DSO 138 – ein Einsteiger Oszilloskop

Über den Beitrag

Nachdem ich in meinen letzten Beiträgen über Timer (Teil 1 und Teil 2) das DSO 138 Oszilloskop empfohlen hatte, wollte ich ihm nochmal einen eigenen Beitrag widmen. Einige von euch haben vielleicht schon einmal über den Kauf eines Oszilloskops nachgedacht, sind dann aber vor den hohen Kosten zurückgeschreckt. Mit dem DSO 138 gibt es aber ein Modell, das für unter 30 Euro zu haben ist. Aus meiner Sicht ist es ein schönes Einsteigermodell, das die Basisfunktionen eines Oszilloskops beherrscht.

Der Beitrag ist eine Mischung aus Bedienungsanleitung, Produktrezension und Einstieg in die Welt der Oszilloskope. Er wendet sich vor allem an diejenigen, die wenig bis keine Erfahrung mit diesen Geräten haben.

Was ist ein Oszilloskop?

Die Kernaufgabe eines Oszilloskops ist die Darstellung von Signalspannungen über der Zeit (YT-Modus). Um stabile Bilder zu liefern, arbeiten Oszilloskope mit Triggern, aber dazu komme ich später. Teurere Oszilloskope besitzen mehrere Signaleingänge. Die Signale lassen sich dann auch gegeneinander darstellen (XY-Modus) und nicht mehr nur über der Zeit. In der Regel können Mehrkanalmodelle die Signale darüber hinaus mathematisch verarbeiten, also z.B. voneinander abzuziehen. Das DSO 138 hat nur einen Kanal und beherrscht schon deshalb nur die YT-Darstellung.

Wo bekomme ich das DSO 138?

Ihr könnt das DSO 138 in vielen Onlineshops wie ebay, Amazon, AliExpress, Conrad, usw. kaufen, wobei es drei Varianten gibt:

  • als Bausatz, den man zusammenlöten muss
  • fertig zusammengelötet
  • fertig zusammengelötet mit Gehäusebausatz

Der Preis hängt davon ab, welche Variante ihr wählt und wie viel Lieferzeit ihr in Kauf nehmen wollt. Über 30 Euro sollte man aber nicht bezahlen.

Technische Daten des DSO 138

  • Kanäle: 1 Kanal
  • Bandbreite: 0 – 200kHz – vereinfacht ausgedrückt ist das die maximale Frequenz, die man erfassen kann; wer mehr wissen will, dem empfehle ich diesen Artikel
  • Sample Rate (Abtastrate): 1 MSa/s
    • d.h., dass 1 Million mal pro Sekunde abgetastet wird – das ist im Vergleich eher das untere Ende; mein „gutes“ Oszilloskop für knapp 400 Euro schafft 1 GSa/s
  • Maximale Eingangsspannung: 50 V pk (pk = peak, also Spitzenspannung)
  • Eingangsimpedanz: 1 MOhm / 20 pF – das sind übliche Werte
  • Auflösung: 12 Bits
  • Aufnahmelänge: 1024 Punkte
  • Time Base (Zeitbasis) Range: 500 s/Div – 10 µs/Div
    • das ist die Zeit pro Rasterabstand auf dem Display
  • Trigger Modi: Auto, Normal, Single – wird noch erklärt
  • Spannungsversorgung: 9V DC (8-12Volt)
    • ein Netzteil ist nicht im Lieferumfang enthalten
    • funktioniert auch mit einem 9 V Block im Batteriebetrieb!
  • Stromverbrauch: ca. 120 mA
  • Auflösung TFT Display: 320 x 240 Punkte

