Ein Oszilloskop zeigt nicht das Signal, sondern einen Ausschnitt daraus — und welcher Ausschnitt das ist, entscheidet allein die Einstellung des Geräts. Wer zum ersten Mal davorsitzt, dreht an Knöpfen, bis irgendetwas stehen bleibt, und hat hinterher kein Bild davon, warum es stehen bleibt.
Dieser Simulator trennt die beiden Unbekannten. Er bringt einen eigenen Funktionsgenerator mit, dessen Signal bis auf die letzte Stelle bekannt ist, und zeigt daneben ein Oszilloskop, an dem sich jede Einstellung verstellen lässt. Was auf dem Schirm erscheint, ist dann keine Überraschung mehr, sondern die Folge einer Einstellung, die man selbst vorgenommen hat.
Er kann zweierlei sein: ein DSO, also ein Gerät mit Speicher, Messfunktionen und Vorgeschichte — und ein analoges Oszilloskop mit Leuchtschirm, bei dem der Strahl bei jedem Trigger neu von links nach rechts läuft. Der Kippschalter über den Bedienfeldern schaltet um.
Zum Üben gibt es einen dritten Reiter: Übungen stellt dreiunddreißig geführte Aufgaben in zehn Gruppen bereit, vom ersten brauchbaren Bild über die Triggerarten bis zum Mathekanal und zum Analogbetrieb. Jede Aufgabe baut das Gerät selbst auf, würfelt ihre Werte bei jedem Aufruf neu, prüft die Lösung und bietet auf Wunsch einen Tipp und den vollständigen Lösungsweg. Dieses Handbuch beschreibt das Gerät; die Aufgaben erklären sich selbst.
Der Simulator bildet kein bestimmtes Gerät nach. Die Bezeichnungen folgen dem, was auf Geräten von Rohde & Schwarz, Keysight oder Tektronix steht; die Triggerarten tragen deshalb ihre englischen Namen, denn unter diesen Namen findet man sie am Gerät wieder.
Er läuft im Browser, ohne Installation und ohne Netzzugang. Gespeichert werden nur die Einstellung unter Darstellung, die gewählten Kurvenfarben und der Stand der Übungen; ein Neuladen der Seite stellt sonst den Ausgangszustand wieder her.
Das Oszilloskop
Der Simulator hat drei Seiten, zwischen denen die Reiter am oberen Rand umschalten: Oszilloskop, Funktionsgenerator und Übungen. Oszilloskop und Generator arbeiten die ganze Zeit; der Generator erzeugt sein Signal auch dann weiter, wenn gerade die Oszilloskop-Seite zu sehen ist. Ausgang A liegt fest an Kanal 1, Ausgang B an Kanal 2 — wie zwei Tastköpfe, die man nicht umstecken kann.
Links steht der Schirm, darunter die Leiste Cursor und darunter Messung. Rechts oben liegen der Kippschalter DSO / Analog, die Tasten Run, Single und Autoset sowie das Feld Modus. Darunter folgen in einer Reihe die drei Kästen Kanal 1, Kanal 2 und Horizontal — dreimal dasselbe Bauteil in drei Ausführungen, oben der gerasterte Knopf für den Maßstab, darunter der stetige für die Lage. Darunter stehen Mathe und Trigger nebeneinander, ganz unten lässt sich Darstellung aufklappen. Im Analogbetrieb entfallen Mathe und Messung; der Kasten Analog tritt hinzu.
Die Drehknöpfe
Alle Knöpfe werden gleich bedient: mit gedrückter Maustaste ziehen — nach oben oder nach rechts dreht auf —, am Mausrad drehen, oder nach einem Klick mit den Pfeiltasten gehen. Auf einem Tastschirm wird gewischt statt gezogen.
Gerasterte Knöpfe: Skalierung und Zeitbasis rasten in der Folge 1–2–5 ein, wie am Gerät. Zwischenwerte gibt es nicht.
Stetige Knöpfe: Offset, Pegel, Position, die Triggerparameter und die beiden Cursorknöpfe laufen stufenlos; die Anzeige unter dem Knopf nennt den Wert.
Doppelklick stellt zurück: Offset und Position auf null, den Triggerpegel in die Mitte des Signals, die gerasteten Knöpfe auf ihren Ausgangswert.
Kurzer Druck ohne Ziehen öffnet bei einem gerasteten Knopf die Liste aller Stufen. Von 10 V/div auf 20 mV/div kommt man damit in einem Griff statt in elf.
