Site Loader

Активный высокоомный щуп для цифрового осциллографа на амикроконтроллере

Измерительная техника

Главная  Радиолюбителю  Измерительная техника



Для повышения удобства пользования современными малогабаритными цифровыми осциллографами на основе микроконтроллера автор предлагает оснастить их активным высокоомным щупом, который оказывает меньшее влияние на измеряемые цепи.

Сегодня радиолюбители активно используют недорогие малогабаритные цифровые осциллографы на основе микроконтроллера и ЖКИ. Примером может служить осциллограф DSO138. Он выпускается уже сравнительно давно, и его можно приобрести относительно недорого и как готовое изделие, и как набор радиоэлементов (в том числе и с корпусом) для сборки. К слову, аналогичных осциллографов в продаже, наверное, не менее десятка.

В таких осциллографах обычно использован не самый производительный микроконтроллер, поэтому диапазон рабочих частот, как правило, не превышает нескольких сотен килогерц. Но подобные осциллографы смогут помочь в решении многих радиолюбительских задач. Например, они работают как измерители длительности импульсов, коэффициента заполнения, частотомеры и вольтметры. Повысить потребительские качества таких осциллографов поможет высокоомный щуп, который при проведении измерений оказывает существенно меньшее влияние на контролируемый узел, чем обычный измерительный щуп или щуп с резистивным пробником-делителем.

Для активного щупа был применен ОУ структуры Rail-to-Rail AD823AR, который имеет высокое входное сопротивление 1013 Ом (10 ТОм), весьма широкий диапазон частот (частота единичного усиления — 16 МГц), малые напряжение смещения, уровень собственных шумов и искажений, а также способность работать на ёмкостную нагрузку до 500 пФ. Последнее — это то, что как раз нужно при работе на коаксиальный кабель длиной 1…2 м и высокоомную нагрузку (входное сопротивление осциллографа — около 1 МОм). Потребляемый Оу ток — около 5 мА, что позволит запитать его непосредственно от платы осциллографа.

Схема устройства показана на рис. 1. Поскольку в корпусе микросхемы два ОУ, было решено использовать оба. Первый из них — DA1.1 — работает как повторитель напряжения, а второй — как неинвертирующий усилитель и компенсирует ослабление сигнала в резистивно-ёмкостном делителе R1R2R3R4C1. Но при желании можно использовать и один ОУ Когда контакты выключателя SA1 разомкнуты, на вход ОУ DA1.1 поступает только переменная составляю-постоянная. Щуп работает без искажений сигнала в интервале входных напряжений от -5 до +5 В.

Рис. 1. Схема устройства

Резистором R5 устанавливают общий коэффициент усиления щупа равным единице. Конденсатор С1 — компенсирующий, с его помощью выравнивают АЧХ щупа на верхних частотах. Конденсатор С2 — разделительный, С3 и С4 — блокировочные по питанию. За счёт большого входного сопротивления ОУ общее входное сопротивление щупа на постоянном токе близко к 30 МОм, на переменном оно немного меньше из-за шунтирования резисторов R1 и R2 конденсатором С1. Входная ёмкость щупа — несколько пикофарад.

Большинство элементов смонтированы на печатной плате из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Её чертёж и расположение элементов показаны на рис. 2. С помощью отрезков лужёного провода через отверстия в плате и пазы по её краям соединяют металлизированные площадки противоположных сторон.

Рис. 2. Чертёж печатной платы и расположение элементов на ней

В щупе применены постоянные резисторы R1-R3 — МЛТ, R4 — КВМ, КИМ, КЛМ, С2-33НВ, подстроечный — PVZ3A. Оксидные конденсаторы — танталовые для поверхностного монтажа типоразмера А или В, конденсатор С2 — для поверхностного монтажа типоразмера 1206, подстроечный конденсатор желательно применить керамический малогабаритный, например CTC-05RSM, у него меньше сопротивление утечки и, как правило, больше номинальное напряжение. Выключатель SA1-любой малогабаритный движковый или переключатель на два положения.

