Site Loader

Содержание

Как переделать монитор ПК или планшет в осциллограф: схемы и программы

Автор Aluarius На чтение 7 мин. Просмотров 951 Опубликовано

Осциллограф – это не только медицинский прибор, но также и полезное устройство, незаменимое при настройке аудиоаппаратуры и ремонте техники. Приобретать его отдельно достаточно накладно, даже самые дешёвые модели могут стать неприятной неожиданной статьёй расходов. Лучший выход – сделать виртуальный осциллограф из своего домашнего компьютера.

oscillograf_svoimi_rukami

Осциллограф из компьютера — соответствует ли оборудование ПК требованиям

Если у вас современный персональный компьютер, оснащённый звуковой картой, к которому подключён монитор, этого уже достаточно. Конфигурация компьютера не имеет никакого значения, а также вместо стационарного ПК можно использовать ноутбук и даже нетбук.

ВАЖНО! Настройка вашего компьютера как осциллографа никак не помешает его остальным функциям – не придётся ничего добавлять внутрь самого ПК (это просто осциллограф-приставка к компьютеру) или критически изменять в программном обеспечении.

Обычно всё, что необходимо для настройки виртуального прибора, уже есть в конструкции ПК. Для того, чтобы «организовать» работу устройств, достаточно скачать готовый софт, который находится в свободном доступе в сети – это полностью безопасно и легко для освоения даже пользователем-новичком.

Что необходимо для создания осциллографа

Если вам нужен более точный осциллограф из ПК, то придётся сделать специальную USB-приставку. Это чуть более сложная задача – пользователю желательно владеть такими базовыми навыками радиолюбителя как построение схем, спайка, а также знать, где приобретать необходимые материалы.

ВАЖНО! «На коленке» можно собрать только низкокачественный прибор – для учёбы или другой серьёзной деятельности он может не подойти. Однако выгода очевидна – если на покупку самого дешёвого варианта придётся отдать около 200 долларов, то собрать приставку можно за 5-7 долларов без учёта доставки.

Для простой сборки вам помимо основы для прибора, проводников и USB-входа для связи с компьютером понадобятся следующие детали (их легко найти в интернет-магазинах для радиолюбителей):

  • MCP1700;
  • STM32F042Fx;
  • MCP6S21.

В том случае, если целью работы с прибором не является что-то серьёзное, более простым и быстрым вариантом будет простой осциллограф из звуковой карты, не требующий дополнительных манипуляций со схемами.

oscillograf-iz-compa

Программы

Без специального программного обеспечения ничего работать не будет – к счастью, всё необходимое любой желающий может найти в интернете и скачать. Заниматься запуском программ необходимо после настройки оборудования.

ВАЖНО! Прежде чем определиться, как программа-осциллограф для ПК вам подходит, посмотрите, для какой версии Windows она предназначена. Если софт требует наличия «десятки», а вы до сих пор на виндовс 7, то вы только потратите время.

Разобраться в работе программ будет несложно – большинство из них адаптированы под русскоязычную аудиторию и русский интерфейс поддерживают.

Лучшие программы осциллографы:

  1. Winscope. Одна из самых популярных программ, может быть использована для анализа любого типа сигналов. Также может сохранять данные в удобном для пользователя формате, измерять частоты, строить диаграммы и совершать другие аналитические действия.
  2. Visual Analyzer. Программа для Windows 10. Особенностью является подача полученной и обработанной информации на двух экранах. Первый показывает стандартные данные, а второй БПФ сигнала. Также пользователь может настроить фильтры программы для любых своих целей.
  3. Soundcard Oscilloscope. Для личного пользования эту программу можно использовать бесплатно. Плюсами софта считается его многофункциональность, возможность направить сигнал на динамики устройства, а также генерация пользовательских каналов сигнала и шумов.
  4. Oscilloscope. Программа, предназначенная не для анализа, а для просмотра – с её помощью можно только визуализировать на экране XY-спектры сигнала или аудиофайла. В основном используется, как развлекательный софт.
  5. Frequency Analyzer. Может работать через микрофон, показывает анализ сигнала в реальном времени. Широко настраивается – пользователь может выбрать FFT, частоты выборки и точек на преобразовании, а также между 8 и 16 бит.
  6. Real-time Spectrum. Считывает спектры сигнала (приём через аудио-разъём в 3.5 мм.) и выводит их на экран. Пользователь может посмотреть сигнал с любого канала (или с обоих), настроить динамический диапазон графического отображения, а также частоту кадров.
  7. AUDio MEasurement System. Работает с помощью микрофона. Среди функционала есть генератор сигналов, измерение частотных характеристик и анализ спектра. Простая программа, без особых функций, идеальна для несложного анализа сигналов.

oscilograf-na-compe

Все эти программы можно найти в свободном доступе – в этом вам поможет поиск или любой компьютерный форум. В зависимости от того, для чего вам нужно настроить осциллограф онлайн, выбирайте простые или сложные программы.

Оборудование

Как говорилось ранее, большинство необходимого оборудования уже находится внутри вашего ПК. Для анализа простых сигналов достаточно использовать микрофон (звук будет поступать через динамик), аудио-разъём или USB-порт. Если цель вашей работы с самодельным осциллографом – простое любопытство, то и сам комп может не понадобится, можно сделать осциллограф из планшета.

Звуковая карта

Звуковая карта обязательно присутствует во всех персональных компьютерах и даже в мобильных устройствах. Выход на неё (порт) – это обычно аудио-разъём на 3.5. мм. Использовать её очень просто, достаточно подключить к ней устройство подачи сигнала или устройство, которое принимает сигнал (например, микрофон).

Монитор

Монитор, как и звуковая карта, есть у любого ПК. У стационарного компьютера это отдельный монитор, у ноутбука – встроенный. Для анализа аудиосигнала достаточно любого монитора, даже несовременного.

Встроенный вольтметр

Необходим для контроля процедуры. Приобрести такой совсем недорого – достаточно поискать в любом специализированном интернет-магазине или на радиорынке. Присоединяется к приставке-осциллографу и выводит показатели в реальном времени.

Частотомер

Как и предыдущий прибор, легко и дёшево приобретается. Настоящий частотометр нужен пользователю редко, так как давно есть его виртуальные аналоги, которые действуют не хуже, но в то же время не требуют никаких специальных навыков.

Электрическая схема

Если вы всё же решили работать через самодельную приставку, то для осциллографа из компьютера своими руками потребуется схема. Схема эта достаточно простая и работа над ней для того, кто хотя бы раз занимался чем-то подобным, не составит никакого труда. Вам понадобятся инструменты и навыки базовой работы со схемами – соединения, теоретические знания.

ВАЖНО! Есть и более сложные схемы, но новичку лучше начать с элементарного варианта. Если первая попытка подойдёт для решения задачи, то для последующих проб сложность можно поднять, спаяв новую, более совершенную схему.

 

схема

Как это будет работать?

В зависимости от того, какой способ сделать осциллограф из обычного компьютера своими руками выбрал пользователь. Если это только виртуальная копия обычного прибора, то понадобится только соединить компьютер (с предустановленной программой-прибором) и источник звука. Это осуществляется через микрофон, с помощью подключения устройства с записью, необходимой для анализа, или вообще через динамики ПК.

Если же присутствует приставка (в таком случае для создания осциллографа из компьютера нужна спаянная схема), то принцип работы остаётся тем же, только самодельный прибор служит посредником между сигналом и компьютером. Данный способ является более точным – для серьёзных анализа и обработки лучше использовать его.

Проблемы при создании осциллографа

Проблемы могут возникнуть как у новичка, так и у того, кто знает, как из обычного домашнего компьютера сделать осциллограф на практике. Чтобы минимизировать шансы, лучше изучить всю теорию перед работой или настройкой, а также купить материалы с запасом, если есть необходимость изготовить приставку.

Возможные трудности:

  1. Проблемы со схемой. Схема для простейшего осциллографа лёгкая сама по себе, но если возникают сложности, можно воспользоваться видеогайдами.
  2. Программы не устанавливаются. Если программное обеспечение отказывается работать на компьютере, проверьте совместимость (соответствие требованиям операционной системы, наличие всех необходимых деталей в ПК).
  3. Результат не выводится на экран. Это проблема внутренней настройки – укажите корректный путь, чтобы сохранение и воспроизведение результатов анализа шли корректно.

Большинство возникающих проблем легко решить последующими попытками, минимальными теоретическими знаниями и опытом – стоит только набраться немного терпения.

Простейший осциллограф из компьютера – Sam-Sdelay.RU – Сделай сам!

Не секрет, что у начинающих радиолюбителей не всегда есть под рукой дорогое измерительное оборудование. К примеру осциллограф, который даже на китайском рынке, самая дешевая модель стоит порядка нескольких тысяч.
Бывает осциллограф нужен для ремонта различных схем, проверка искажений усилителя, настройки звуковой техники и т.п. Очень часто низкочастотный осциллограф используется при диагностике работы датчиков в автомобиле.