Der Schirm
Der Schirm zeigt 10 Teilungen waagerecht und 8 senkrecht. Abgelesen wird stets als Zahl der Teilungen mal Koeffizient: eine Spannung als U = n · K mit n Teilungen und dem Ablenkkoeffizienten K in V/div, eine Zeit ebenso mit der Zeitbasis in s/div.
Links oben steht der Betriebszustand, rechts oben die Zeit, die eine ganze Schirmbreite umfasst. Die Zeile unter dem Raster nennt links je Kanal den Ablenkkoeffizienten und die Kopplung sowie die Zeitbasis, rechts die Triggereinstellung in Kurzform.
Die drei Tasten rechts oben steuern, ob das Gerät erfasst, und das Feld Modus daneben, was es tut, wenn es kein Triggerereignis findet.
Run / Stop: Dieselbe Taste hält an und nimmt wieder auf. Im Lauf steht dort Run in Grün; ein Klick friert das gerade stehende Bild ein, und die Taste zeigt Stop in Rot. Ein weiterer Klick lässt die Erfassung weiterlaufen. War der Schirm leer, bleibt er auch im angehaltenen Zustand leer — einfrieren lässt sich nur, was wirklich erfasst wurde.
Single: Das Gerät wartet auf ein einziges Triggerereignis, erfasst es und geht dann auf Stop. Solange es wartet, ist die Taste hervorgehoben. Das ist der Weg zu einem einmaligen Vorgang, der sich nicht wiederholt.
Autoset: Stellt in einem Zug Zeitbasis, Ablenkkoeffizienten, Lage und Triggerpegel so ein, dass ein brauchbares Bild entsteht. Sind beide Kanäle eingeschaltet, bekommt jeder seine eigene Hälfte des Schirms, so dass sich die Kurven nicht überschneiden. Autoset schaltet die Triggerart auf Edge zurück.
Modus Auto: Findet das Gerät kein Triggerereignis, läuft die Zeitablenkung frei weiter. Es ist dann zwar ein Bild zu sehen, aber es wandert sichtbar über den Schirm — genau daran erkennt man einen falsch eingestellten Pegel.
Modus Normal: Ohne Triggerereignis bleibt der Schirm leer. Das ist unbequemer und ehrlicher: es wird nur gezeigt, was auch wirklich getriggert wurde.
Im Analogbetrieb entfallen Run und Single — ein Gerät ohne Speicher kann nichts einfrieren. Die beiden Modi bleiben: Auto lässt die Zeitablenkung ohne Trigger frei laufen, Normal hält den Strahl dunkel.
Der Weg zu einem stehenden Bild
1. Kanal wählen: Im Feld Source der Triggerbox den Kanal einstellen, auf den getriggert werden soll.
2. Pegel setzen: Den Knopf Pegel so drehen, dass die Marke am rechten Rand mitten in der Flanke liegt. Ein Doppelklick auf den Knopf nimmt diese Arbeit ab: er legt den Pegel in die Mitte zwischen den gemessenen Spitzenwerten.
3. Modus prüfen: Auf Normal stellen. Steht das Bild, war der Pegel richtig. Bleibt der Schirm leer, liegt der Pegel außerhalb des Signals.
Jeder Kanal hat seinen eigenen Kasten mit immer demselben Aufbau: der Haken neben dem Namen schaltet ihn ein und aus, darunter folgen Skalierung, Offset, Kopplung und der Haken invertiert.
Skalierung: Der Ablenkkoeffizient in Volt je Teilung, zwölf Stufen von 2 mV/div bis 10 V/div in der Folge 1–2–5. Ausgangswert ist 1 V/div. Je kleiner der Wert, desto größer erscheint das Signal — und desto eher läuft es oben oder unten aus dem Bild.
Offset: Verschiebt die Kurve senkrecht, um bis zu vier Teilungen nach oben oder unten in Schritten von 0,1 Teilungen. Angezeigt wird die Verschiebung als Spannung, also Teilungen mal Ablenkkoeffizient. Daraus folgt eine Eigenheit, die auch das Gerät hat: beim Umschalten der Skalierung bleibt die Nullmarke stehen, aber die angezeigte Offsetspannung ändert sich mit.
