dataTec Applikationsbericht | Das Amplitudenrauschen bei einem Oszilloskop

Applikationsschrift :: Das Amplitudenrauschen bei einem Oszilloskop
Beim Messen mit einem Oszilloskop sollte das Rauschen so gering wie möglich sein.

Alle Oszilloskope sind breitbandige Geräte, bis zu der angegebenen Systembandbreite und noch darüber hinaus. Und damit haben sie eine unangenehme Eigenschaft, das Rauschen. Je breitbandiger die Geräte sind, umso höher ist dieser Rauschanteil bereits im Eingangsbereich.

Zudem werden die analogen Signale digitalisiert, was zu weiteren Rauschquellen führt. Geringere Genauigkeit, besonders bei der Messung von geringen Eingangsspannungen, ist die Folge. Gerade zur Auswahldes richtigen Oszilloskops für eine bestimmte Messung oder gar bei der Kaufentscheidung ist die Spezifikation für die Rauschcharakteristik des Oszilloskops wichtig. Für die zu vergleichenden Oszilloskope lässt sich für jede Eingangsempfindlichkeit der Rauschwert feststellen.

Das vertikale Rauschen führt zu:

• Amplitudenmessfehler
• Indiziert Ungenauigkeiten in der Rekonstruktion der Messkurve mit (sin x)/x 
• Induziert Fehler in der Messung von Zeitparametern wie Periodendauer, Pulsbreite, Frequenz oder Anstiegszeiten.

Nicht alle Hersteller geben ausreichende Spezifikationen für ihre Geräte an - und wenn, dann sind sie oft nicht aussagekräftig bzw. es fehlen weitere Angaben. Zufälliges Rauschen oder „Weißes Rauschen" genannt, ist theoretisch unbegrenzt und weist eine Gaußsche Verteilung auf. Unbegrenzt heißt in diesem Zusammenhang je mehr Rauschwerte erfasst werden, umso größere Spitzen-Spitzen-Wertepaare werden erfasst. Daher sollten zufälliger Jitter und das Amplitudenrauschen als RMS-Wert angegeben werden.
Wird ein Oszilloskop auf die größte Empfindlichkeit eingestellt (geringster V/div-Wert für die vertikale Skalenteilung), so spricht man vom „Base-Line Noise Floor" (Basisrausch-Pegel).

Die beiden Rauschanteile in einem Oszilloskop
Die meisten Oszilloskope weisen eine zusätzliche Bandbegrenzung im empfindlichsten Eingangsbereich auf. Wird der Rauschpegel von Oszilloskopen im empfindlichsten Eingangsbereich miteinander verglichen, muss auf gleiche Bedingungen geachtet werden (Bandbreite). Oft wird der Fehler begangen, den Basisrauschpegel auf die anderen Empfindlichkeits-(V/div-)Einstellungen zu übertragen. Es gibt zwei Rauschanteile in einem Oszilloskop: der eine Anteil rührt von dem Eingangsverstärker und Abschwächer her und stellt im empfindlichsten V/div-Bereich den Rausch-Hauptanteil, der andere Anteil wird erst in den oberen V/div-Bereichen relevant und hat seine Ursache im Dynamik-Bereich, der mit dem V/div gewählt wird. Die Kurvenform erscheint im Display in den oberen Dynamik-Bereichen weniger rauschbehaftet. In der Regel sollte das Rauschen bei einem Oszilloskop als RMS-Wert angegeben werden. Doch zuweilen ist der Spitze-Spitze-Rausch-Wert von Interesse, da in Bezug auf die Amplitudenmessung der Wert den größten Fehlereinfluss bei Echtzeitmessungen oder Messungen ohne Durchschnittswertbildung hat. Nachdem das Amplitudenrauschen unbegrenzt ist, muss bei der Peak-Peak-Messung ein Kriterium definiert werden: wie viele Rauschmessungen .......

Erschienen: ELEKTRONIKPRAXIS Nr. 15 / Seite 14 - 15 / 7.8.2014
Autor: Klaus Höing, Dipl.-Ing. | Presse- und Öffentlichkeitsarbeit bei dataTec