В этом ряде случаем вам поможет наипростейший осциллограф, сделанный из вашего персонального компьютера. Нет, ваш компьютер никак не придется разбирать и дорабатывать. Вам понадобиться всего на всего спаять приставку – делитель, и подключить её к ПК через звуковой вход. А для отображения сигнала установить специальный софт. Вот за пару десятков минут у вас появиться собственный осциллограф, который вполне может сгодиться для анализа сигналов. Кстати можно использовать не только стационарный ПК, но и ноутбук или нетбук.
Конечно, такой осциллограф с большой натяжкой сравним с настоящим прибором, так как имеет маленький диапазон частот, но вещь в хозяйстве очень полезная, чтобы посмотреть выхода усилителя, различные пульсации источников питания и тп.
Схема приставки

Согласитесь, что схема невероятна проста и не потребует много времени для её сборки. Это делитель – ограничитель, который защитит звуковую карту вашего компьютера от опасного напряжения, которое вы можете случайно падать на вход. Делитель может быть на 1, на 10 и на 100. Переменным резистором регулируется чувствительность всей схемы. Подключается приставка к линейному входу звуковой карты ПК.
Собираем приставку
Можно взять бокс от батареек как я или другой пластиковый корпус.

Программное обеспечение
Программа «осциллограф» будет визуализировать сигнал, поданный на вход звуковой карты. Я предложу вам на скачивание два варианта:
1) Простая программа без установки с русским интерфейсом, качаем.

avangard.zip
[329,85 Kb] (cкачиваний: 16)


2) И вторая с установкой, скачать её можно – тут.

Какой пользоваться – выбирать вам. Возьмите и установите обе, а там выберете.
Если у вас уже установлен микрофон, то после установки и запуска программы можно уже будет наблюдать звуковые волны, которые поступают в микрофон. Значит все хорошо.

Для приставки никаких драйверов больше не потребуется.
Подключаем приставку ко линейному или микрофонному входу звуковой карты и пользуемся на здоровье.

Если у вас никогда в жизни не было опыта работы с осциллографом, то я искренне рекомендую вам повторить эту самоделку и поработать с таким виртуальным прибором. Опыт очень ценный и интересны.
Смотрите видео по работе с осциллографом для компьютера

Источник

Как сделать цифровой осциллограф из компьютера своими руками?(часть 1) — Измерительная техника — Инструменты

Начинающим радиолюбителям посвящается!

О том, как собрать самый простой адаптер для программного виртуального осциллографа, пригодный для использования в ремонте и настройке аудиоаппаратуры.

О виртуальных осциллоскопах.

Когда-то у меня была идея фикс: продать аналоговый осциллограф и купить ему на замену цифровой USB осциллоскоп. Но, прошвырнувшись по рынку, обнаружил, что самые бюджетные осциллографы «начинаются» от 250 долларов, да и отзывы о них не очень хорошие. Более же серьёзные приборы стоят в несколько раз дороже.

Так что, решил я ограничиться аналоговым осциллографом, а для построения какой-нибудь эпюры для сайта, использовать виртуальный осциллограф.

Скачал из сети несколько программных осциллографов и попытался что-нибудь померить, но ничего путного из этого не вышло, так как, либо не удавалось откалибровать прибор, либо интерфейс не годился для скриншотов.

 Было, уже забросил это дело, но когда подыскивал себе программу для снятия АЧХ, наткнулся на комплект программ «AudioTester». Анализатор из этого комплекта мне не понравился, а вот осциллограф «Osсi» (далее буду его называть «AudioTester») оказался в самый раз.
Этот прибор имеет интерфейс схожий с обычным аналоговым осциллографом, а на экране есть стандартная сетка, которая позволяет измерять амплитуду и длительность.

Из недостатков можно назвать некоторую нестабильность работы. Программа иногда подвисает (когда запущено несколько процессов одновременно) и для того, чтобы её сбросить приходится прибегать к помощи Task Manager-а. Но, всё это компенсируется привычным интерфейсом, удобством использования и некоторыми очень полезными функциями, которые я не встречал ни в одной другой программе подобного типа.

Внимание!

В комплекте программ «AudioTester» есть генератор низкой частоты. Я не рекомендую его использовать, так как он пытается самостоятельно управлять драйвером аудиокарты, что при работе на XP может привести к отключению звука. Если Вы решите его использовать позаботьтесь о точке восстановления или о бэкапе ОС. Но, лучше скачайте нормальный генератор из «Дополнительных материалов».

 Другую интересную программу виртуального осциллографа «Аванград» написал наш соотечественник Записных О.Л.
У этой программы нет привычной измерительной сетки, да и экран слишком большой для снятия скриншотов, но зато есть встроенный вольтметр амплитудных значений и частотомер, что частично компенсирует указанный выше недостаток. 
Частично потому, что на малых уровнях сигнала и вольтметр и частотомер начинают сильно привирать. 
Однако для начинающего радиолюбителя, который не привык воспринимать эпюры в Вольтах и миллисекундах на деление, этот осциллограф может вполне сгодиться. Другое полезное свойство осциллографа «Авангард» – возможность независимой калибровки двух имеющихся шкал встроенного вольтметра.

Так что, я расскажу о том, как построить измерительный осциллограф на базе программ «AudioTester» и «Авангард». Конечно, кроме этих программ понадобится и любая встроенная или отдельная, самая бюджетная аудиокарта.

Собственно, все работы сводятся к тому, чтобы изготовить делитель напряжения (аттенюатор), который позволил бы охватить широкий диапазон измеряемых напряжений. Другая функция предлагаемого адаптера – защита входа аудиокарты от повреждения при попадании на вход высокого напряжения.

Технические данные и область применения.

   Так как во входных цепях аудиокарты есть разделительный конденсатор, то и осциллограф может использоваться только с «закрытым входом». То есть, на его экране можно будет наблюдать только переменную составляющую сигнала. Однако, при некоторой сноровке, с помощью осциллографа «AudioTester» можно измерить и уровень постоянной составляющей. Это может пригодиться, например, когда время отсчёта мультиметра не позволяет зафиксировать амплитудное значение напряжения на конденсаторе, заряжающемся через большой резистор. 
  Нижний предел измеряемого напряжения ограничен уровнем шума и уровнем фона и составляет примерно 1мВ. Верхний предел ограничивается только параметрами делителя и может достигать сотен вольт. 
   Частотный диапазон ограничен возможностями аудиокарты и для бюджетных аудиокарт составляет: 0,1Гц… 20кГц  для качественных типа «Sound Blaster» от   0,1Гц… 41кГц (для синусоидального сигнала). Конечно, речь идёт о довольно примитивном приборе, но в отсутствие более продвинутого девайса, вполне может сгодиться и этот. 
   Прибор может помочь в ремонте аудиоаппаратуры или использоваться в учебных целях, особенно если его дополнить виртуальным генератором НЧ. Кроме этого, с помощью виртуального осциллографа легко сохранить эпюру для иллюстрации какого-либо материала, или для размещения в Интернете.

Электрическая схема аппаратной части осциллографа.

 На чертеже изображена аппаратная часть осциллографа – «Адаптер».
    Для постройки двухканального осциллографа придётся продублировать эту схему. Второй канал может пригодиться для сравнения двух сигналов или для подключения внешней синхронизации. Последнее предусмотрено в «AudioTester-е».
    Резисторы R1, R2, R3 и Rвх. – делитель напряжения (аттенюатор).
Номиналы резисторов R2 и R3 зависят от применяемого виртуального осциллографа, а точнее от используемых им шкал. Но, так как у «AudioTester-а» цена деления кратна 1, 2 и 5-ти, а у «Авангард-а» встроенный вольтметр имеет всего две шкалы, связанных между собой коэффициентом 1:20, то использование адаптера, собранного по приведённой схеме не должно доставлять неудобств в обоих случаях. 
    Входное сопротивление аттенюатора около 1-го мегома. По-хорошему, это значение должно бы быть постоянным, но конструкция делителя при этом бы серьёзно усложнилась.
    Конденсаторы C1, C2 и C3 выравнивают амплитудно-частотную характеристику адаптера.
Стабилитроны VD1 и VD2 вместе с резисторами R1 защищают линейный вход аудиокарты от повреждения в случае случайного попадания высокого напряжения на вход адаптера, когда переключатель находится в положении 1:1. 
    Согласен с тем, что представленная схема не отличается изящностью. Однако это схемное решение позволяет самым простым способом достичь широкого диапазона измеряемых напряжений при использовании всего нескольких радиодеталей. Аттенюатор же, построенный по классической схеме, потребовал бы применения высокомегаомных резисторов, и его входное сопротивление менялось бы слишком значительно при переключении диапазонов, что ограничило бы применение стандартных осциллографических кабелей, рассчитанных на входной импеданс 1мОм.

Защита от «Придурака».

Чтобы обезопасить линейный вход аудиокарты от случайного попадания высокого напряжения, параллельно входу установлены стабилитроны VD1 и VD2.

Резистор R1 ограничивает ток стабилитронов до 1мА, при напряжении 1000 Вольт на входе 1:1.
Если Вы, действительно, собираетесь использовать осциллограф для измерения напряжения до 1000 Вольт, то в качестве резистора R1 можно установить МЛТ-2 (двухваттный) или два МЛТ-1 (одноваттных) резистора последовательно, так как резисторы различаются не только по мощности, но и по максимально-допустимому напряжению.
Конденсатор С1 также должен иметь максимальное допустимое напряжение 1000 Вольт.

