2. JeanLuc7 sagt:

    Wie bereits an anderer Stelle und auch im Text beschrieben – ich fürchte, ich werde mich gar nicht um das alte TV-Lab kümmern. Nicht, dass ich vor dem Röhrenbasteln zurückschrecken würde, aber heute bekommt man aus Fernost Flachbildschirme mit besserer Bildqualität, mehr Funktionen und kleiner Bauweise für einen Bruchteil des Preises, den so ein Nachbau kosten würde. Mein Interesse gilt daher weiterhin der Kombination von Elektronik und Computer oder Mikrocontroller.
    Grüße. JL7

  3. Katha sagt:

    Hallo,

    wie funktioniert denn eine Spiegelung am Oszi? Beim Kennlinienschreiber spiegeln Sie das Sägezahnsignal, geht das einfach mit einer Intervertierung des Channels?

    Grüße!

  4. JeanLuc7 sagt:

    Hallo,
    diese Oszi-Emulation wird einem TV-Signal überlagert, daher ist man auf dessen Eigenarten angewiesen. Bei einem echten Oszilloskop ist die y-Auslenkung gewöhnlich höherfrequent als die x-Auslenkung, damit man mehrere Perioden eines Signals anzeigen kann. Beim TV ist es genau umgekehrt – dort beträgt die x-Auslenkung ein Vielfaches der y-Auslenkung, weshalb wir Zeilen statt Spalten sehen. Wenn man auf einem TV ein Oszi-Signal anzeigen will, muss man daher die Ablenkung auf den y- und das Signal auf den x-Kanal legen, damit man ein stehendes Bild erhält. Zudem ist die Ablenkfrequenz starr an die Bildwiederholfrequenz gekoppelt. Hier beträgt sie wahlweise das Vier- oder Achtfache von 50 Hz, damit das Bild nicht durchläuft.

    Daher ergibt sich beim Kennlinienschreiber auch zwangsweise eine Spiegelung des Signals gegenüber üblichen Darstellungen. Wenn man das an einem echten Oszilloskop nachvollziehen möchte, genügt eine Vertauschung der Kanäle. Diese sollten in y- und y-Richtung im wesentlichen identisch aufgebaut sein, so dass das Signal dann einfach gespiegelt erscheint.

    Grüße, JL7

  5. Bodo sagt:

    Hallo !

    Ich habe das Glück noch eine EE2007-BRE zu haben. Irgendwann einmal habe ich allerdings das Gehäuse entfernt um es anderweitig einbauen zu können (Blödsinn).
    Heute habe ich ein neues (alternatives) Plexiglas-Gehäuse bekommen, in das ich die BRE (Röhre und Platine) einbauen möchte und später dann auch noch die SparkFun-Osci-Clock-Platine, sowie ein kleines Netzteil.
    Meine Frage: Die Poti-Regler auf der BRE-Platine haben einen blauen Aufsatz, die damals aus dem an der Stelle vertieften Gehäuse rausragten. Die Aufsätze sind auf die Poti-Welle aufgesteckt. Wie bekomme ich die wieder ab ohne die Regler-Welle zu zerstören. Scheint das sie mit Kleber fixiert sind.
    Ich möchte in das neue Gehäuse an den entsprechenden Stellen Löcher bohren , die Potis hindurchstecken und die Aufsätze wieder aufstecken.
    Hat jemand ’ne Idee ?

    Gruß
    Bodo

  6. JeanLuc7 sagt:

    Hi Bodo,
    Ich habe die Röhre seinerzeit nie soweit zerlegt. Allerdings scheinen die Potis sowieso zu altern, weswegen Du vielleicht über einen echten Austausch nachdenken solltest – dann erledigt sich das Thema der Regler von selbst.

    Du hast sicher gesehen, dass ich gerade ein ganz ähnliches Projekt begonnen habe: http://www.brennecke.org/?page_id=2795. Bei mir sind die Potis direkt am Plexiglasgehäuse befestigt und dann mit Kabeln mit der Platine verbunden.

    Bezüglich der Sparkfun-ScopeClock konnte ich im Rahmen dieses Projektes leider keine so guten Erfahrungen machen. Es kann aber sein, dass die Original-BRE besser mit den Signalen umgehen kann als meine Implementierung, siehe hier: http://www.brennecke.org/?page_id=2847.

    Viel Erfolg wünscht
    JL7

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