Bedienelemente

Einfache Tasten / Schieber

Bedienelemente und Display des DSO 138
Bedienelemente und Display des DSO 138
  • Couple Selection: GND (getrennt vom Signal), AC (Wechselstrom / Gleichstromanteile werden herausgefiltert), DC (Gleichstrom)
  • Sensitivity 1: legt zusammen mit Sensitivity 2 fest, wieviel Volt dem Rasterabstand entsprechen; 1 V 0.1 V oder 10 mV
  • Sensitivity 2: Faktor 1, Faktor 2 oder Faktor 5 für den in Sensitivity 1 gewählten Bereich
    • es lassen sich also einstellen: 5 V, 2 V, 1V, 0.5 V, 0.2 V, 0.1 V, 50 mV, 20 mV und 10 mV
  • OK/Hold/Run: stoppt den Bildschirm Refresh; mit nochmaligem Drücken geht es weiter; in Tastenkombinationen ist es die OK Taste
  • +/- : gewählter Parameter größer oder kleiner
  • Parameter Selection geht schrittweise durch
    • Timebase: legt fest, welche Zeit dem Rasterabstand entspricht
    • Triggermode: Auto, Normal, Single (wird noch näher erläutert)
    • Triggerslope: Trigger ist die fallende oder die steigende Flanke
    • Triggerlevel: Spannungslevel des Triggers
    • Horizontal Position: zeitliches Scrollen durch das Signal
    • Vertical Position: verschiebt die Basislinie

Tastenkombinationen

  • Messdaten auf Bildschirm zeigen / deaktivieren (siehe nächstes Bild): Select bis Timebase, dann 2 Sekunden auf OK drücken
  • Messung speichern: Select und „+“ gleichzeitig drücken
  • gespeicherte Messung anzeigen: Select und „-“ gleichzeitig drücken

Zusammenbau des Gehäuses und Inbetriebnahme

Spannungsversorgung

Ein Netzteil bekommt ihr für ca. 10 Euro im Onlineversand. Am besten nehmt ihr ein Modell mit verschiedenen Adaptern auf der 9 V Seite, da ist dann sicherlich der passende dabei. Wie vorher schon erwähnt, Batteriebetrieb funktioniert auch. Aber auch dann braucht den passenden Anschluss. Ich habe mir dafür etwas zusammengebastelt:

Eigenbau Batterieadapter für das DSO 138
Eigenbau Batterieadapter für das DSO 138

Tasterkalibrierung

Jeder Taster hat eine gewisse Kapazität. Sie ist zwar klein, aber bei hohen Frequenzen kommt sie immer mehr zum Tragen und muss kompensiert werden. Wenn ihr wie ich ein Modell mit Gehäuse habt, dann nehmt zuerst die Tasterkalibrierung vor, bevor ihr das DSO 138 in das Gehäuse einbaut. Hinterher kommt ihr an die dafür notwendigen Bauteile nicht mehr ran.

Für die Kalibrierung besitzt das DSO 138 ein integriertes 1 kHz / 3.3 V  Rechtecksignal. Um es zu nutzen, müsst ihr allerdings eine Drahtbrücke über den im Bild hervorgehobenen Jumper löten, sodass ihr die Krokodilklemme befestigen könnt. Alternativ erzeugt ihr ein solches Signal mit dem Arduino (siehe letzter Beitrag). Hinweis: bei allen Messungen immer erst GND (schwarzes Kabel) anschließen.

Jumper für das 1 kHz Testsignal am DSO 138
Jumper für das 1 kHz Testsignal am DSO 138

Hier die Prozedur bei Verwendung des internen Signals:

  1. Schließt das rote Kabel an die Drahtbrücke (GND ist in diesem speziellen Fall intern verbunden).
  2. Couple Selection auf AC oder DC.
  3. Wählt am Schieber Sensitivity 1 die Einstellung 0.1 Volt.
  4. Wählt am Schieber Sensitivity 2 die Einstellung X5.
  5. Stellt als Timebase 0.2 ms ein.
  6. Geht in den Auto Mode. Wenn kein stabiles Signal vorliegt, dann stellt das Triggerlevel so ein, dass es im Signalbereich liegt.
  7. Dreht am Trimmer C4 bis ihr schöne Rechtecke habt (siehe unten).
  8. Wählt nun an Sensitivity 1 die 1 V und Sensitivity 2 die X1 Stellung. Alle anderen Einstellungen bleiben gleich.
  9. Dreht nun an C6 bis zum perfekten Rechteck
Tasterkompensation am DS0 138
Wirkung der Tasterkompensation
Einstellung der Tasterkompensation am DSO 138
Einstellung der Tasterkompensation am DSO 138