Небольшое пояснение вышесказанного. Иногда требуется взглянуть на переменную составляющую сравнительно небольшой амплитуды, которая, тем не менее, имеет большую постоянную составляющую. В таких случаях нужно иметь в виду, что на экране осциллографа с закрытым входом можно увидеть только переменную составляющую напряжения.
   На картинке видно, что при постоянной составляющей 1000 Вольт и размахе переменной составляющей 500 Вольт, максимальное напряжение, приложенное к входу, будет 1500 Вольт. Хотя, на экране осциллографа мы увидим только синусоиду амплитудой 500 Вольт.

Как измерить выходное сопротивление линейного выхода?

    Этот параграф можно пропустить. Он рассчитан на любителей мелких подробностей. 
Выходное сопротивление (выходной импеданс) линейного выхода, рассчитанного на подключение телефонов (наушников), слишком мало, чтобы оказать существенное влияние на точность измерений, которые нам предстоит выполнить в следующем параграфе.
     Так для чего измерять выходной импеданс? 
Так как мы будем использовать для калибровки осциллографа виртуальный низкочастотный сигнал-генератор, то его выходной импеданс будет равен выходному импедансу линейного выхода (Line Out) звуковой карты. 
  Убедившись в том, что выходной импеданс мал, мы можем предотвратить грубые ошибки при измерении входного импеданса. Хотя, даже при самом плохом стечении обстоятельств эта ошибка вряд ли превысит 3… 5%. Откровенно говоря, это даже меньше возможной ошибки измерений. Но, известно, что ошибки имеют привычку «набегать».  
   При использовании генератора для ремонта и настройки аудиотехники тоже желательно знать его внутренне сопротивление. Это может пригодиться, например, при измерении ESR (Equivalent Series Resistance) эквивалентного последовательного сопротивления или попросту реактивного сопротивления конденсаторов.
Мне, благодаря этому измерению, удалось выявить самый низкоомный выход в моей аудиокарте.

Если у аудиокарты всего одно выходное гнездо, то тогда всё ясно. Оно одновременно является и линейным выходом и выходом на телефоны (наушники). Его импеданс, как правило, мал, и его можно не измерять. Именно такие аудио-выходы используются в ноутбуках.

   Когда же гнёзд целых шесть и есть ещё парочка на передней панели системного блока, а каждому гнезду можно назначить определённую функцию, то выходное сопротивление гнёзд может существенно отличаться.
Обычно, самый низкий импеданс соответствует гнезду салатового цвета, которое по-умолчанию и является линейным выходом.

Пример замера импеданса нескольких разных выходов аудиокарты установленных в режим «Телефоны» и «Линейный выход».

 Как видно из формулы, абсолютные значения измеренного напряжения роли не играют, потому эти замеры можно делать задолго до калибровки осциллографа.
Пример расчёта.
R1 = 30 Ом.
U1 = 6 делений.
U2 = 7 делений.
Rx = 30(7 – 6) / 6 = 5 (Ом)

Как измерить входное сопротивление линейного входа?

Чтобы рассчитать аттенюатор для линейного входа аудиокарты, нужно знать входное сопротивление линейного входа. К сожалению, измерить входное сопротивление при помощи обычного мультиметра нельзя. Это связано с тем, что во входных цепях аудиокарт имеются разделительные конденсаторы.
   Входные же сопротивления разных аудиокарт могут очень сильно отличаться. Так что, этот замер сделать всё-таки придётся. 
Для измерения входного импеданса аудокарты по переменному току, нужно подать на вход через балластный (добавочный) резистор синусоидальный сигнал частотой 50 Гц и рассчитать сопротивление по приведённой формуле. 
   Синусоидальный сигнал можно сформировать в программном генераторе НЧ, ссылка на который есть в «Дополнительных материалах». Замер амплитудных значений также можно произвести программным осциллографом.

 На картинке изображена схема подключений.
Напряжения U1 и U2 нужно измерить виртуальным осциллографом в соответствующих положениях выключателя SA. Абсолютные значения напряжения знать не нужно, поэтому расчёты валидны до калибровки прибора.

Пример расчёта.
R1 = 50кОм.
U1 = 100
U2 = 540
Rx = 50 * 100 / (540 – 100) ≈ 11,4 (кОм).

Вот результаты замеров импеданса разных линейных входов.
Как видите, входные сопротивления отличаются в разы, а в одном случае почти на порядок.

Как рассчитать делитель напряжения (аттенюатор)?

Максимальная неограниченная амплитуда входного напряжения аудиокарты, при максимальном уровне записи, около 250мВ. Делитель же напряжения, или как его ещё называют, аттенюатор позволяет расширить диапазон измеряемых напряжений осциллографа.
Аттенюатор можно построить по разным схемам, в зависимости от коэффициента деления и необходимого входного сопротивления.

 Вот один из вариантов делителя, позволяющих сделать входное сопротивление кратным десяти. Благодаря добавочному резистору Rдоб. можно подогнать сопротивление нижнего плеча делителя до какой-нибудь круглой величины, например, 100 кОм. Недостаток этой схемы в том, что чувствительность осциллографа будет слишком сильно зависеть от входного сопротивления аудиокарты.
Так, если входной импеданс равен 10 кОм, то коэффициент деления делителя увеличится в десять раз. Уменьшать же резистор верхнего плеча делителя не желательно, так как он определяет входное сопротивление прибора, да и является основным звеном защиты прибора от высокого напряжения.

 Так что, я предлагаю Вам самостоятельно рассчитать делитель, исходя из входного импеданса Вашей аудиокарты.
На картинке нет ошибки, делитель начинает делить входное напряжение уже при выборе масштаба 1:1. Расчеты же, конечно нужно делать, опираясь на реальное соотношение плеч делителя.
На мой взгляд, это самая простая и вместе с тем самая универсальная схема делителя.

 По представленным формулам можно рассчитать аттенюатор для адаптера, если Вы согласитесь с предложенной схемой.

 Пример расчёта делителя.
Исходные значения.
R1 – 1007 кОм (результат замера резистора на 1 мОм).
Rвх. – 50 кОм (я выбрал более высокоомный вход из двух имеющихся на передней панели системного блока).

Расчёт делителя в положении переключателя 1:20.
Сначала рассчитаем по формуле (1) коэффициент деления делителя, определяемый резисторами R1 и Rвх.
1007 + 50/ 50 = 21,14 (раз)
Значит, общий коэффициент деления в положении переключателя 1:20 должен быть:
21,14*20 = 422,8 (раз)
Рассчитываем номинал резистора для делителя.
1007*50 / 50*422,8 –50 –1007 ≈ 2,507 (кОм)
Расчёт делителя в положении переключателя 1:100.
Определяем общий коэффициент деления в положении переключателя 1:100.
20,14*100 = 2014 (раз) 
Рассчитываем величину резистора для делителя.
1007*50 / 50*2014 –50 –1007 ≈ 0,505 (кОм)
Если вы собираетесь использовать только осциллограф «Авангард» и только в диапазонах 1:1 и 1:20, то точность подбора резистора может быть низка, так как «Авангард» можно откалибровать независимо в каждом из двух имеющихся диапазонов. Во всех остальных случаях придётся подобрать резисторы с максимальной точностью. Как это сделать написано в следующем параграфе.

 Если Вы сомневаетесь в точности своего тестера, то можно подогнать любой резистор с максимальной точностью методом сравнения показаний омметра.
     Для этого, вместо постоянного резистора R2 временно устанавливается подстроечный резистор R*. Сопротивление подстроечного резистора подбирается так, чтобы получить минимальную ошибку в соответствующем диапазоне деления.
    Затем сопротивление подстроечного резистора измеряется, а постоянный резистор уже подгоняется под измеренное омметром сопротивление. Так как оба резистора измеряются одним и тем же прибором, то погрешность омметра не влияет на точность замера.

 А это парочка формул для расчёта классического делителя. Классический делитель может пригодиться, когда требуется высокое входное сопротивление прибора (мОм/В), а применять дополнительную делительную головку не хочется.

Как подобрать или подогнать резисторы делителя напряжения?

Так как радиолюбители часто испытывают трудности при поиске прецизионных резисторов, я расскажу о том, как можно с высокой точностью подогнать обычные резисторы широкого применения.

Использование подстроечных резисторов.

 Как видите, каждое плечо делителя состоит из двух резисторов – постоянного и подстроечного.
Недостаток – громоздкость. Точность ограничена только доступной точностью измерительного прибора.

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДЁТ.

Как сделать цифровой осциллограф из компьютера своими руками?(часть 2) — Измерительная техника — Инструменты

ПРОДОЛЖЕНИЕ:

Подбор резисторов.

   Другой способ – подбор пар резисторов. Точность обеспечивается за счёт подбора пар резисторов из двух комплектов резисторов с большим разбросом. Сначала все резисторы промеряются, а затем подбираются пары, сумма сопротивлений которых наиболее соответствует схеме. 
      Именно этим способом, в промышленных масштабах, подгонялись резисторы делителя для легендарного тестера «ТЛ-4».
Недостаток метода – трудоёмкость и потребность в большом количестве резисторов.
Чем длиннее список резисторов, тем выше точность подбора.