Kopplung: DC zeigt das Signal, wie es ist. AC zieht den Gleichanteil ab und lässt nur den Wechselanteil stehen — nützlich für eine kleine Welligkeit auf einer großen Gleichspannung. GND legt den Eingang auf 0 V; die Kurve wird zur waagerechten Linie und zeigt, wo die Nulllinie des Kanals liegt.
invertiert: Kehrt das Signal um. Die Umkehr sitzt im Vertikalverstärker, also vor allem anderen — Trigger, Messungen, Cursor und der Mathekanal sehen das umgekehrte Signal. Zusammen mit ADD im Analogbetrieb ergibt sie die Differenz zweier Kanäle;
Farbe: Das farbige Feld neben dem Kanalnamen ist zugleich die Farbwahl. Ein Klick öffnet die Farbauswahl des Browsers; die gewählten Farben gelten für Kurve, Marken und Beschriftung und bleiben über ein Neuladen hinweg erhalten. Zurücksetzen im Feld Darstellung stellt auch die Grundfarben wieder her.
Bei AC rechnet der Simulator den Gleichanteil der Signalform aus und zieht ihn ab. Die Kurve steht deshalb sofort um 0 V — das Einschwingen eines echten Koppelkondensators gibt es hier nicht.
Der Kasten Horizontal steht rechts neben den beiden Kanälen und trägt die beiden Knöpfe, die über die Zeitachse entscheiden.
Zeitbasis: Die Zeit je waagerechter Teilung, einundzwanzig Stufen von 100 ns/div bis 500 ms/div in der Folge 1–2–5. Ausgangswert ist 500 µs/div, die Schirmbreite also 5 ms. Rechts oben auf dem Schirm steht dieser Wert noch einmal als Zeit je Schirmbreite — die Zahl, die man im Kopf braucht, um abzuschätzen, wie viele Perioden ins Bild passen.
Position: Verschiebt den Triggerzeitpunkt waagerecht, um bis zu fünf Teilungen nach links oder rechts. Nach links geschoben zeigt der Schirm mehr von dem, was nach dem Triggerereignis geschah, nach rechts mehr von der Vorgeschichte. Der Nullpunkt der Zeitachse bleibt dabei der Triggerzeitpunkt.
Was nach Stop noch da ist
Beim Anhalten schreibt der Simulator den sichtbaren Bereich und seine Umgebung fort: aufgezeichnet werden drei Schirmbreiten um den Triggerpunkt, mit 6000 Stützstellen. Dreht man danach an Zeitbasis oder Position, bleibt das Bild eingefroren und lässt sich in diesem Vorrat verschieben und dehnen. Geht man über seinen Rand hinaus, endet die Kurve einfach — genau wie an einem Gerät, dessen Aufzeichnungslänge erschöpft ist.
Im Analogbetrieb gibt es diesen Vorrat nicht, und Position bleibt ohne Wirkung auf die Vorgeschichte: der Durchlauf beginnt im Augenblick des Triggers am linken Rand.
Der Trigger entscheidet, welche Stelle des Signals in der Mitte der Zeitachse landet. Ohne ihn liefe das Bild davon. Die Triggerbox trägt alles, was man ständig braucht: die Triggerart neben der Überschrift, darunter den Pegel und die Parameter, die gerade zu dieser Art gehören. Was seltener angefasst wird, steht im aufklappbaren Feld Trigger Setup.
Triggerart
Die Auswahl neben der Überschrift wählt eine von acht Arten. Sie bestimmt, was in der Box darunter überhaupt zu sehen ist: jede Art bringt ihre eigenen Parameter mit, und nur die werden angezeigt. Kapitel 7 geht die Arten der Reihe nach durch. Im Analogbetrieb entfällt die Auswahl — dort gibt es nur Edge.
Pegel
Die Schwelle, die das Signal schneiden muss. Der Knopf läuft genau zwischen dem oberen und dem unteren Schirmrand des Quellkanals; verschiebt man den Kanal mit Offset oder ändert seine Skalierung, wandern die Anschläge mit. Ein Pegel außerhalb des Signals ist damit zwar immer noch einstellbar, aber nie unerreichbar.
Ein Doppelklick auf den Pegelknopf misst die Spitzenwerte des Quellkanals und legt den Pegel in die Mitte dazwischen — der erste Griff, wenn das Bild nicht steht. Dort ist die Flanke am steilsten, und genau deshalb ist die Mitte und nicht die Null der sinnvolle Rückfallwert: ein Signal mit Gleichanteil kreuzt die Null unter Umständen gar nicht.
Parameter der Triggerart
Rechts neben dem Pegel stehen, kleiner und untereinander, die Parameter der gewählten Art — keiner bei Edge, bis zu drei bei Setup & Hold. Es sind dieselben Drehknöpfe wie überall: ziehen, Mausrad, Pfeiltasten, Doppelklick für den Ausgangswert.
Source
Der Kanal, auf den getriggert wird. Er muss nicht derselbe sein, den man gerade betrachtet — bei zwei zusammenhängenden Signalen triggert man auf den Takt und sieht sich die Daten an.
