FNIRSI 1014D Digitales Speicheroszilloskop: Gute Leistung für knappe Budgets
- von Günter Spanner
- Lesezeit: 10 Min.
Für Tätigkeiten wie das Basteln mit Verstärkern, Sensoren und Mikrocontrollern wie Arduinos, ESPs, Raspberry Pis oder die Reparatur von Unterhaltungselektronik sind eine Bandbreite von 100 MHz und zwei Kanäle völlig ausreichend. Auch ein Frequenz- oder Funktionsgenerator zur Erzeugung von Testsignalen oder zur Überprüfung von Filtern ist in vielen Anwendungen praktisch. Mit dem FNIRSI 1014D erhalten Sie beide Funktionen in einem Gerät.
Neben einer Lötstation, einem Multimeter und einer Stromversorgung ist ein oszilloskop das nächste unverzichtbare Werkzeug, das in einer Elektronikwerkstatt nicht fehlen darf. Für eine Hobbywerkstatt braucht man jedoch kein Gerät mit 500 MHz Bandbreite, zahlreichen Kanälen oder ausgefeilten Analysefunktionen. Für Tätigkeiten wie das Basteln mit Verstärkern, Sensoren und Mikrocontrollern wie Arduinos, ESPs, Raspberry Pis oder die Reparatur von Unterhaltungselektronik sind eine Bandbreite von 100 MHz und zwei Kanäle völlig ausreichend. Auch ein Frequenz- oder Funktionsgenerator zum Erzeugen von Testsignalen oder zum Überprüfen von Filtern ist in vielen Anwendungen nützlich. Mit dem FNIRSI 1014D erhalten Sie beide Funktionen in einem Gerät.
Das Oszilloskop wird mit zwei umschaltbaren Tastköpfen (1× und 10×), einem USB-Netzteil, einem Handbuch und einem Tastkopf-Justierwerkzeug geliefert. Die Stromversorgung des Oszilloskops erfolgt über ein USB-Netzteil, das 2 A bei 5 V liefert. Mit Abmessungen von 310 mm × 145 mm × 70 mm ist es kompakt und tragbar, aber groß genug, um bequem bedient zu werden. Mit den ausklappbaren Standfüßen lässt es sich in einem guten Winkel auf dem Labortisch platzieren.
FNIRSI 1014D Technische Daten
Die wichtigsten technischen Daten sind:- 2 Kanäle mit einer Bandbreite von 100 MHz
- 7-Zoll-LCD mit einer Auflösung von 800×480 Pixeln
- 1 GigaSample/s Abtastrate
- Speichertiefe: 240 Kbit
- Eingangsimpedanz: 1 MΩ (1×) und 10 MΩ (10×)
- Empfindlichkeit: 50 mV bis 400 V
- Zeitbasis: 50 s bis 10 ns
- Trigger-Modus: Einfach/Normal/Auto - Flanke: Steigend/Fallend
- AC/DC-Kopplung
- Ein-Knopf-Auto-Einstellung
- Frequenzgenerator mit 14 Wellenformen bis zu 10 MHz (Sinus)
- USB-Ausgang
Wie bei digitalen Oszilloskopen üblich, werden neben der Signaldarstellung auch Werte wie Spannung (Spitze, RMS, Minimum, Maximum usw.), Frequenz und Tastverhältnis numerisch angezeigt. Der Benutzer kann über ein Menü auswählen, welche Werte angezeigt werden sollen. Zwei Cursor ermöglichen die präzise Messung von Zeitintervallen und Spannungen. Eine Auto-Set-Funktion konfiguriert das Oszilloskop automatisch so, dass es Signale auf der Grundlage des aktuellen Eingangssignals erkennt. Sogar eine einfache FFT-Darstellung des Signals kann angezeigt werden.
Das FNIRSI-1014D kann eine maximale Eingangsspannung von 400 Volt verarbeiten. Die Triggerung kann auf die steigende oder fallende Flanke eingestellt werden. Das Oszilloskop verfügt auch über eine automatische Triggerfunktion, die zuverlässig arbeitet.