Подгонка резисторов при помощи наждачной бумаги.

 Подгонкой резисторов, путём удаления части резистивной плёнки, не брезгует даже промышленность.
Однако при подгонке высокоомных резисторов не допускается прорезать резистивную плёнку насквозь. У высокоомных плёночных резисторов МЛТ, плёнка нанесена на цилиндрическую поверхность в виде спирали. Подпиливать такие резисторы нужно крайне осторожно, чтобы не разорвать цепь.
Точную подгонку резисторов в любительских условиях можно осуществить при помощи самой мелкой наждачной бумаги – «нулёвки».

 Сначала с резистора МЛТ, у которого заведомо меньшее сопротивление, при помощи скальпеля аккуратно удаляется защитный слой краски.

  Затем резистор подпаивается к «концам», которые подключаются к мультиметру. Осторожными движениями шкурки-«нулёвки» сопротивление резистора доводится до нормы. Когда резистор подогнан, место пропила покрывается слоем защитного лака или клея. 
На мой взгляд, это самый быстрый и простой способ, который, тем не менее, даёт очень хорошие результаты.

Конструкция и детали.

  Элементы схемы адаптера размещены в прямоугольном дюралюминиевом корпусе.
Переключение коэффициента деления аттенюатора осуществляется тумблером со средним положением.

   В качестве входного гнезда применён стандартный разъём СР-50, что позволяет использовать стандартные кабели и щупы. Вместо него можно применить обычное аудио гнездо типа Джек (Jack) 3,5мм.  
    Выходной разъём – стандартное аудио гнездо 3,5мм. Адаптер соединяется с линейным входом аудиокарты при помощи кабеля с двумя Джеками 3,5мм на концах.

 Сборка произведена методом навесного монтажа

 Для использования осциллографа понадобится ещё кабель со щупом на конце.
Как его изготовить подробно будет описано в другом мануале в ближайшее время под названием «Как изготовить кабель-щуп для низкочастотного виртуального осциллографа?«

Как откалибровать виртуальный осциллограф?

Чтобы произвести калибровку осциллографа, нужно иметь хоть какой-нибудь измерительный прибор. Подойдёт любой стрелочный тестер или цифровой мультиметр, которому Вы доверяете.

В связи с тем, что у некоторых тестеров слишком высокая погрешность при измерении переменного напряжения до 1-го Вольта, калибровку производим при максимально возможном, но неограниченном по амплитуде, напряжении.

Перед калибровкой производим следующие настройки.

Отключаем эквалайзер аудиокарты.

 “Уровень линейного выхода”, “Уровень WAVE”, “Уровень линейного входа” и “Уровень записи” устанавливаем в положение максимального усиления. Это обеспечит повторяемость результата при дальнейших измерениях.

  Сбросив на всякий случай настройки генератора командой Command > Get Generator Default Setting, устанавливаем «Gain» (уровень) в 0db.
Выбираем частоту генератора 50Hz переключателем «Frequency Presets» (предустановки), так как все любительские приборы для измерения переменного напряжения умеют работать на этой частоте, да и наш адаптер пока не может корректно работать на более высоких частотах.

Переключаем вход адаптера в режим 1:1.

Глядя на экран осциллографа, подбираем при помощи ручки генератора «Плавно» (Trim) максимальный неограниченный уровень сигнала.
Сигнал может ограничиваться, как на входе аудиокарты, так и на её выходе, при этом точность калибровки может существенно снизиться. В «AudioTester-е» даже имеется специальный индикатор перегрузки, который выделен на скриншоте красным цветом. 
Замеряем тестером напряжение на выходе генератора и рассчитываем величину соответствующего ему амплитудного значения.

Пример.
Показание вольтметра = 1,43 Вольта (действующее).
Получаем амплитудное значение.
1,432*√2 = 2,025 (Вольт)

    Команда “Options > Calibrate” вызывает окно калибровки “AudioTester-а”.
И хотя возле окошка ввода указана размерность в «mVrms», что по идее должно означать среднеквадратичное значение, в реальности, в осциллографе «oszi v2.0c» из комплекта «AudioTester-а», вводимые значения соответствуют… непонятно чему. Что, правда, вовсе не мешает точно откалибровать прибор.
Путём ввода значений с небольшим шагом можно точно подогнать размер изображения синусоиды под вычисленное выше амплитудное значение.
На картинке видно, что амплитуда сигнала уложилась чуть больше, чем в два деления, что соответствует 2,02 Вольта.
Точность отображения амплитуды сигналов, полученных с входов 1:20 и 1:100 будет зависеть от точности подбора соответствующих резисторов делителя.

  При калибровке осциллографа «Авангард», полученные при измерении тестером значения также нужно умножить на √2, так как и вольтметр, и калибратор «Авангард-а» рассчитан на амплитудные значения.
Вносим полученное значение в окошко калибровки в милливольтах – 2025 и нажимаем Enter.
Чтобы откалибровать второй диапазон осциллографа «Авангард», который отмечен, как «250», нужно сначала рассчитать реальный коэффициент деления, сравнив показания встроенного вольтметра в двух диапазонах делителя: 1:1 и 1:20. Вольтметр осциллографа, при этом должен находиться в положении «12,5»

Пример.
122 / 2323 = 19,3

  Затем нужно подправить файл «calibr», который можно открыть в блокноте (Notepad-е). Слева файл до правки, а справа – после. 
Файл «calibr» находится в той же самой директории, где расположена текущая копия программы. 
В восьмую строчку вносим реальный коэффициент деления, соответствующий делителю первого (левого) канала. 
Если вы построили двухканальный адаптер, то в девятую строчку вносим поправку для второго (правого) канала.

Как выровнять амплитудно-частотную характеристику адаптера?

 Линейный вход аудиокарты, да и сами цепи адаптера обладают некоторой входной ёмкостью. Реактивное сопротивление этой ёмкости изменяет коэффициент деления делителя на высоких частотах.

 Чтобы выровнять частотную характеристику адаптера в диапазоне 1:1, нужно подобрать ёмкость конденсатора C1 так, чтобы амплитуда сигнала на частоте 50 Гц была равна амплитуде сигнала частотой 18-20 кГц.

 Резисторы R2 и R3 снижают влияние входной ёмкости и создают подъём частотной характеристики в области высоких частот. Компенсировать этот подъём можно путём подбора конденсаторов С2 и С3 в соответствующих диапазонах 1:20 и 1:100.
У подобрал следующие ёмкости: C1 – 39pF, C2 – 10nF, C3 – 0,1nF.

  Теперь, когда канал Y верикального отклонения осциллографа откалиброван и линеаризован, можно увидеть, как выглядят те или иные периодические, и не только, сигналы. В «AudioTester-e» есть «ждущая синхронизация развёртки».

Что делать, если нет тестера? Или опасные опыты.

Можно ли использовать для калибровки осветительную сеть?

Так как любой уважающий себя радиолюбитель, несмотря на все предупреждения, первым делом пытается залезть своим детищем в розетку, я счёл необходимым рассказать об этом опасном занятии подробнее.
     По ГОСТу напряжение сети не должно выходить за пределы 220 Вольт – 10% +5%, хотя, в реальной жизни, это условие соблюдается не так часто, как хотелось бы. Ошибки измерений в процессе подгонке резисторов и замерах импеданса также могут привнести высокие погрешности при данном способе калибровки. 
     Если Вы собрали прецизионный делитель, например, на высокоточных резисторах, и если известно, что в вашем доме напряжение в осветительной сети поддерживается с достаточной точностью, то её можно использовать для грубой калибровки осциллографа. 
Но, есть очень много НО, из-за которых, я Вам категорически не рекомендую это делать. Первое и наиболее важное «НО», это сам факт того, что Вы читаете эту статью. Тот, кто на ты с электричеством, вряд ли стал бы тратить на это время. Но, если и это не аргумент… 

Самое главное! 

 1. Компьютер должен быть надёжно заземлён!!!
2. Ни под каким предлогом не суйте в розетку «земляной» провод! Это тот провод, который соединён через корпус разъёма линейного входа с корпусом системного блока!!! (Другие названия этого провода: масса, корпус, общий, экран и т.д.) Тогда, вне зависимости от того, попадёте Вы в фазу или в ноль, не произойдёт короткое замыкание. 
Другими словами, в розетку можно втыкать только провод, который соединён с резистором R1 номиналом 1 мегом, расположенном в схеме адаптера!!!
Если же Вы попытаетесь воткнуть в сеть провод, соединенный с корпусом, то в 50% случаев это приведёт к самым печальным последствиям.
Так как максимальная неограниченная амплитуда на линейном входе около 250мВ, то в положении делителя 1:100 можно будет увидеть амплитуду величиной примерно в 50… 250 Вольт (в зависимости от входного импеданса). Поэтому, для измерения напряжения сети, адаптер должен быть оборудован делителем 1: 1000. 
Делитель 1:1000 можно рассчитать по аналогии с делителем 1:100.
Пример расчёта делителя 1:1000.
Верхнее плечо делителя = 1007кОм.
Входной импеданс = 50кОм.
Коэффициента деления по входу 1:1 = 20,14.
Определяем общий коэффициент деления для входа 1:1000.
20,14*1000 = 20140 (раз) 
Рассчитываем величину резистора для делителя.
1007*50 / 50*20140 –50 –1007 ≈ 50 (Ом)

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ:

Как использовать осциллограф

Введение

Вы когда-нибудь сталкивались с проблемой в цепи, требующей больше информации, чем может предоставить простой мультиметр? Если вам нужно раскрыть информацию, такую ​​как частота, шум, амплитуда или любая другая характеристика, которая может со временем измениться, вам нужен осциллограф!