Trigger Setup
Hinter dem Ausklapper stehen die Wahlfelder der gewählten Art — Slope, Condition, Polarity, Range — und darunter zwei Größen, die für jede Triggerart gelten:
Beide stehen als Knopf nebeneinander, beide im Ausgangszustand auf aus beziehungsweise keiner. Die Zusammenfassung in der Kopfzeile des Ausklappers führt sie mit, sobald sie eingestellt sind — damit eine wirksame, aber unsichtbare Einstellung nicht in Vergessenheit gerät.
Woran man ist
Oben links auf dem Schirm steht der Zustand: RUN — getriggert heißt, dass eine passende Stelle gefunden wurde und das Bild stillsteht. RUN — Auto, freier Durchlauf heißt, dass keine gefunden wurde und die Zeitablenkung frei läuft. RUN — warte auf Trigger steht im Modus Normal bei leerem Schirm.
Die Triggerarten
Acht Triggerarten stehen zur Wahl. Edge ist der Grundfall; die übrigen sieben suchen eine bestimmte Unregelmäßigkeit und sind dafür gemacht, den einen falschen Takt unter tausend richtigen herauszugreifen. Die Zahlenwerte stellt man an den Knöpfen neben dem Pegel ein, die Wahlfelder stehen im aufklappbaren Trigger Setup; neben dessen Titel steht die Einstellung in Kurzform, auch wenn das Feld zugeklappt ist.
Vier Arten arbeiten mit zwei Schwellen: Window, Runt und Slope brauchen außer dem Pegel noch Pegel 2; Setup & Hold braucht ein Data Level im jeweils anderen Kanal. Beide erscheinen auf dem Schirm als eigene Linie.
Die acht Arten im Einzelnen
Edge: Die gewählte Flanke schneidet den Pegel. Slope legt fest, ob steigend, fallend oder beides gilt. Alles andere baut darauf auf.
Width: Ein Puls der unter Polarity gewählten Polarität, dessen Breite die Bedingung Longer Than, Shorter Than oder Any erfüllt. Getriggert wird auf die Flanke, die den Puls beendet — vorher weiß das Gerät ja nicht, wie breit er wird. Damit fängt man einen Störimpuls, der kürzer ist als jeder reguläre Takt.
Timeout: Das Signal bleibt länger als die eingestellte Zeit auf einer Seite des Pegels, ohne ihn zu schneiden; Range wählt welche Seite. Getriggert wird in dem Augenblick, in dem die Zeit abläuft, nicht erst bei der nächsten Flanke. Das ist der Trigger für einen ausgefallenen Takt oder eine hängende Busleitung.
Window: Zwei Schwellen spannen ein Band auf. Condition wählt zwischen Enter und Exit — dem Eintritt in das Band und dem Austritt — sowie Stay Inside und Stay Outside, die zusätzlich eine Verweildauer verlangen. Damit prüft man Pegelgrenzen.
Runt: Ein Puls schneidet die untere Schwelle, erreicht die obere aber nicht und fällt wieder zurück — in Logik mit zu schwachem Treiber ein verbreiteter Fund. Mit Edge ist er nicht zu fassen, denn am Pegel sieht er aus wie jeder andere Puls.
Slope: Die Zeit, die das Signal von der unteren zur oberen Schwelle braucht, verglichen mit dem eingestellten Wert. So findet man eine Flanke, die zu flach geworden ist — etwa durch eine Lastkapazität.
Delay: Getriggert wird nur auf eine Flanke, der mindestens die Delay-Zeit ohne weitere Flanke vorausgeht. So fängt man die erste Flanke eines Bursts. Bei einem gleichmäßigen Signal gibt es keine solche Flanke; dann bleibt der Schirm im Modus Normal leer.
Setup & Hold: Source ist der Clock, der andere Kanal die Data-Leitung mit eigener Schwelle. Getriggert wird auf die Verletzung: Data wechselt innerhalb des Fensters von Setup Time vor bis Hold Time nach der Clock-Flanke. Der Triggerpunkt ist die Clock-Flanke.
Beispiel: Runt
Eingestellt ist der Pegel auf 0 V und Pegel 2 auf 800 mV. Die vollen Pulse erreichen 1 V und werden deshalb verworfen; der halbhohe bleibt unter 800 mV und löst aus. Weil der Modus auf Normal steht, ist das stehende Bild der Beweis: hätte der Trigger nichts gefunden, wäre der Schirm leer.