Плата размещена в пластмассовом корпусе от шариковой авторучки (рис. 3). Собственно щуп XP1 — это стальная швейная игла, припаянная к металлизированной площадке платы. Для движка выключателя (или переключателя) в корпусе сделано прямоугольное отверстие. Сигнальный коаксиальный ВЧ-кабель (любой тонкий гибкий) и два провода питания выведены через отверстие в корпусе со стороны, противоположной щупу. На плате осциллографа DSO138 рядом с входным разъёмом есть контрольные точки — отверстия, в которые можно впаять контакты для подключения проводов питания (рис. 4). Чтобы не перепутать полярность питающих напряжений, на плату осциллографа желательно установить одно гнездо и один штырь и снабдить провода питания ответными разъёмами соответственно.

Рис. 3. Пластмассовый корпус

Рис. 4. Сборка устройства

Следует отметить, что резисторы R1-R3 обеспечивают защиту входа ОУ от перегрузки по напряжению и току, поскольку в случае электрического обратимого пробоя полупроводниковых элементов в составе ОУ эти резисторы ограничивают ток до безопасного уровня. Для экспериментальной проверки на вход щупа подавалось напряжение амплитудой 30 В. Выходной сигнал, конечно же, искажался, но щуп не вышел из строя.

Налаживание сводится к установке коэффициента передачи, а также корректировке АЧХ на верхней частоте. Коэффициент передачи устанавливают на постоянном токе. Для этого на вход щупа подают постоянное напряжение в интервале 1…2 В. Измеряя постоянное напряжение на выходе щупа, резистором R5 уравнивают выходное и входное напряжения. Затем подают переменное напряжение частотой 1 кГц и амплитудой около 1 В. Увеличивают частоту до максимальной для этого осциллографа (амплитуда входного напряжения должна оставаться неизменной) и подстроечным конденсатором С1 добиваются равенства входного и выходного напряжений.

Входное сопротивление щупа можно увеличить в несколько раз. Для этого сопротивление резисторов R1-R4 необходимо пропорционально увеличить.

Чертёж печатной платы в формате Sprint-Layout имеется здесь.

Автор: И. Нечаев, г. Москва

Дата публикации: 16.04.2019

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:


ВХОДНЫЕ УЗЛЫ САМОДЕЛЬНЫХ ОСЦИЛЛОГРАФОВ

Этот обзор предназначен для людей, ставящих своей целью построение самодельных осциллографов низкого и среднего уровней сложности. Как правило цифровых, благо современная элементная база (микроконтроллеры) позволяют делать их не слишком сложными. Но и для аналоговых осциллографов многое из нижесказанного вполне применимо.

Данный обзор суммирует опыт, приобретенный мной при пробах и изготовлении более десяти (примерно 15) осциллографов.

Схемотехника построения осциллографов может быть самой различной, поэтому данный обзор не претендует на бесспорность и отражает лишь мой взгляд и мой опыт.

Итак. Для многих радиолюбительских задач считаю, что осциллограф должен позволять рассматривать сигналы с уровнем от 5-20 милливольт, до нескольких десятков вольт.

Чувствительность в милливольтах позволит отлавливать помехи и настраивать фильтры в цепях различных устройств и блоках питания.

Чувствительность в десятки вольт нужна при наладке и диагностике различных блоков питания, особенно импульсных.

Да и многие другие устройства значительно проще налаживать имея осциллограф.

Исходя из этого и получаем требования к входному аттенюатору. Я буду рассматривать аттенюатор, построенный на механических переключателях. Почему — объясню несколько позже.

К сожалению значительное количество ступеней делителя требует применения галетных переключателей. А они как правило весьма габаритны и плохо вписываются в миниатюрные любительские конструкции.

Из наиболее доступных и распространенных встречаются переключатели на три положения. Вот на них и будем ориентироваться.

Схемы входных аттенюаторов

Пожалуй наиболее часто встречается входной аттенюатор (делитель), собранный по схеме, приведенной на рисунке 1.

Схема может быть нарисована по разному, это не принципиально. Зачастую вместо переключателя используют специальные микросхемы – мультиплексоры, суть от этого не меняется. Просто вместо механики, используют микросхему, имеющую цифровое управление и позволяющую реализовать большее количество ступеней делителя, да еще и управляется это все счастье программно, кнопками.