O-Scope — важный инструмент в лаборатории любого электротехника. Они позволяют вам видеть электрические сигналы , поскольку они изменяются во времени, что может иметь решающее значение при диагностике того, почему схема таймера 555 не мигает правильно, или почему ваш шумогенератор не достигает максимальных уровней раздражения.

HAMlab — 160-6 10 Вт

Осталось только 3! WRL-15001

HAMlab — полнофункциональный приемопередатчик SDR с охватом в диапазоне 160-10 м и выходной мощностью 10 Вт, построенный на платформе STEMlab…

охвачено в этом уроке

Цель этого руководства — представить понятия, терминологию и системы управления осциллографами.Он разбит на следующие разделы:

  • Основы О-прицелов — введение в то, что конкретно представляют собой осциллографы, что они измеряют и почему мы их используем.
  • Oscilloscope Lexicon — глоссарий, охватывающий некоторые наиболее распространенные характеристики осциллографа.
  • Анатомия оптического прицела — обзор наиболее важных систем осциллографа — экран, горизонтальное и вертикальное управление, триггеры и зонды.
  • Использование осциллографа — Советы и рекомендации для тех, кто впервые использует осциллограф.

Мы будем использовать Gratten GA1102CAL — удобный цифровой осциллограф среднего уровня — в качестве основы для обсуждения возможностей. Другие области видимости могут выглядеть по-разному, но все они должны иметь одинаковый набор механизмов управления и интерфейса.

Рекомендуемое Чтение

Прежде чем продолжить этот урок, вы должны быть знакомы с понятиями ниже. Проверьте учебник, если вы хотите узнать больше!

Видео


Основы O-Scopes

Основным назначением осциллографа является построение графика электрического сигнала, так как он изменяется во времени .Большинство областей выдают двумерный график с временем на оси х и напряжением на оси у .

Пример дисплея осциллографа. Сигнал (в данном случае желтая синусоида) отображается на горизонтальной оси времени и вертикальной оси напряжения.

Элементы управления, окружающие экран прицела, позволяют настраивать шкалу графика как по вертикали, так и по горизонтали, что позволяет увеличивать и уменьшать масштаб сигнала.Есть также элементы управления, чтобы установить триггер на прицеле, который помогает сфокусировать и стабилизировать дисплей.

Что можно измерить?

В дополнение к этим основным функциям во многих областях есть измерительные инструменты, которые помогают быстро количественно определить частоту, амплитуду и другие характеристики формы сигнала. В целом область может измерять характеристики как на основе времени, так и на основе напряжения:

  • Временные характеристики :
    • Частота и период — Частота определяется как количество повторений сигнала в секунду.И период является обратной величиной (количество секунд, которое занимает каждый повторяющийся сигнал). Максимальная частота, которую может измерить прицел, варьируется, но часто она находится в диапазоне 100 МГц (1E6 Гц).
    • Рабочий цикл — процент от периода, когда волна является положительной или отрицательной (существуют как положительные, так и отрицательные рабочие циклы). Коэффициент заполнения — это отношение, которое говорит вам, как долго сигнал включен и как долго он выключен в каждом периоде.
    • Время подъема и спада — Сигналы не могут мгновенно переходить от 0 В к 5 В, они должны плавно подниматься.Продолжительность волны, идущей от нижней точки к высокой точке, называется временем нарастания, а время спада измеряет обратное. Эти характеристики важны при рассмотрении того, как быстро цепь может реагировать на сигналы.
  • Характеристики напряжения :
    • Амплитуда — Амплитуда — это мера величины сигнала. Существует множество измерений амплитуды, включая амплитуду от пика к пику, которая измеряет абсолютную разницу между точкой высокого и низкого напряжения сигнала.С другой стороны, пиковая амплитуда измеряет только то, насколько высокий или низкий сигнал превышает 0В.
    • Максимальное и минимальное напряжения — Прицел может точно сказать, насколько высоко и низко напряжение вашего сигнала.
    • Среднее и среднее напряжения — Осциллографы могут рассчитать среднее или среднее значение вашего сигнала, а также подсчитать среднее значение минимального и максимального напряжения вашего сигнала.

Когда использовать O-Scope

o-scope полезен в различных ситуациях поиска и устранения неисправностей, в том числе:

  • Определение частоты и амплитуды сигнала, которые могут иметь решающее значение при отладке входа, выхода или внутренних систем.Исходя из этого, вы можете определить, неисправен ли компонент в вашей цепи.
  • Определение количества шума в вашей цепи.
  • Идентификация формы волны — синус, квадрат, треугольник, пилообразный, сложный и т. Д.
  • Количественная оценка разности фаз между двумя разными сигналами.

Осциллограф

Лексикон

Изучение, как использовать осциллограф, означает ознакомление с целым словарем терминов.На этой странице мы представим некоторые важные умные слова из области видимости, с которыми вам следует ознакомиться, прежде чем включать их.

Основные характеристики осциллографа

Некоторые прицелы лучше, чем другие. Эти характеристики помогают определить, насколько хорошо вы можете ожидать, чтобы область работала:

  • Полоса пропускания — Осциллографы чаще всего используются для измерения сигналов с определенной частотой. Однако ни одна сфера применения не идеальна: у всех есть пределы того, насколько быстро они могут видеть изменение сигнала.Полоса пропускания области определяет диапазон частот, которые она может надежно измерить.
  • Цифровой и аналоговый — Как и в большинстве электронных устройств, оптические приборы могут быть аналоговыми или цифровыми. Аналоговые области используют электронный луч, чтобы непосредственно отобразить входное напряжение на дисплей. Цифровые приборы включают микроконтроллеры, которые дискретизируют входной сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя и отображают это показание на дисплее. Как правило, аналоговые области являются более старыми, имеют меньшую пропускную способность и меньше функций, но они могут иметь более быстрый отклик (и выглядят намного круче).
  • Количество каналов — Многие области могут считывать более одного сигнала за раз, отображая их все на экране одновременно. Каждый сигнал, считываемый областью, подается в отдельный канал. От двух до четырех каналов очень распространены.
  • Частота дискретизации — Эта характеристика уникальна для цифровых областей, она определяет, сколько раз в секунду считывается сигнал. Для областей, которые имеют более одного канала, это значение может уменьшиться, если используется несколько каналов.
  • Время нарастания — Указанное время нарастания прицела определяет самый быстрый импульс нарастания, который он может измерить. Время нарастания области очень тесно связано с пропускной способностью. Его можно рассчитать как Rise Time = 0,35 / Пропускная способность .
  • Максимальное входное напряжение — Каждый элемент электроники имеет свои пределы, когда речь идет о высоком напряжении. Все области должны быть рассчитаны на максимальное входное напряжение. Если ваш сигнал превышает это напряжение, есть большая вероятность, что прицел будет поврежден.
  • Разрешение — Разрешение области действия показывает, насколько точно она может измерять входное напряжение. Это значение может изменяться при настройке вертикальной шкалы.
  • Вертикальная чувствительность — Это значение представляет минимальное и максимальное значения вашей вертикальной шкалы напряжения. Это значение указано в вольтах на дел.
  • Временная база — Временная база обычно указывает диапазон чувствительности на горизонтальной оси времени. Это значение указывается в секундах на деление.
  • Входной импеданс — Когда частоты сигнала становятся очень высокими, даже небольшой импеданс (сопротивление, емкость или индуктивность), добавленный к цепи, может повлиять на сигнал. Каждый осциллограф добавляет определенный импеданс к цепи, которую он читает, называемый входным импедансом. Входные импедансы обычно представляются в виде большого резистивного сопротивления (> 1 МОм) параллельно (||) с небольшой емкостью (в диапазоне пФ). Влияние входного импеданса более заметно при измерении очень высокочастотных сигналов, и используемый вами датчик может помочь компенсировать его.

Используя GA1102CAL в качестве примера, вот спецификации, которые вы могли бы ожидать от среднего диапазона:

Характеристика Значение
Полоса пропускания 100 МГц
Частота дискретизации 1 ГГц / с (1E9 выборок в секунду)
Время нарастания
Количество каналов 2
Максимальное входное напряжение 400 В
Резолюция 8-бит
Вертикальная чувствительность 2 мВ / дел — 5 В / дел
База времени 2 нс / дел — 50 с / дел
Входной импеданс 1 МОм ± 3% || 16 пФ ± 3 пФ

Понимая эти характеристики, вы сможете выбрать осциллограф, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям.Но вы все равно должны знать, как его использовать … на следующей странице!


Анатомия O-Scope

Хотя ни одна из областей не создается точно такой же, все они должны иметь несколько общих черт, которые заставляют их функционировать аналогично. На этой странице мы обсудим несколько наиболее распространенных систем осциллографа: дисплей, горизонтальный, вертикальный, триггер и входы.