Beispiel: Timeout
Die Takte folgen mit 1 kHz, der untere Pegel dauert also 500 µs. Eine eingestellte Zeit von 1,2 ms überlebt nur die Lücke, in der ein Takt ausfällt. Stellt man 2,5 ms ein, ist auch sie zu kurz, und der Schirm bleibt leer.
Die Leiste unter dem Schirm blendet zwei Cursorpaare ein und zeigt ihre Werte. Der Haken einblenden neben dem Wort Cursor schaltet sie ein.
Die Werte stehen rechts neben dem Titel und bleiben beim Verschieben ständig aktuell. Darunter folgen die beiden Knöpfe Cursor A und Cursor B und rechts davon:
Die Werte stehen sowohl an der Cursorlinie auf dem Schirm als auch in der Leiste. Dort erscheint zum Abstand der X-Cursor nicht nur die Zeit, sondern auch ihr Kehrwert als Frequenz — die schnellste Art, eine Periodendauer in eine Frequenz umzurechnen.
Prozentmarken
Eingeschaltet spannt jedes Cursorpaar 0 % bis 100 % auf; dazwischen erscheinen dünne Marken bei 10 %, 50 % und 90 %. Null Prozent liegt dabei immer unten beziehungsweise links, gleich in welcher Reihenfolge man die beiden Marken gesetzt hat.
Beide Achsen tragen ihre Marken gleichzeitig, und genau darauf kommt es an: für eine Anstiegszeit legt man zuerst die Y-Cursor auf Tal und Spitze der Flanke — damit stehen 0 % und 100 % fest —, schaltet dann auf X um und schiebt die senkrechten Marken auf die Kreuzungen der Kurve mit der 10-%- und der 90-%-Linie. ΔX ist die Anstiegszeit. Die waagerechten Marken bleiben dabei stehen.
So hat man am analogen Gerät gemessen, und so misst man hier im Analogbetrieb, wo es keine Messfunktion gibt. Im DSO nimmt einem die Messgröße Anstiegszeit dieselbe Arbeit ab.
Der Kasten Messung unter der Cursorleiste bietet zwei Plätze. Jeder bekommt einen Kanal und eine Messgröße; die Werte erscheinen unmittelbar an der Kurve, zu der sie gehören. Als Kanal steht neben Kanal 1 und Kanal 2 auch Mathe zur Wahl.
Das Aufklappmenü teilt die Größen in zwei Gruppen. Unter Spannung stehen Vpp, Vmax, Vmin, Mittelwert und Effektivwert, unter Zeit Frequenz, Periodendauer, Anstiegszeit, Abfallzeit, Pulsbreite + und Tastverhältnis +. Anstiegs- und Abfallzeit werden zwischen 10 % und 90 % des Hubs gemessen, Pulsbreite und Tastverhältnis am positiven Puls.
Spannungswerte: stehen am linken Rand auf ihrer eigenen Höhe. Vpp bekommt zusätzlich eine Klammer zwischen dem gemessenen Minimum und Maximum, damit zu sehen ist, worauf sich der Wert bezieht.
Zeitwerte: stehen senkrecht mittig in der Kurve. Zwei hellgraue Marken zeigen Anfang und Ende der gemessenen Strecke, dazwischen läuft ein Maßstrich. Messlinien und Zahlenwerte sind einheitlich hellgrau; die Zuordnung zum Kanal ergibt sich aus der Lage an dessen Kurve.
Gemessen wird nur über den sichtbaren Ausschnitt. Steht der Schirm leer, gibt es auch keine Messwerte. Die Werte werden einmal je Sekunde neu ermittelt, nicht mit der Bildrate — sonst zappelte die letzte Stelle unablässig, besonders bei einem nicht getriggerten Signal.
Im Analogbetrieb entfällt der Kasten. Ein Gerät ohne Speicher hat nichts, woran es rechnen könnte; dort bleiben Raster und Cursor.
Das Raster hat 10 mal 8 Teilungen; die mittlere Waagerechte und die mittlere Senkrechte sind heller gezeichnet und tragen eine feine Unterteilung in Fünftel. An dieser Unterteilung liest man Bruchteile einer Teilung ab, ohne zu schätzen.
Nullmarken: Am linken Rand steht je eingeschaltetem Kanal ein Dreieck mit seiner Nummer auf der Höhe von 0 V. Es wandert mit dem Offset.
Triggerpegel: Am rechten Rand, als ausgefülltes Dreieck, dazu eine fein gestrichelte Waagerechte durch das Bild. Bei den Arten mit zwei Schwellen kommt ein zweites, nur umrissenes Dreieck für Pegel 2 dazu. Die gestrichelten Linien blenden drei Sekunden nach der letzten Änderung aus; die Dreiecke bleiben.