Montage des Gehäuses

Wenn ihr dasselbe Gehäuse wie ich verwendet, dann hilft euch vielleicht die nachfolgende Anleitung. Zunächst müsst ihr die Schutzfolie von den Plexiglasbauteilen und den Schaltern und Schiebern abziehen. Das ist wohl der mit Abstand nervigste Teil. Vergesst nicht auch die Schutzfolie vom TFT Display abzuziehen. Ihr solltet die Montage nicht am staubigsten Ort durchführen und vorher Tisch oder Werkbank wischen. Hinterher ärgert man sich sonst – ich weiß, wovon ich rede…

Trigger Modi

Das Trigger Konzept macht ein Oszilloskop überhaupt erst vernünftig benutzbar, da es für ein stabiles Bild sorgt. Nur bei sich sehr langsam verändernden Signalen sind Trigger verzichtbar.

Ein Trigger (deutsch: Auslöser) ist ein Ereignis bei dem ein Trigger Level, also ein bestimmtes Spannungslevel unter Berücksichtigung des Trigger Slopes durchbrochen wird. Ist als Trigger Slope die fallende Kante definiert, dann liegt ein Trigger vor, wenn der Trigger Level von oben nach unten durchbrochen wird. Bei der steigenden Kante hingegen ist es anders herum. Der Trigger Modus legt fest, unter welchen Bedingungen ein Bildschirm Refresh durchgeführt wird.

Auto Mode

Im Auto Mode werden Bildschirm Refreshs durchgeführt, egal ob ein Trigger vorliegt oder nicht. Liegen bei einem sich wiederholenden Signal Trigger vor, dann wird das Bild immer am selben Referenzpunkt aktualisiert. Das Bild wird dadurch stabil. Liegt kein Trigger vor, dann wird das Bild zwar auch regelmäßig aktualisiert, aber an zufälligen Punkten. Ihr erkennt das an einer Art Durchlaufen des Signals durch das Bild. Probiert es einfach mal aus, indem ihr ein periodisches Signal anlegt und den Trigger Level aus dem Signalniveau heraus- bzw. hineinwandern lasst.

Normal Mode

Im Normal Mode wird der Bildschirm nur dann aktualisiert, wenn ein Trigger vorliegt. Wenn ihr den Trigger Level also aus dem Signalbereich schiebt, dann werdet ihr sehen wie die Bildschirmaktualisierung stoppt. Schiebt ihr den Trigger Level wieder hinein, beginnt die Bildschirmaktualisierung wieder zu arbeiten.

Single Mode

Auch im Single Modus findet keine Bildschirmaktualisierung statt, wenn kein Trigger vorliegt. Liegt ein Trigger vor, erscheint das Signal auf dem Bildschirm. Dann aber geht der DSO 138 sofort in den HOLD Modus.

Single Mode und Normal Mode sind insbesondere für einzelne, seltene oder unregelmäßige Signale geeignet.

Soweit die Theorie. Spielt ein bisschen herum und die Dinge werden sehr schnell klar werden. Falls ihr aber doch nochmal einen einfach gehaltenen Artikel über die Betriebsarten lesen wollt, dann ist hier ein Link dazu.

Praktische Beispiele

Allgemeines

Am Anfang braucht man vielleicht ein paar mehr Versuche um ein schönes Signal auf das Display zu zaubern, aber das geht mit der Zeit immer schneller. Wenn ihr wisst, welche Spannung das Signal maximal haben wird, dann stellt die Sensitivity entsprechend ein. Stellt den Trigger auf ca. 50 % des zu erwartenden Signals ein. Es kommt nicht so darauf an – Hauptsache innerhalb der Signalgrenzen und außerhalb des Rauschens. Dann geht durch die Timebase Einstellungen, bis das Signal stabil abgebildet ist und es die x-Achse angemessen nutzt. Dann macht es vielleicht noch schöner über die Vertical und Horizontal Position.