Дисплей

Осциллограф бесполезен, если он не может отображать информацию, которую вы пытаетесь проверить, что делает отображение одним из наиболее важных разделов в области.

Каждый дисплей осциллографа должен пересекаться горизонтальными и вертикальными линиями, называемыми делениями . Масштаб этих делений модифицируется горизонтальной и вертикальной системами. Вертикальная система измеряется в «вольтах на деление», а горизонтальная «секундах на деление». Как правило, области охватывают около 8-10 вертикальных (напряжение) делений и 10-14 горизонтальных (секунд) делений.

У более старых областей (особенно у аналоговой разновидности) обычно имеется простой монохромный дисплей, хотя интенсивность волны может варьироваться.Более современные оптические прицелы оснащены многоцветными жидкокристаллическими экранами, которые помогают показывать более одного сигнала одновременно.

Многие дисплеи области видимости расположены рядом с набором из примерно пяти кнопок — либо сбоку, либо под дисплеем. Эти кнопки можно использовать для навигации по меню и управления настройками прицела.

Вертикальная система

Вертикальная секция прицела контролирует шкалу напряжения на дисплее. В этом разделе традиционно есть две ручки, которые позволяют вам индивидуально контролировать вертикальное положение и вольт / дел.

Более критическое значение вольт на деление Регулятор позволяет установить вертикальную шкалу на экране. Вращение ручки по часовой стрелке уменьшит масштаб, а против часовой стрелки увеличится. Меньший масштаб — меньше вольт на деление на экране — означает, что вы будете больше «приближаться» к форме волны.

Дисплей на GA1102, например, имеет 8 вертикальных делений, а ручка Volts / Div может выбирать шкалу от 2 мВ / дел до 5 В / дел. Таким образом, при увеличении до 2 мВ / дел дисплей может отображать форму волны, которая составляет 16 мВ сверху вниз.Полностью «уменьшенный» прицел может отображать форму волны в диапазоне более 40 В. (Зонд, как мы обсудим ниже, может еще больше увеличить этот диапазон.)

Регулятор положения управляет вертикальным смещением осциллограммы на экране. Поверните ручку по часовой стрелке, и волна будет двигаться вниз, против часовой стрелки сдвинет ее вверх по дисплею. Вы можете использовать ручку позиционирования, чтобы сместить часть сигнала за пределы экрана.

Используя ручки позиционирования и регуляторы volts / div вместе, вы можете увеличить только крошечную часть сигнала, которая вас больше всего волнует.Если у вас была прямоугольная волна 5 В, но вы заботились только о том, сколько она звенит по краям, вы можете увеличить нарастающий фронт, используя обе ручки.

Горизонтальная система

Горизонтальный участок прицела управляет шкалой времени на экране. Как и вертикальная система, горизонтальное управление дает вам две ручки: положение и секунды / дел.

Ручка на деление (с / дел) вращается для увеличения или уменьшения горизонтальной шкалы.Если вы поворачиваете ручку s / div по часовой стрелке, количество секунд, которое представляет каждое деление, уменьшится — вы будете «увеличивать» масштаб времени. Поверните против часовой стрелки, чтобы увеличить шкалу времени, и покажите на экране более длительное время.

Снова используя GA1102 в качестве примера, дисплей имеет 14 горизонтальных делений и может отображать от 2 нс до 50 с на деление. При увеличении до горизонтального масштаба область действия может отображать 28 нс сигнала, а при увеличении — сигнал может меняться в течение 700 секунд.

Регулятор положения может перемещать вашу кривую вправо или влево от дисплея, регулируя горизонтальное смещение .

Используя горизонтальную систему, вы можете настроить , сколько периодов формы волны вы хотите увидеть. Вы можете уменьшить масштаб и показать несколько пиков и впадин сигнала:

Или вы можете увеличить масштаб и использовать ручку позиционирования, чтобы показать только крошечную часть волны:

Система запуска

Секция триггера посвящена стабилизации и фокусировке осциллографа.Триггер сообщает прицелу, какие части сигнала «запустить» и начать измерение. Если ваша форма сигнала периодическая , триггером можно манипулировать, чтобы дисплей оставался неподвижным и непрерывным. Слабо вызванная волна приведет к появлению захватывающих волн, подобных этой:

Секция триггера области обычно состоит из ручки уровня и набора кнопок для выбора источника и типа триггера. Регулятор уровня можно поворачивать для установки триггера на определенную точку напряжения.

Ряд кнопок и экранных меню составляют остальную часть триггерной системы. Их основное назначение — выбрать источник и режим триггера. Существует множество типов триггеров , которые управляют активацией триггера:

  • Триггер с фронтом является наиболее простой формой триггера. Он включит осциллограф, чтобы начать измерение, когда напряжение сигнала пройдет определенный уровень. Триггер края может быть установлен, чтобы поймать нарастающий или падающий фронт (или оба).
  • Триггер с импульсом указывает прибору на определенный «импульс» напряжения. Вы можете указать длительность и направление импульса. Например, это может быть крошечная вспышка 0 В -> 5 В -> 0 В, или это может быть падение в течение секунды от 5 В до 0 В, вплоть до 5 В.
  • Триггер может быть настроен на срабатывание при положительном или отрицательном наклоне в течение заданного промежутка времени.
  • Существуют более сложные триггеры, предназначенные для стандартизированных сигналов, которые переносят видеоданные, например NTSC или PAL .Эти волны используют уникальный шаблон синхронизации в начале каждого кадра.

Обычно вы также можете выбрать режим запуска , который, по сути, говорит о том, насколько сильно вы относитесь к своему триггеру. В режиме автоматического запуска прицел может попытаться нарисовать ваш сигнал, даже если он не запускается. Нормальный режим будет рисовать вашу волну, только если видит указанный триггер. А , одиночный режим, ищет указанный вами триггер, когда он его видит, он нарисует вашу волну, а затем остановится.

Зонды

Осциллограф хорош, только если вы действительно можете подключить его к сигналу, и для этого вам нужны пробники. Зонды — это устройства с одним входом, которые направляют сигнал от вашей цепи в прицел. У них острый наконечник , который зондирует точку на вашей схеме. Наконечник также может быть оснащен крючками, пинцетом или зажимами для облегчения фиксации цепи. Каждый зонд также имеет зажим заземления , который должен быть надежно закреплен на общей точке заземления в тестируемой цепи.

Хотя датчики могут показаться простыми устройствами, которые просто защелкиваются на вашей цепи и передают сигнал в прицел, на самом деле многое зависит от конструкции и выбора датчика.

Оптимально, какой именно датчик должен быть, невидим — он не должен влиять на тестируемый сигнал. К сожалению, все длинные провода имеют собственную индуктивность, емкость и сопротивление, поэтому, несмотря ни на что, они влияют на показания области (особенно на высоких частотах).

Существуют различные типы зондов, наиболее распространенным из которых является пассивный пробник , включенный в большинство областей применения.Большинство «стандартных» пассивных проб — , ослабленные — . Зонды затухания имеют большое сопротивление, специально встроенное и шунтируемое небольшим конденсатором, что помогает минимизировать влияние длинного кабеля на нагрузку вашей цепи. Последовательно с входным импедансом прицела, этот ослабленный пробник создаст делитель напряжения между вашим сигналом и входом прицела.

Большинство пробников имеют резистор 9 МОм для ослабления, который в сочетании со стандартным входным сопротивлением 1 МОм на прицеле создает делитель напряжения 1/10.Эти зонды обычно называют 10X ослабленными зондами . Многие датчики включают переключатель для выбора между 10X и 1X (без ослабления).

Ослабленные датчики отлично подходят для повышения точности на высоких частотах, но они также уменьшат амплитуду вашего сигнала на . Если вы пытаетесь измерить сигнал очень низкого напряжения, вам, возможно, придется использовать 1X пробник. Вам также может понадобиться выбрать настройку в своей области, чтобы сообщить, что вы используете ослабленный пробник, хотя многие области могут автоматически определять это.

Помимо пассивного аттенуированного зонда, существует множество других зондов. Активные пробники — это пробники с питанием (для них требуется отдельный источник питания), которые могут усилить ваш сигнал или даже предварительно обработать его, прежде чем он попадет в вашу область. Хотя большинство датчиков предназначено для измерения напряжения, существуют датчики, предназначенные для измерения переменного или постоянного тока. Токовые пробники уникальны, потому что они часто зажимают вокруг провода, фактически никогда не соприкасаясь с цепью.


Использование осциллографа

Бесконечное разнообразие сигналов означает, что вы никогда не будете использовать осциллограф дважды. Но есть некоторые шаги, которые вы можете рассчитывать выполнять почти каждый раз, когда тестируете схему. На этой странице мы покажем пример сигнала и шаги, необходимые для его измерения.

Выбор и настройка зондов

Прежде всего, вам нужно выбрать пробник. Для большинства сигналов простой пассивный пробник , входящий в комплект вашей прицелы, будет работать идеально.

Затем, прежде чем подключить его к вашему прицелу, установите затухание на вашем зонде. 10X — самый распространенный коэффициент ослабления — обычно является наиболее подходящим выбором. Если вы пытаетесь измерить сигнал очень низкого напряжения, возможно, вам придется использовать 1X.