Удобно вроде. Правда есть жирное «НО» в этом деле. При настройке осциллографа обычно подают на его вход прямоугольный сигнал и настраивают емкость С1 и С3, добиваясь плоских вершин импульсов. Примерно вот так. (Здесь и далее идут скриншоты из программы «Мультисим 12»).

Настройка обычно производится один раз. На одном конкретном диапазоне чувствительности. И на этом считается законченной.

Но вот при переключении на другие диапазоны чувствительности, при рассмотрении сигналов с другим напряжением, нас как правило ожидает проблема. Мы вместо прямоугольника можем увидеть такое:

Или такое:

И только конденсаторами С2 и С4 по схеме 1, не меняя настройки конденсатора С1, нам не удается никак это скомпенсировать.

Должен заметить, что на последних двух картинках изображены еще достаточно простые случаи, относительно понятные. А могут быть и куда круче. Вплоть до полной невменяемости. Что делать? Каждый раз настраивать С1? По моему опыту, многие просто даже не обращают внимания на этот нюанс настройки. Ну и в результате видят неизвестно что.

Конечно я не готов утверждать, что в принципе невозможно подобрать конфигурацию корректирующих цепей, составляя отдельные резисторы делителя из нескольких последовательно, со своими компенсирующими емкостями на каждом. Просто мне это не удалось. Ни в железе, ни в Мультисиме.

Чтобы избавиться от данного недостатка лучше применять другую схему входного аттенюатора. По рисунку 2.

Отличие от первой только в том, что переключается не только нижнее плечо делителя, но и верхнее. И частотно компенсирующая емкость для верхнего плеча каждого из делителей настраивается отдельно.

То есть при переключении диапазонов чувствительности картинка прямоугольного импульса меняться не будет.  Как мы настроим каждый диапазон отдельно, так это и будет работать.

Но. Эта схема требует уже переключателя с двумя группами контактов. И для верхнего плеча уже в принципе невозможно применить мультиплексоры. Потому, что там действуют уже входные напряжения осциллографа. Т.е. программное управление затруднено.

Можно конечно применить мультиплексоры с электромагнитными реле на выходах и применять аттенюатор по схеме 2, но это вызовет резкий рост габаритов и энергопотребления осциллографа, что весьма нездорово для устройств с батарейным питанием.

Это и определяет то обстоятельство, что я считаю оптимальными именно механические переключатели. О чем упоминал выше.

Как вариант можно применить принцип как в DSO-138 и его последователях.

Клик для увеличения

Та же схема 2, но резисторы верхнего плеча соединены между собой. Но за это придется расплачиваться уменьшением входного сопротивления на диапазоне с максимальной чувствительностью. Из-за влияния ступеней делителя друг на друга.

Словом, на сегодняшний день, считаю оптимальным для несложных самодельных осциллографов использовать входной аттенюатор (делитель) по схеме 2.

Переключение диапазонов

И здесь мы подходим ко второй проблеме этого дела. Трех ступеней делителя НЕДОСТАТОЧНО. Получается, что наименьшие сигналы будет трудно рассмотреть и требуется дополнительное переключение либо растяжка по вертикали.

Можно применить галетники. Но это габариты, сопоставимые с габаритами самого ослика. Наименьший, что у меня есть – на 5 положений 2 направления, размерами чуть длиннее подстроечного советского резистора. Но 5 положений тоже мало, да и он выдран из японской техники очень давно и аналогов мне больше не попадалось. Не путь.

Последний из построенных мной осциллографов это «Осциллограф на микроконтроллере ATMEGA32А» с сайта bezkz. Его особенность в том, что он имеет программную растяжку 2 раза в 2 раза. То есть способен растягивать картинку в 2 и 4 раза. 

С трехпозиционным переключателем диапазонов чувствительности получается всего 9 положений. И они достаточно неплохо друг друга перекрывают. Я применил в нем входной аттенюатор на одной плате с усилителем на AD823. Естественно с цепями защиты и т.д.

Еще один вариант осциллографа, который нацеливаюсь переделать, это VirtOS в версии от VetalST под дисплей LS020. Он у меня уже реализован в металле, но диапазон чувствительности (1 вольт на деление, от 2 до 8 делений на экран) не устраивает.