Triggerzeitpunkt: Oben als Dreieck, fortgesetzt durch eine gestrichelte Senkrechte. Er ist der Nullpunkt der Zeitachse und wandert mit Position. Im Analogbetrieb entfällt er — dort beginnt der Durchlauf am linken Rand.
Achsen: Unter dem Raster steht die Zeitachse mit ihrer Beschriftung, am linken Rand innerhalb des Rasters die Spannungsachse. Sie gilt immer für genau einen Kanal — für den, an dem zuletzt gedreht wurde; im Analogbetrieb entfällt sie.
Übersteuerung: Läuft ein Kanal oben oder unten aus dem Bild, erscheint vor seinem Messwert ein Ausrufezeichen und die Fußzeile kennzeichnet ihn. Ein abgeschnittenes Signal liefert falsche Messwerte, und zwar ohne dass man es der Zahl ansieht.
Darstellung
Über eine HDMI-Verbindung oder in einer Videoaufnahme geht der Kontrast eines dunklen Schirms leicht verloren. Strichstärke verdickt Kurven und Marken, Raster verstärken hebt das Raster an. Zurücksetzen stellt beides auf null und holt auch die Grundfarben der Kanäle zurück.
Der Kasten Mathe bildet einen dritten Kanal, der nicht aus einer Buchse kommt, sondern aus einer Formel. Der Haken neben dem Namen schaltet ihn ein; er erscheint dann als dritte Kurve mit eigener Farbe, eigener Skalierung und eigener Lage.
Die Formel
In das Feld hinter dem Gleichheitszeichen schreibt man den Ausdruck. Zur Verfügung stehen:
Die Formel wird bei jeder Eingabe neu zerlegt. Ist sie unvollständig oder falsch, steht die Fundstelle unter dem Feld — nicht erst beim Zeichnen, sondern beim Tippen.
Einheit: Das Feld daneben beschriftet nur; gerechnet wird mit den Zahlenwerten. Das Produkt zweier Spannungen ist eben keine Spannung mehr — liegt an Kanal 2 ein Strom als Spannungsabfall über einem Shunt, dann ist CH1*CH2 die Momentanleistung, und die Einheit heißt W.
Skalierung und Lage
Beide Knöpfe arbeiten wie die eines Eingangs, nur läuft die Stufenfolge des Mathekanals über wesentlich mehr Zehnerpotenzen — von 1 n bis 5 G je Teilung. Eine Ableitung oder ein Integral liefert eben ganz andere Zahlen als eine Spannung. Bei so vielen Stufen lohnt sich der kurze Druck auf den Knopf, der die ganze Liste öffnet.
An das Ergebnis anpassen nimmt die Arbeit ab: die Taste sucht Spitze und Tal des gerechneten Verlaufs und stellt Stufe und Lage so ein, dass er etwa sechs Teilungen hoch und mittig steht.
Was der Mathekanal sieht
Er rechnet mit dem, was die Eingangsstufen liefern — also nach Kopplung, Umkehr und Begrenzung. Ist ein Eingang übersteuert, rechnet der Mathekanal mit dem abgeschnittenen Signal weiter, und das Ergebnis ist falsch. Eine eigene Begrenzung hat er nicht; er läuft höchstens aus dem Bild.
Gerechnet wird einmal je Bild über den sichtbaren Ausschnitt. Cursor und Messfunktion können den Mathekanal als Bezug wählen; im Analogbetrieb gibt es ihn nicht.
Der Kippschalter über den Bedienfeldern macht aus dem DSO ein analoges Oszilloskop. Das ist kein Anzeigeeffekt: Der Strahl beginnt bei jedem Triggerereignis links und läuft nach rechts, der Leuchtstoff hält das Bild eine Weile fest, und was dazwischen geschieht, ist verloren. Alles, was Speicher voraussetzt, verschwindet dabei — Single, die Messfunktion, der Mathekanal, die Vorgeschichte und sieben der acht Triggerarten.
Leuchtschirm
Intensität regelt, wie viel Licht ein Durchlauf schreibt. Die Helligkeit einer Stelle hängt außerdem davon ab, wie schnell der Strahl dort war: eine steile Flanke wird dunkler als ein waagerechtes Dach, und ein selten wiederholter Vorgang dunkler als ein häufiger. Genau das ist die Eigenheit, die ein analoges Gerät von einem digitalen unterscheidet.
Nachleuchten ist die Zeit, in der der Leuchtstoff abklingt, von 2 ms bis 2 s. Zu sehen ist die Wirkung nur dort, wo aufeinander folgende Durchläufe verschieden sind — bei einem stehenden Bild schreibt jeder Durchlauf dasselbe.
Vertikalbetrieb
Ein Strahl, zwei Kanäle: das Gerät muss ihn teilen. Dafür gibt es drei Verfahren.
Die Faustregel lautet also: CHOP bei langsamer, ALT bei schneller Zeitbasis. Die Grenze liegt an echten Geräten um 0,5 bis 1 ms je Teilung.
Bei ADD müssen beide Kanäle auf derselben Stufe stehen, sonst addiert das Gerät Ablenkungen und nicht Spannungen, und jede Ablesung daran ist falsch. Der Hinweis unter der Cursorleiste sagt es, wenn die Stufen auseinanderlaufen.
Trigger ohne Vorgeschichte
Der Durchlauf beginnt im Augenblick des Triggers. Der linke Schirmrand ist die Zeit null; was davor geschah, hat das Gerät nicht gespeichert und kann es nicht nachreichen. Genau diese Lücke schließt das DSO, das ständig mitschreibt und beim Trigger anhält.
Als Triggerart bleibt nur Edge mit steigender oder fallender Flanke. Hold-Off wirkt wie am Gerät und ist hier das Mittel gegen ein unruhiges Burst-Bild: er hält die Ablenkung so lange taub, bis der Anfang des Musters wieder an der Reihe ist. Der Triggerpegel wird links am Rand durch ein liegendes T angezeigt, solange man ihn verstellt.
Die Cursor bleiben verfügbar — auch das entspricht dem Gerät: spätere analoge Oszilloskope hatten ein digitales Overlay, das Marken einblendete und ihren Abstand ausrechnete. Es kannte die Kurve nicht, sondern nur die Stellung seiner eigenen Marken und die Ablenkkoeffizienten. Deshalb fehlt im Analogbetrieb das Tracking, und deshalb sind die Prozentmarken dort der Weg zur Anstiegszeit.
Der Funktionsgenerator
Die zweite Seite trägt oben eine Vorschau beider Ausgänge und darunter je einen Kasten für AusgangA und AusgangB. AusgangA liegt an Kanal1 des Oszilloskops, AusgangB an Kanal2.
Die Vorschau zeigt beide Ausgänge auf einer gemeinsamen Zeitachse — unabhängig von den Einstellungen des Oszilloskops. Ihre beiden Maßstäbe, Zeit und Spannung, stehen fest und werden von Hand gewählt. Das ist Absicht: so verändert eine Einstellung immer nur den Ausgang, den man gerade bedient, und nie die Darstellung des anderen. Die Taste An Ausgang A anpassen springt auf drei Perioden — bei PRBS auf 24Bit — und eine volle Amplitude von AusgangA.
Die 0-V-Linie liegt fest in der Mitte. Ein Ausgang, der mit seinem Offset ganz aus dem Bild läuft, wird in der Legende gekennzeichnet, statt stillschweigend zu verschwinden.
Jeder Ausgang hat vier Einstellungen, die immer da sind, und weitere, die von der Signalform abhängen und nur dann erscheinen.
Frequenz: Stufenlos von 1Hz bis 20MHz. Der Schieber geht fein, das Feld daneben nimmt jeden Wert an — auch 1,003kHz oder, kurz geschrieben, 1M. Bei PRBS heißt das Feld Bitrate, denn dort ist es die Dauer eines Bits.
Amplitude: Von 10mVpp bis 20Vpp, als Spitze-Tal-Wert angegeben, wie am Funktionsgenerator üblich.
Offset: Der Gleichanteil, ±5V. Er verschiebt das Signal selbst — nicht zu verwechseln mit dem Offset am Kanal des Oszilloskops, der nur die Darstellung verschiebt.
Phase: 0° bis 360°. Sie verschiebt den Ausgang gegen die gemeinsame Zeitachse; damit stellt man zwei Signale gegeneinander ein.
Rauschanteil: Mischt bis zu 20% Rauschen zu, bezogen auf die Amplitude. Damit lässt sich vorführen, warum ein Trigger bei verrauschtem Signal zittert.
Die Pulsbreite wird als absolute Zeit gespeichert, nicht als Anteil der Periode. Ändert man die Frequenz, bleibt die Breite stehen und nur ihr Anteil wandert — so wie an einem Pulsgenerator. Sie bleibt dabei zwischen 0,5% und 95% der Periode; engere Verhältnisse ergeben Strukturen, die weder Trigger noch Darstellung sinnvoll auflösen könnten.