Подключите пробник и включите прицел

Подключите датчик к первому каналу на вашем прицеле и включите его. Имейте здесь некоторое терпение, некоторые области загружаются так же долго, как старый ПК.

Когда прицел загрузится, вы должны увидеть деления, масштаб и зашумленную плоскую линию сигнала.

На экране также должны отображаться предварительно установленные значения времени и вольт на деление. Пока игнорируем эти шкалы, внесите эти корректировки, чтобы настроить ваш прицел на стандартную настройку :

  • Выключите канал 1 на и канал 2.
  • Установите канал 1 на DC переходник .
  • Установите источник запуска на канал 1 — нет запуска внешнего источника или запуска по альтернативному каналу.
  • Установите тип триггера на передний фронт, а режим триггера на автоматический (в отличие от одиночного).
  • Убедитесь, что затухание зонда на вашем прицеле соответствует настройке вашего зонда (например, 1X, 10X).

Для получения справки по выполнению этих настроек обратитесь к руководству пользователя вашего прицела (например, вот руководство GA1102CAL).

Тестирование зонда

Давайте подключим этот канал к значимому сигналу. Большинство областей применения имеют встроенный генератор частоты , который излучает надежную волну заданной частоты — на GA1102CAL имеется прямоугольный выходной сигнал 1 кГц в правом нижнем углу передней панели.Выход генератора частоты имеет два отдельных проводника — один для сигнала и один для заземления. Подсоедините зажим заземления вашего датчика к земле, а наконечник пробника к выходу сигнала.

Как только вы подключите обе части зонда, вы увидите, как вокруг экрана начинает танцевать сигнал. Попробуйте поиграть с горизонтальными и вертикальными системными ручками , чтобы маневрировать по всему экрану. Вращение ручек шкалы по часовой стрелке «увеличит» ваш сигнал, а против часовой стрелки уменьшит масштаб.Вы также можете использовать ручку позиционирования для дальнейшего определения формы волны.

Если ваша волна все еще нестабильна, попробуйте повернуть ручку в положении . Убедитесь, что триггер не выше самого высокого пика вашего сигнала . По умолчанию тип триггера должен быть установлен на ребро, что обычно является хорошим выбором для прямоугольных волн, подобных этой.

Попробуйте поиграть с этими ручками достаточно, чтобы отобразить один период вашей волны на экране.

Или попробуйте уменьшить масштаб времени, чтобы показать десятки квадратов.

Компенсация ослабленного зонда

Если ваш датчик установлен на 10X, и у вас нет идеально квадратной формы волны, как показано выше, вам может потребоваться , чтобы компенсировать ваш датчик . Большинство зондов имеют утопленную головку винта, которую можно вращать для регулировки шунтирующей емкости зонда.

Попробуйте использовать маленькую отвертку, чтобы повернуть этот триммер, и посмотрите, что происходит с осциллограммой.

Отрегулируйте подравнивающий колпачок на рукоятке зонда, пока не получите прямоугольных волны с прямыми кромками .Компенсация необходима только в том случае, если ваш зонд ослаблен (например, в 10 раз), и в этом случае это критично (особенно если вы не знаете, кто последний использовал ваш прицел!).

Советы по зондированию, запуску и масштабированию

После того, как вы компенсировали свой датчик, пришло время измерить реальный сигнал! Найдите источник сигнала (генератор частоты? Terror-Min?) И возвращайтесь.

Первым ключом к исследованию сигнала является нахождение надежной и надежной точки заземления . Прикрепите зажим заземления к известному заземлению, иногда вам, возможно, придется использовать небольшой провод для соединения между зажимом заземления и точкой заземления вашей цепи.Затем подключите наконечник зонда к тестируемому сигналу. Наконечники пробников существуют в различных форм-факторах — подпружиненный зажим, острие, крючки и т. Д. — попробуйте найти такой, который не требует, чтобы вы постоянно держали его на месте.

⚡ Направляйся! Будьте осторожны, где вы размещаете заземляющий зажим при проверке неизолированной цепи (например, не с батарейным питанием или с использованием изолированного источника питания). При проверке цепи, которая заземлена на заземление, обязательно подключите зажим заземления к той стороне цепи , которая подключена к заземлению .Это почти всегда отрицательная сторона / сторона заземления цепи, но иногда это может быть другая точка. Если точка, к которой подключен зажим заземления, имеет разность потенциалов напряжения, вы создадите прямое короткое замыкание и можете повредить вашу цепь, ваш осциллограф и, возможно, себя! Для дополнительной безопасности при тестировании цепей, подключенных к сети, подключите его к источнику питания через изолирующий трансформатор.

Как только ваш сигнал появится на экране, вы можете начать с настройки горизонтальной и вертикальной шкал, по крайней мере, на «приблизительный уровень» вашего сигнала.Если вы исследуете прямоугольную волну 5 В 1 кГц, вам, вероятно, понадобится вольт / деление где-то около 0,5-1 В, и установите секунды / деление примерно на 100 мкс (14 делений будут показывать около полутора периодов).

Если часть вашей волны поднимается или опускается на экране, вы можете отрегулировать вертикальное положение на , чтобы переместить его вверх или вниз. Если ваш сигнал только постоянного тока, вы можете отрегулировать уровень 0 В в нижней части дисплея.

После того, как весы приблизятся, ваша форма волны может нуждаться в некотором срабатывании. Запуск по краю — где прицел пытается начать сканирование, когда видит, что напряжение (или падение) превышает заданное значение — это самый простой тип для использования. Используя граничный триггер, попытайтесь установить уровень триггера на точку на вашей форме волны, которая видит только один раз за период .

Теперь достаточно масштабировать, позиционировать, запускать и повторять , пока вы не найдете именно то, что вам нужно.

Измерь дважды, отрежь один раз

С сигналом, ограниченным, сработавшим и масштабированным, наступает время для измерения переходных процессов, периодов и других свойств формы сигнала.Некоторые области имеют больше инструментов измерения, чем другие, но все они по крайней мере будут иметь деления, из которых вы сможете по крайней мере оценить амплитуду и частоту.

Многие прицелы поддерживают различные автоматические измерительные инструменты, они могут даже постоянно отображать самую важную информацию, такую ​​как частота. Чтобы получить максимальную отдачу от своей области, вы захотите изучить все функции измерения , которые он поддерживает. Большинство областей автоматически рассчитают для вас частоту, амплитуду, коэффициент заполнения, среднее напряжение и множество других волновых характеристик.

Использование измерительных инструментов прицела для определения V PP , V Max , частоты, периода и рабочего цикла.

Третий измерительный инструмент, который предоставляют многие области, — это курсора, . Курсоры — это подвижные маркеры на экране, которые можно размещать на оси времени или напряжения. Курсоры обычно идут парами, поэтому вы можете измерить разницу между ними.

Измерение звона прямоугольной волны с помощью курсоров.

После того, как вы измерили искомое количество, вы можете начать вносить коррективы в свою схему и измерить еще! Некоторые области также поддерживают , сохраняя , , печатая , или , сохраняя сигнал, так что вы можете вспомнить его и вспомнить те хорошие времена, когда вы измеряли этот сигнал.

Чтобы узнать больше о том, что может сделать ваш прицел, обратитесь к руководству пользователя!


Почему нет цифрового осциллографа для Macbooks и iPad?

Этим летом я немного поигрался с электронным оборудованием (чем я не занимался с тех пор, как ушел из области компьютерной инженерии), и мне хотелось иметь дома осциллограф. Мне не нужен один из огромных старых осциллографов с ЭЛТ, вроде Heathkit, который мы с братом собирали в детстве (номер модели не помню, но, заглянув в виртуальный музей Heathkit, я думаю, что это был OM-11. ). Мне также не нужны маленькие карманные осциллографы, похожие на графические калькуляторы, с такими же некачественными экранами и неудобными интерфейсами.

Я бы хотел USB-устройство, которое обрабатывает аналоговую часть цифрового хранилища, которое подключается к моему портативному компьютеру и использует ноутбук для хранения, обработки и отображения сигналов. На рынке представлены десятки USB-осциллографов, но, насколько я могу судить, ни у одного из них не было программного обеспечения, которое могло бы работать под Mac OS X. Я нашел это немного удивительным, поскольку машины Mac OS X намного популярнее среди компьютеров. ученые и биоинформатики, чем машины с Windows, и я подумал, что компьютерные инженеры создали бы рынок USB-прицелов для Macbook.Это правда, что большинство студентов и преподавателей EE, которых я знаю, которые могли бы разработать аналоговую электронику для USB-осциллографа, не обладают способностями к программированию для разработки мультиплатформенного программного обеспечения. Я предполагаю, что небольшие компании, продающие цифровые прицелы, не имеют ресурсов для найма двух инженеров (одного для разработки оборудования, другого для разработки программного обеспечения), и поэтому они довольствуются неполноценными проектами, которые работают только в одной операционной системе. ,

Я думаю, что существует рынок USB-осциллографов, которые могут работать с любой из распространенных платформ ноутбуков (Windows, Mac OS X и Linux).Фактически, полностью программное решение, которое работает с несколькими существующими аппаратными USB-устройствами, было бы идеальным. Мне это кажется отличным проектом для студента-информатика, которому нравится писать драйверы устройств и разрабатывать протоколы связи с аппаратным обеспечением, которое, вероятно, было разработано без учета потребностей инженеров-программистов.