Stromversorgung: USB-Netzteil oder Powerbank
Neben dem Standard-USB-Netzteil kann das Oszilloskop auch mit einer Powerbank betrieben werden. In diesem Fall ist das Oszilloskop vollständig galvanisch getrennt, so dass Messungen in Schaltnetzteilen etc. ohne Trenntransformator möglich sind. Allein dadurch lohnt sich das FNIRSI 1014D für diese Anwendung, denn es spart die Kosten für teure Differenzialtastköpfe, die selbst in der Billigversion so viel wie das Oszilloskop kosten. Darüber hinaus wird das Oszilloskop durch die Verwendung einer Powerbank sehr mobil und kann an jedem beliebigen Ort eingesetzt werden, z. B. in Stromkästen oder Autos.
Mit einer handelsüblichen 12-Ah-Powerbank (I max > 2 A) läuft das FNIRSI 1014D etwa 5 Stunden lang im Dauerbetrieb. Dies ist für die meisten Anwendungen ausreichend.
Achtung: Im Handbuch des FNIRSI 1014D heißt es, dass "das Originalnetzteil verwendet werden muss". Die Verwendung einer Powerbank erfolgt also auf eigene Gefahr, auch wenn bei den Tests keine Probleme auftraten.
Überprüfung der Leistung
Im Hinblick auf die angegebene Bandbreite von 100 MHz sollten einige Dinge nicht übersehen werden. Um ein Signal mit einem maximalen Frequenzanteil von 50 MHz zu messen, wird ein Oszilloskop mit einer Bandbreite von 100 MHz benötigt. Wenn eine Messung wirklich aussagekräftig und gut aufgelöst sein soll, gilt die 1:5-Regel als allgemeiner Richtwert. Ein Oszilloskop mit einer Bandbreite von 100 MHz kann ein Signal mit einer maximalen Frequenzkomponente von 20 MHz effektiv und genau darstellen.
Für Messungen an Arduinos, Audioverstärkern, Raspberry Pi usw. ist eine Bandbreite von 100 MHz völlig ausreichend. Allerdings ist die angegebene Bandbreite des FNIRSI 1014D mit 100 MHz etwas hoch gegriffen. Das Gerät erfüllt kaum das klassische -3-dB-Bandbreitenkriterium, obwohl es ein 100-MHz-Signal akzeptabel darstellt.
Weitere Einzelheiten finden Sie im Abschnitt "Für Profis: Bandbreite und Abtastrate" weiter unten.
Die Mindestempfindlichkeit von 50 mV/Div ist nicht spektakulär. Die meisten DSOs verfügen über eine Empfindlichkeit von mindestens 10 mV/Div. Dennoch liegen die Messwerte innerhalb der angegebenen Toleranzen, und die Analysemöglichkeiten sind zufriedenstellend.
Speichern und Analysieren von Signalen
Alle Messungen können als Screenshot und/oder Wellenform gespeichert und über eine Galerieansicht aufgerufen werden (siehe Abb. 3). Wenn eine Kurvenform gespeichert wird, kann sie auch nach der Messung analysiert werden, als ob die Messsignale noch vorhanden wären. Für Kurvenformen und Screenshots steht 1 GB interner Speicher zur Verfügung, der über einen Computer ausgelesen werden kann. Im USB-Betrieb wird das FNIRSI 1014D einfach als Wechseldatenträger erkannt, Treiber oder zusätzliche Software sind nicht erforderlich.
Für Fachleute: Bandbreite und Abtastrate
Wie bereits erwähnt, sind die Angaben zur Bandbreite (100 MHz) und zur Abtastrate (1 GSa/s) ein wenig "gedehnt". Die Begriffe "Abtastrate", "Bandbreite" und "Oversampling" sind im Zusammenhang mit Oszilloskopen von entscheidender Bedeutung, da sie die Leistung und Genauigkeit dieser Geräte beeinflussen.Einige Grundlagen dazu: Die Abtastrate bezieht sich auf die Anzahl der Datenpunkte, die ein Oszilloskop pro Sekunde aufzeichnet, und wird in Samples/s gemessen (1 GS/s = 1.000.000.000 Samples pro Sekunde). Eine höhere Abtastrate ermöglicht eine genauere Rekonstruktion von schnellen Signalen. Die Abtastrate muss ausreichend hoch sein, um eine Wellenform angemessen darstellen zu können. Nach dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem sollte die Abtastrate mindestens das Doppelte der höchsten Frequenzkomponente des zu analysierenden Signals betragen, um eine korrekte Reproduktion zu gewährleisten. Für ein Signal mit einer Höchstfrequenz von 100 MHz ist daher eine Abtastrate von mindestens 200 MS/s (200 Mega Samples pro Sekunde) erforderlich.