В нем есть программная растяжка в 2 раза и потенциометром еще в 2 раза. Т.е. снова два раза по два, как в «Электрике». Правда переключение уже будет не столь удобное. Но этот ослик мне симпатичен и очень хотел бы довести его до ума. Планирую добавить в него усилитель с аттенюатором и расширить диапазон в 100 раз вниз. Ну а щуп с делителем на 10 — повышает диапазон вверх.

Можно еще также рассмотреть входные усилители на ОУ. Особенности их применения. С конкретными схемами узлов и печатными платами. Но это уже тема для следующей статьи. А пока призываю тех, кто планирует разработку несложных осциллографов, отдать предпочтение все же механическим переключателям во входных делителях. 

Для начинающих радиолюбителей такие схемы куда проще в изготовлении и настройке. И на практике мне лично куда удобнее переключать диапазоны просто щелкая переключателями, а не прыгать по пунктам меню кнопками, либо энкодерами. Специально для сайта Радиосхемы — Тришин Александр Олегович. Г. Комсомольск-на Амуре.

   Форум

   Обсудить статью ВХОДНЫЕ УЗЛЫ САМОДЕЛЬНЫХ ОСЦИЛЛОГРАФОВ


Как работает и что показывает осциллограф

Некоторое время назад я публиковал обзор набора, который позволяет собрать простой осциллограф. Все бы ничего, но у него был сильно ограничена частота измеряемого сигнала. Не скажу, что обозреваемый приборчик намного круче, но у него заявлена полоса пропускания до 4 МГц.
Посмотрим что это такое и как оно работает 🙂

Данный осциллограф изначально даже на странице продавца позиционируется как вариант для обучения, т.е. рассчитан на неподготовленного, начинающего пользователя, который сильно далек от управления более «навороченными» моделями и вполне может запутаться.

Для начала технические характеристики, сразу извиняюсь за местами кривой перевод.
Частота выборки: 20MSa / s
Аналоговая полоса пропускания: 4 МГц
Точность выборки: 8 бит
Размер кэша: 650 байт
Вертикальная чувствительность: 10 мВ / дел ~ 5 В / дел (прогрессивная на 1-2-5)

Горизонтальная скорость сканирования: 1.5us / div ~ 6ms / div (по 1-2-5 прогрессивным образом)
Дисплей: 2,4-дюймовый TFT 320X240 (чип драйвера ILI9325)
Входное сопротивление: 1MОм
Максимальное входное напряжение: 40Vpp (щуп 1: 1), 400Vpp (щуп 10: 1)
Входной сигнал: AC
Фиксация формы сигнала (функция HOLD)

Продается осциллограф в нескольких вариантах комплектации (цены ориентировочные со страницы товара):
1. Осциллограф + кабель питания USB — $17.40
2. Осциллограф + кабель питания + щуп — $20.09

Также можно купить отдельно:

3. Щуп 40 МГц — $2.69
4. Кабель BNC-BNC + BNC+ крокодилы — $1.74

Я заказал вариант номер два. В итоге получил два вот таких пакета.
Кстати, осциллограф заказывался у того же продавца, что и LCR-метр, потому стоимость доставки немного снизилась.

Так как стоимость доставки зависит от веса, то взвесил сначала комплект по п1, а потом полный вариант по п2.

Перейдем к осмотру, сначала комплектация.
В большом пакете лежал щуп, кабель питания и всякие мелочи. Пакет плотный с «клапаном», удобно в будущем хранить все дополнительное «хозяйство».

Кабель питания имеет на одном конце привычный USB штекер, а на втором круглый штекер диаметром 3.5мм.
Щуп самый обычный, кабель мягкий.

Чуть подробнее про щуп.

В комплекте была инструкция, прочитав которую я понял, что комплект все таки не совсем полный, не хватает специального контакта заземления в виде пружинки и четырех цветных колечек. Ну колечки это такое, можно и пережить, а вот дополнительный контакт жалко, мне бы очень пригодился 🙁

Щуп имеет встроенный делитель 1:10, с соответствующим переключателем. Земляной контакт одет в изоляцию, правда крокодил довольно «дубовый».
Выше я показал инструкцию, согласно ей мой щуп рассчитан на частоту до 40 МГц и напряжение до 600 Вольт. Сам же осциллограф имеет более скромные границы, потому здесь все с приличным запасом.