Unter dem Trennstrich im Menü Signalform steht eine zweite Gruppe: sechs Signale, die eine bestimmte Unregelmäßigkeit mitbringen. Sie sind dafür gemacht, die Triggerarten aus Kapitel7 an einem Signal zu üben, bei dem man weiß, was drin steckt.
Bis auf den Burst tragen alle ihre Besonderheit in jeder N-ten Periode; N ist einstellbar von 2 bis 20. Ein zweiter Regler bestimmt, wie stark die Abweichung ausfällt — seine Bedeutung und seine Beschriftung hängen vom Signal ab.
Beim Burst bedeutet der erste Regler nicht ein N, sondern die Zahl der Takte je Gruppe; der zweite stellt den Anteil der Pause ein. Beim Glitch und beim Flankenfehler nennt der zweite Regler eine Zeit, beim Runt und bei der Pegelverletzung eine Höhe in Prozent der Amplitude.
AusgangB lässt sich an AusgangA koppeln. Dann folgt seine Frequenz der von A in einem einstellbaren Verhältnis, und sein Frequenzfeld wird gesperrt.
Das Verhältnis läuft stufenlos von 0,1 bis 10 und lässt sich auch als Text eingeben. Sechs Schnelltasten stehen bereit: 1:1, 2:1, 3:1, 5:2, 1:2 und 1:3.
Unter dem Regler steht ein Hinweis, der mehr ist als Beiwerk: nur wenn fB ein ganzes Vielfaches von fA ist, trifft jeder Trigger auf Ausgang A auch denselben Punkt von AusgangB. Sonst steht Kanal 2 nicht still, sondern springt zwischen mehreren Lagen oder wandert durch. Das ist kein Mangel des Simulators, sondern genau das Verhalten, das man am Gerät sieht — und der Grund, warum man bei zwei Signalen auf das langsamere triggert.
Der Simulator rechnet die Kurve aus der Signalfunktion aus, Punkt für Punkt, so fein wie der Schirm es zeigen kann. Er bildet damit die Bedienlogik eines Oszilloskops ab, nicht seine Elektronik. Was das im Einzelnen heißt:
Keine Abtastung: Zwischen Signal und Schirm liegt kein Analog-Digital-Umsetzer. Aliasing durch eine zu niedrige Abtastrate gibt es hier deshalb nicht — dafür ist der Sampling-Simulator da. Der Trigger arbeitet aus demselben Grund auch auf sehr schmalen Strukturen zuverlässig, während ein echtes Gerät sie verfehlen kann.
Keine Eingangsstufe: Kein Eigenrauschen, keine Bandbegrenzung, keine Anstiegszeit des Oszilloskops, keine Eingangsimpedanz und kein Tastkopfteiler. Eine Rechteckflanke ist hier wirklich senkrecht.
AC-Kopplung ohne Einschwingen: Der Gleichanteil wird rechnerisch abgezogen. Das Absacken und langsame Zurücklaufen nach dem Umschalten, das ein echter Koppelkondensator zeigt, fehlt.
Begrenzter Datensatz: Nach Stop stehen drei Schirmbreiten um den Triggerpunkt zur Verfügung. Darüber hinaus endet die Kurve. Eine Segmentierung oder einen History-Speicher gibt es nicht.
Autoset vereinfacht: Er sucht Spitzenwerte und eine Periodendauer und leitet daraus Zeitbasis, Ablenkkoeffizienten und Pegel ab. Die Suchstrategien echter Geräte sind erheblich aufwendiger.
Ein Durchlauf je Bild: Im Analogbetrieb zeichnet der Simulator je dargestelltem Bild einen Durchlauf, nicht so viele, wie in der Zeit wirklich hineinpassen. Der Durchlauf beginnt dabei am ersten Triggerereignis nach Rücklauf und Hold-Off, die Phase stimmt also; nur die Zahl der Durchläufe je Sekunde ist eine andere. Sichtbar wird der Unterschied bei der Helligkeit sehr schneller Vorgänge.
Der Chopper ist ideal: Er läuft mit genau 500 kHz, ohne Toleranz und ohne Gang. Steht der Generator auf einem Vielfachen davon, rasten Signal und Chopper dauerhaft ineinander ein, und das zerlegte Bild steht still — an einem echten Gerät kriecht es, weil der Chopper ein frei laufender Multivibrator ist. Dass CHOP bei hohen Frequenzen unbrauchbar wird, ist dagegen keine Eigenheit des Modells, sondern der Grund, weshalb es ALT gibt.