Ein analogWrite Signal am Arduino

analogWrite(pin, 204) Signal, gemessen am DSO 138
analogWrite(pin, 204), entspricht 4 Volt

Im ersten Beispiel habe ich ein analogWrite Signal am Arduino erzeugt. Wie ihr seht, ist ein solches analogWrite Signal nicht wirklich analog, da es über PWM (Pulsweitenmodulation) erzeugt wird.

Ansteuerung eines Servo Motors

Ausgabe für ein meinServo.write(90) am DSO 138
Ausgabe für ein meinServo.write(90);

Hier habe ich mit der Servo Bibliothek ein Steuersignal für 90° erzeugt. Die Frequenz wird richtig erkannt. Bei 90° sollte die Pulsweite 0,0015 s betragen, Duty sollte 7.5% sein. Duty ist etwas zu gering (schwankt auf dem Display). Durch Rundung und begrenzte Anzahl an Digits landet die Pulsweite bei 0,001 s. Mit einer kleineren Timebase wird Duty genauer und stabiler.

Ein Infrarotsender Signal

Signal einer IR Fernbedienung am Datenpin des Empfängers; gemessen am DSO 138
Signal einer IR Fernbedienung am Datenpin des Empfängers

Hier habe ich ein Signal einer Infrarot Fernbedienung eingefangen (siehe auch mein Beitrag zu diesem Thema). Als nicht periodisches Signal ist das eine typische Anwendung für den Normal oder Single Modus.

Signal eines 433 MHz Handsenders

Signal eines 433 MHz Handsenders am Datenpin des Empfängers; gemessen am DSO 138
Signal eines 433 MHz Handsenders am Datenpin des Empfängers

Das ist auch wieder eine Aufgabe für den Normal oder Single Mode. Siehe auch meine Beiträge zu 433MHz Handsendern und Funksteckdosen und Eigene Funkprotokolle.

Grenzen des DSO 138 am Beispiel I2C

I2C Taktsignal im 100 kHz Modus; gemessen am DSO 138
I2C Taktsignal im 100 kHz Modus

Für diesen Versuch habe ich ein I2C Bauteil angesteuert und die SCK Leitung mit dem Oszilloskop „abgehört“. Ich habe den 100 kHz I2C Modus gewählt, da 400 kHz (Fast Modus) durch das DSO 138 zu schlecht aufgelöst werden. Aber auch mit 100 kHz erreichen wir hier die Grenze. Feiner auflösen lässt sich das Signal nicht. Bei einer Timebase von 20 µs verschwindet es vom Display.

Dann habe ich mal den Pull-Up Widerstand aus der I2C Taktleitung genommen. Das Ergebnis sieht dann so aus:

I2C Taktsignal ohne Pull-Up am DSO 138
I2C Taktsignal ohne Pull-Up

Man erkennt, dass die Einzelpeaks des Signals nicht mehr so ausgeprägt sind, aber man erkennt nicht, was im Detail passiert.  

Mit meinem „guten“ Oszilloskop sehen die Messungen hingegen so aus:

I2C Taktsignal mit Pull-Up am Rigol 1054 Z
I2C Taktsignal mit Pull-Up am Rigol 1054 Z
I2C Taktsignal ohne Pull-Up am Rigol 1054 Z
I2C Taktsignal ohne Pull-Up am Rigol 1054 Z

Hier erkennt man nun deutlich wie es dauert, bis das HIGH-Level wieder hergestellt ist, wenn kein Pull-Up verwendet wird. Das ist schon ein großer Unterschied in der Leistung der Oszilloskope – aber dafür kostet dieses Modell hier auch mehr als das Zehnfache.

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