Bei der Überabtastung wird das Oszilloskop mit einer Abtastrate betrieben, die deutlich höher ist als die für die Darstellung des Signals erforderliche Mindestabtastrate. Dadurch können Oszilloskope Signale mit höherer Genauigkeit erfassen, insbesondere wenn es um die Darstellung schneller Signaländerungen geht.
Ein Oszilloskop kann das Signal mit einer hohen Abtastrate erfassen und dann digitale Signalverarbeitungstechniken einsetzen, um eine genauere Darstellung des Signals zu erzeugen. Dies ermöglicht eine bessere Erfassung von Details und schnellen Signalereignissen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Abtastrate angibt, wie viele Datenpunkte pro Sekunde ein Oszilloskop aufzeichnet, während Oversampling eine Technik ist, bei der das Oszilloskop mit einer höheren Abtastrate arbeitet, um genauere Signalinformationen zu erfassen und anzuzeigen.
Daher ist eine Abtastrate von 1 GigaSample/s (= 1000 MegaSample/s) gut geeignet für eine Bandbreite von 100 MHz (5× Oversampling). Leider hat der FNIRSI 1014D eine Echtzeit-Abtastrate von nur 200 MSamples/s, nicht 1 GSample/s. Es verfügt über zwei 2-Kanal-Analog-Digital-Wandler mit 100 MHz im Interleaved-Modus. Das Oszilloskop verwendet einen ADC mittlerer Leistung und arbeitet mit sukzessiver, verschobener Abtastung, was ein stabiles Signal erfordert, um die tatsächliche Wellenform zu kombinieren.
Ein Echtzeit-Oszilloskop, wie der Name schon sagt, digitalisiert den Eingang in Echtzeit, indem es schnell genug abtastet, um ein eingehendes Signal genau zu erfassen und anzuzeigen. Jeder Datenpunkt auf dem Display wurde direkt nach dem vorherigen Punkt abgetastet. Diese Geräte werden manchmal auch als Single-Shot-Oszilloskope bezeichnet, da sie ein Signal mit einer einzigen Messung erfassen können. Ein Abtastoszilloskop hingegen verwendet einen "Sweep" über ein Zeitfenster. Dazu wird bei jeder Iteration eine kleine, feste Verzögerung hinzugefügt. Dies funktioniert nur bei sich wiederholenden Signalen. Mit dieser Technik erreicht das FNIRSI 1014D eine "effektive" Abtastrate von 1 GS/s.
Ein weiteres Problem ist die Mittelwertbildung. Normalerweise kann die Mittelungstiefe eingestellt werden. Das FNIRSI 1014D verwendet offensichtlich eine feste Mittelwertbildung. Das deutet normalerweise darauf hin, dass es etwas zu verbergen gibt. In diesem Fall wendet das FNIRSI 1014D einige mathematische Tricks an, um die begrenzte Bandbreite und Abtastrate oder die geringe Empfindlichkeit auszugleichen.
Schließlich bezieht sich die Bandbreite eines Oszilloskops auf die Frequenz, bei der die Amplitude des Eingangssignals des Oszilloskops im Vergleich zu seinem niederfrequenten Wert um 3 Dezibel (dB) abgeschwächt wird. Mit anderen Worten, es ist die Frequenz, bei der die Spannungsamplitude eines sinusförmigen Eingangssignals auf etwa 71 % seines ursprünglichen Wertes reduziert wird. Für Oszilloskope ist die -3-dB-Bandbreite ein wichtiger Parameter, da sie den Frequenzbereich angibt, den das Oszilloskop genau erfassen und anzeigen kann. In der Praxis wird ein Signal mit einer Frequenz, die der -3dB-Bandbreite entspricht, immer noch auf dem Oszilloskop angezeigt, aber seine Amplitude ist im Vergleich zu niedrigeren Frequenzen um ca. 30 % reduziert. Jenseits des -3-dB-Punktes nimmt die Fähigkeit des Oszilloskops ab, höherfrequente Komponenten eines Signals getreu darzustellen. Dies bedeutet in der Regel, dass das Durchlassband flach ist. Dies ist das Hauptproblem des FNIRSI 1014D. Der Frequenzgang ist nicht glatt und erreicht kaum die 100-MHz-Marke.