Если кто-то ищет аппаратный проект, я думаю, что iPad выглядит как отличное устройство в качестве экрана осциллографа.Для этого потребуется цифровой накопитель, который не является USB-устройством, но использует странный разъем для iPad / iPhone / iPod. Вероятно, потребуется собственная аккумуляторная батарея, поскольку iPad не будет обеспечивать большой мощности. В настоящее время у меня нет iPad, и я не планирую его покупать, но если бы кто-то выпустил на его основе отличный осциллограф, я мог бы получить его только для этого приложения.

ОБНОВЛЕНИЕ: декабрь 2012 г.

Я купил USB-осциллограф, который действительно работает с Mac OS X (карманный анализатор BitScope).Скриншоты и комментарии при пороговых тестах FET с помощью Bitscope.

ОБНОВЛЕНИЕ: январь 2017 г.

Я купил намного лучший USB-осциллограф Analog Discovery 2 от Digilent, который работает с компьютерами Mac, Windows и Linux. И аппаратное, и программное обеспечение намного лучше, чем BitScope (который не сильно улучшился за прошедшие 4 года). У Digilent также есть отличная академическая дисконтная программа. У меня есть серия постов с использованием Analog Discovery 2.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Похожие

.

»Нужен ли мне осциллограф? »JeeLabs

Как я уже упоминал ранее, осциллограф — довольно изящное испытательное оборудование. Это также может быть очень дорого.

Следующий комментарий из моей серии об осциллографах по-прежнему является хорошим обзором того, о чем идет речь, IMO:

Осциллографы

— это «принт» в мире электроники. Без «осциллографа» вы можете только предсказать и сделать выводы, что происходит в цепи, но не проверить это (не говоря уже о том, чтобы «увидеть»).Вот что делает осциллограф: по вертикальной оси вы видите, что происходит, по горизонтальной оси вы видите, когда это происходит. Это вольтметр плюс машина времени.

Это не значит, что вы ничего не сможете сделать в Physical Computing без . Простой мультиметр намного дешевле и позволит вам долго выяснить электрическое поведение цепи, не говоря уже о поиске коротких замыканий и ошибок подключения. Итак, первое, что вам нужно — это мультиметр, а не прицел.Всегда.

Проблема в том, что ATmega такие чертовски чертовски быстрые . Мы не можем наблюдать события в масштабе по их шкале времени , и что более важно: многие проблемы проносятся мимо нас и теряются, прежде чем мы успеем что-то увидеть!

Итак, я собираюсь несколько пересмотреть свой совет относительно осциллографов: если вы спаяете вместе комплекты и базовые компоненты, то да, мультиметра будет достаточно. Но если вы подключаете нетривиальные микросхемы и вам нужно отладить комбинацию аппаратного обеспечения и , тогда вам действительно понадобится вся помощь, которую вы можете получить.Будь то логический анализатор цифровых сигналов, шин и последовательностей импульсов, или прибор для исследования электрического поведения быстрой цепи.

Обратите внимание, что логический анализатор может быть намного дешевле осциллографа. Причина в том, что они электрически намного проще — им просто нужно собрать кучу цифровых логических уровней (быстро), в то время как осциллограф должен собирать гораздо более богатые сигналы (от милливольт до сотен вольт и со всеми видами обработки сигналов. чтобы убедиться, что вы видите настоящую вещь, а не какой-то артефакт самого инструмента).

Если вы немного следили за этим блогом, то в некоторых сообщениях видели немало снимков экрана прицела. Одно из наиболее важных применений моего прицела здесь, в JeeLabs, — это вычисление энергопотребления при попытке оптимизировать режим сверхнизкого энергопотребления JeeNode. Энергопотребление — вещь аналоговая, поэтому на помощь приходит прицел. И когда вы посмотрите на количество деталей, которые может показать современный осциллограф, становится ясно, что такой уровень понимания действительно исходит от такого инструмента. См. Недавнюю настройку Watchdog и анализ узла комнаты для некоторых примеров.

Означает ли это, что вам нужно выложить несколько тысяч долларов, чтобы сделать что-то подобное? Вовсе нет.

Во-первых, визуализация — это еще не все. Пару лет назад я использовал один JeeNode для измерения энергопотребления другого JeeNode, см. Сообщение о трекере энергопотребления и программное обеспечение для него. Возможно, меньше понимания и никаких забавных снимков экрана, но много информации, чтобы попытаться оптимизировать энергопотребление методом проб и ошибок. Просто настройте свой набросок и измеряйте снова и снова.

Второе замечание, которое я хотел бы отметить, это то, что такие измерения мощности довольно медленные, поэтому подойдет любой прицел . Даже модель с частотой 10 МГц сможет точно отображать изменения от одной микросекунды к другой.

Есть несколько способов получить такой «недорогой» осциллограф (не позволяйте этому термину вводить вас в заблуждение, любой осциллограф может быть чрезвычайно полезным, может быть очень полезным, если ситуация не меняется слишком быстро):

  • Ищите подержанный агрегат, многие из них часто можно найти на eBay.
  • Подумайте о том, чтобы приобрести прицел с подключением через USB, например DSO-2090.
  • Для ПК существует программное обеспечение для создания базового осциллографа с использованием звуковой карты.
  • Обратите внимание на ультра-крошечный Xmegalab, его стоимость меньше 50 долларов (плюс доставка).

Эти последние два варианта имеют более низкую стоимость, но более ограничены, поскольку на самом деле они не включают в себя полный «интерфейс» для обработки широкого диапазона входных напряжений. Для цепей с напряжением всего несколько вольт их все же может быть достаточно.

Нормальные «развернутые» аналоговые осциллографы подходят, но хранилище осциллографы (аналоговые или цифровые) значительно лучше, потому что вы можете «захватить» событие и сохранить его на экране для расследования.Однако такая функция будет стоить дороже.

Вот пример того, как подержанный прицел Tek 475 за 100 евро (аналоговый и не для хранения) можно использовать для измерения того же энергопотребления, что и в посте настройки Watchdog — это та же форма волны:

Были использованы два важных трюка: 1) сторожевой таймер срабатывает с частотой ≈ 60 Гц, поэтому осциллограф срабатывает постоянно, и 2) он запускается по одному импульсу, но отображает следующий , используя 10-кратное горизонтальное увеличение.

Экран выше показывает 2 мА и 200 мкс на деление.Вертикальный масштаб можно было бы увеличить еще больше, но для горизонтального я как бы нахожусь на пределе, если не начну использовать развертку с задержкой. Вот вся единица:

Ни хранилища, ни захвата экрана, ни USB-накопителя, поэтому для этого нужно было затемнить комнату и поставить камеру перед прицелом. Потребовалось несколько попыток, но эй — , можно так оценить энергопотребление!

Я пытаюсь сказать, что и вы, , можете выполнять такую ​​работу, вложив от 100 до 150 евро.

Если вы намереваетесь делать больше с электроникой (и позвольте мне вас заверить: такого рода дурака — рай для компьютерных фанатов и вызывает привыкание!), То подумайте о том, чтобы подождать еще немного, если это необходимо, и сэкономьте на Rigol или Owon объем. Эти «DSO» являются зрелыми, имеют массу полезных функций, и они могут хранить большого количества деталей (это «S» в DSO).

Это случай «если есть молоток, то все начинает походить на гвоздь»? Все, что я знаю, это то, что мое понимание сверхнизкого энергопотребления и оптимизации значительно улучшилось с момента приобретения осциллографа.

,

участков Боде на осциллографе

Графики

Боде — или графики частотных характеристик — встречаются практически в каждой литературе по высококачественному аудиооборудованию. Это простая идея — построить график зависимости частоты от амплитуды, но сделать один из этих графиков дома обычно означает использование звуковой карты, электронной таблицы Excel и мультиметра или какого-либо другого неэффективного решения. После аккуратного урока от [Дейва Джонса] [Эндрю] придумал очень простой способ создания графика Боде в реальном времени с помощью осциллографа, микроконтроллера и нескольких готовых деталей.

Основная идея импровизированного плоттера Боде [Дейва Джонса] состоит в том, чтобы сконфигурировать генератор частоты для вывода синусоидальной волны, которая нарастает в течение определенного периода времени. Пропустите эту синусоидальную волну через фильтр, и вы получите амплитуду на вертикальной оси вашего прицела и частоту на горизонтальной оси. Бум, вот твой сюжет Боде.

[Andrew] сделал [Dave] лучше, создав небольшую схему с Arduino и генератором синусоидальной волны AD9850. Правильно запрограммированный, AD9850 может увеличивать частоту синусоидальной волны с помощью выходных синхроимпульсов Arduino каждые десять или октаву частоты, в зависимости от того, хотите ли вы линейный или логарифмический график Боде.

Это изящный маленький инструмент, и когда дело доходит до создания испытательного оборудования из всего, что просто случается, когда мы лежим без дела, мы должны отдать его Эндрю за его действительно классную реализацию.

,

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *