Allgemeines

Die Eingangsimpedanz eines Oszilloskops ist ein oft vernachlässigtes Qualitätskriterium. Sie sagt aus wie groß der komplexe Widerstand eines Kanaleingangs ist. Je kleiner dieser Widerstand, um so mehr wird die zu messende Signalquelle belastet; wenn nicht Tastköpfe mit Teilerfaktor zum Messen benutzt werden. Die Angabe der Eingangsimpedanz erfolgt in Ohm und Farrad getrennt und ist meistens neben der Kanaleingangsbuchse, am Oszilloskop, aufgedruckt - z.B.: 1MΩ || 20pF. Übliche Werte für den ohmschen Widerstand sind 1MΩ und für die Parallelkapazität 10..25pF.

Messen einer Gleichspannungsquelle

Bei einer angelegten Gleichspannung wirkt lediglich der ohmsche Anteil der Eingangsimpedanz den Messwert verfälschend. Er bildet mit den Innenwiderstand der Spannungsquelle einen Spannungsteiler. Dadurch liegt nicht die gesamte Spannung der Spannungsquelle am Eingang des Messverstärkers, sondern nur der Teil, der über den Eingangswiderstand abfällt. Ein kleines Rechenbeispiel soll das verdeutlichen. Gegeben sind:

• Eine Spannungsquelle mit einer Leerlaufspannung (U0) von 5,0 Volt,
• der Innenwiderstand dieser Spannungsquelle (RI) mit 10kΩ
• und der Eingangswiderstand des Oszilloskops (RE) mit 1MΩ.


Vereinfachtes Schaltbild

Die Spannung die über den Eingangswiderstand abfällt, und die letztlich vom Oszilloskop gemessen wird, sei als UE bezeichnet.
Die Verhältnisgleichung für diesen Spannungsteiler lautet:



Daraus ergibt sich nach Umstellung:


Das Oszilloskop zeigt eine Gleichspannung von 4,95V an obwohl die wirkliche Leerlaufspannung 5V beträgt.

Messen einer Wechselspannungsquelle

Wird jetzt die Gleichspannungsquelle durch eine Wechselspannungsquelle ersetzt, so wirkt die Parallelschaltung von ohmschen und kapazitiven Widerstand wobei der kapazitive Widerstand (richtiger: kapazitiver Blindwiderstand) frequenzabhängig ist. Die Formel für die Berechnung des Betrages der Impedanz einer Parallelschaltung von R und C lautet:

Dabei ist Omega die Kreisfrequenz.
Gegeben sind zusätzlich:

• Die Frequenz der Wechselspannungsquelle f mit 100kHz,
• die Ausgangselongation der Wechselspannungsquelle zwischen 0V und 5V
• und die Eingangskapazität des Oszilloskops (CE) mit 20pF.

Nach den Einsetzen aller bekannter Werte in (3) - RE für R und CE für C - ergibt sich der Betrag der Eingangsimpedanz von ZE=79,33kOhm. Mittels (2) kann jetzt die auf den Oszilloskop angezeigte Amplitude des Signals errechnet werden. Durch die Wechselgröße gilt jedoch für RE jetzt ZE. Es ergibt sich eine angezeigte Amplitude von 4,44V obwohl die Amplitude des Generators im Leerlauf 5V beträgt. Hätte jetzt das Oszilloskop eine Grenzfrequenz von 100 kHz, so kommt dessen Dämpfung (1/WURZEL(2)) hinzu. Die angezeigte Amplitude würde nur noch 3,14V betragen.

Eingangsimpedanz in Abhängigkeit der Frequenz

Die folgende Tabelle soll verdeutlichen wie sich die Eingangsimpedanz in Abhängigkeit der Frequenz verhält. Um eine weitere Aussage treffen zu können, ist in der Tabelle der Betrag der Impedanz der Eingangskapazität (XC von CE) mit aufgelistet.
Die Impedanz eines Kondensators berechnet sich nach der Formel:

Frequenz Impedanz ZE
(RE || CE)
Impedanz XC(CE)
1 kHz 992,20 kΩ 7,95775 MΩ
10 kHz 622,68 kΩ 795,77
100 kHz 79,33 kΩ 79,58
1 MHz 7,96 kΩ 7,96
10 MHz 800 Ω 800 Ω
100 MHz 80 Ω 80 Ω


Wie zu erkennen ist nähert sich ZE mit steigender Frequenz an XC. Schon ab 100kHz wird die Eingangsimpedanz mit den hier genannten RE und CE Werten nur noch von CE bestimmt. Der Einfluss von RE verschwindet praktisch mit steigender Frequenz. Dieses Problem stellt sich natürlich nur wenn der Innenwiderstand der zu messenden Signalquelle hoch ist. Oft ist jedoch diese Größe unbekannt oder sehr schwierig zu messen bzw. zu errechnen (messen in einer komplexen Schaltung). Umgehen kann man diese Problematik mit einen Tastkopf der einen Teilerfaktor besitzt (üblicherweise 10:1 oder 100:1). Jedoch wird die zu messende Signalamplitude um diesen Teilerfaktor verringert und wegen der geringen Amplitude eventuell nicht mehr darstellbar. Vernachlässigt wurde in diesen Betrachtungen die Genauigkeit des Oszilloskops selbst. Diese kann sich zwischen 1% und 5% (je nach Herstellerangabe) bewegen und ist generell bei genauen Messungen mit abzuwägen.