Die grüne Linie zeigt den üblichen Roll-Off eines Oszilloskops. Die blaue Datenlinie wurde mit dem FNIRSI-1014D-Gerät gemessen. Selbst wenn also das -3-dB-Kriterium für ein 100-MHz-Signal erfüllt ist, kann die nicht lineare Durchlasskurve des Bandpasses bei höheren Frequenzen zu falschen Messergebnissen führen.
Der Funktionsgenerator
Eines der interessantesten Merkmale des FNIRSI 1014D ist sein integrierter Funktionsgenerator. Obwohl er nicht so wichtig ist wie ein Oszilloskop, ist ein Generator ein Standardwerkzeug in den meisten Elektroniklabors. Ob zum Testen von Verstärkern, Resonatoren oder als Referenztaktgeber für digitale Schaltungen, ein Funktionsgenerator ist unverzichtbar.Der Generator FNIRSI 1014D bietet die folgenden Funktionen:
- Feste Spitze-zu-Spitze-Amplitude von 2,5 V
- Frequenzbereich: 1 Hz bis 10 MHz (Sinus); 1 Hz bis 2 MHz (alle anderen)
- 14 Funktionstypen: Sinus, Rechteck, Dreieck, Sägezahn, Schritt, Halbwelle, Vollwelle, exponentiell, logarithmisch, exp-log, Quadratwurzel, Multi-Audio, Sync-Impuls, kundenspezifisch
- Tastverhältnis: 1% bis 99% (Rechteckwelle)
Leider ist die Amplitude des Generators auf 2,5 Vpp festgelegt, was seine Vielseitigkeit ein wenig einschränkt. Dennoch sind die meisten Standardanwendungen, wie die Überprüfung von Resonanzkurven oder Audioverstärkern, weiterhin möglich. Dank des variablen Tastverhältnisses sind auch Pulse und asymmetrische Rechteckwellen möglich.
Der integrierte Frequenzgenerator kann also ein zusätzliches Gerät auf der Werkbank ersetzen, sofern keine besonderen Funktionen erforderlich sind.
Vor- und Nachteile
Alles in allem führen die Testergebnisse zu folgendem Eindruck:Vorteile
- Einfach zu bedienen
- Kleine Abmessungen, aber großer Bildschirm für die Größe
- Scharfes und helles Display mit allen Informationen (Vpp, Vavg, Frequenz, etc.) gut sichtbar
- Funktionsgenerator mit BNC-Anschluss auf der Vorderseite ist enthalten
- Grundlegende FFT-Funktion ist verfügbar
- Stromversorgung über USB (5 V, 2 A), Batteriebetrieb problemlos möglich
Nachteile
- Keine mathematischen Funktionen (addieren, subtrahieren, etc.)
- Feste Mittelwertbildung
- "Ungewöhnliche" Bandpass Durchlasskurve
- 1 GigaSample/s nur im Abtastmodus
Fazit
Das FNIRSI 1014D wird wahrscheinlich nicht den Weg in viele High-End-Forschungs- und Entwicklungslabors finden. Für diejenigen, die ein erschwingliches Einstiegsgerät suchen, erfüllt es jedoch seinen Zweck gut. Seine Stärken liegen nicht in hochfrequenten Messungen oder extremer Präzision der Signalgrößen. Für die meisten Aufgaben, bei denen Arduino, ESP32, oder der Raspberry Pi zum Einsatz kommen, kann das Gerät jedoch zweifelsohne nützliche Dienste leisten.Alles in allem ist das FNIRSI 1014D ein erschwingliches, tragbares Digitaloszilloskop mit zwei Kanälen und ausreic Leistung. Es ist gut geeignet für Hobbywerkstätten, Schulen, Elektronik-Enthusiasten oder allgemeine Reparaturaufgaben.
Übersetzung: Ulrich Drees