Щуп имеет возможность подстройки, но так как пробовал я при частотах, которые заметно ниже предельной частоты, то регулировка ни на что не влияла.
Для регулировки была также и отверточка, но она мне сильно пригодилась для работы с осциллографом, а не щупом. но следует учитывать, отвертка идет в комплекте к щупу, а не осциллографу. Кстати, цена щупа весьма низкая, как на мой взгляд, у нас в оффлайне они стоят куда дороже.

А вот и предмет обзора.
Внешне типичный кружок «умелые руки» в школе, простенький корпус, правда присутствует лазерная гравировка, а не банальные наклейки, впрочем это к делу не относится.

Сверху корпуса расположен цветной дисплей с диагональю 2.4 дюйма и разрешением 320х240. У моего DSO203 дисплей больше как размером, так и разрешением (400х240), хотя и ненамного.
Справа кнопки управления, причем управление предельно простое, здесь нет никаких меню, настроек и пр. Просто пять кнопок —
1, 2. Входное напряжение от 0.01 до 5 В на клетку. 9 ступеней.
3, 4. Развертка, от 1.5мкС до 6мС на клетку, 12 ступеней.
5. Кнопка Hold, просто фиксирует показания на дисплее. Как оказалось, самая используемая кнопка в некоторых ситуациях.

На верхнем торце корпуса расположили входной BNC разъем, а также выключатель и разъем питания.
К слову, потребление прибора составляет всего около 150мА, что делает возможным организовать его автономное питание, но так как прибор довольно чувствительный, то рекомендуется применить пару литиевых элементов и линейный стабилизатор напряжения с низким падением. В интернете искать по приставке — Low Drop.

Снизу отверстие для доступа к подстроечному резистору установки нуля.

Разбирается данная конструкция весьма просто, сначала выкручиваем четыре самореза снизу.

Затем четыре винта сверху и вынимаем плату. В корпусе просверлено отверстие для разъема, потому вынимать плату надо от отверстия.

Внутри можно увидеть плату осциллографа и довольно знакомый многим радиолюбителям дисплей. Если не путаю, то такой же дисплей применяется и в DSO138.

Дисплей удерживается только за счет фиксации в разъеме, сверху прижат корпусом, снизу приплавлены две пластмассовые стояки.

Вот печатная плата сделана весьма неплохо, около каждого элемента проставлен не только позиционный номер, а и номинал, что бывает крайне редко. Прямо «мечта ремонтника» 🙂 Снимал как-то видео, как определить номинал сгоревшего резистора, здесь бы такое не потребовалось.

Узел питания и входного операционного усилителя. Пайка довольно неплохая, но есть ощущение, что некоторые компоненты меняли после сборки, видны следы флюса.

Входные цепи и делители сигнала. К сожалению осциллограф умеет работать только с переменным током, впрочем для большинства задач этого более чем достаточно.
По входу стоит конденсатор 330нФ 250 Вольт.

Входной делитель. На плате герконовых реле, делитель имеет 9 вариантов входного напряжения. Первые три реле работают в цепи первого ОУ, потом еще пара в цепи второго ОУ, получается 3х3=9 вариантов.

Резистор установки нуля. изначально осциллограф пришел с «уплывшим» нулем, установил, но практика показала, что ноль все таки любит иногда «поплавать», потому отверточка нужна довольно часто.

Элементы осциллографа:
1. Входной сдвоенный ОУ LM6172 с максимальной частотой в 100 МГц.
2. АЦП — ADS830E, максимальная частота в 60 МГц
3. Асинхронный буфер FIFO с временем доступа не более 12 нС.
4. Микроконтроллер Atmega16A, слева кварцевый резонатор 20 МГц.
5. Просто логическая микросхема
6. Преобразователь напряжения 7660, формирует отрицательный полюс 5 Вольт.
Еще на плате есть линейный стабилизатор напряжения 3.3 Вольта, он виден выше на фото.

Снизу пайка хоть и относительно качественная, но вот флюс, его много.

Кроме того, что на плате указаны номиналы компонентов, есть еще и принципиальная схема. Правда в варианте с другим питанием. Здесь за питание отвечает не 7660, а просто собран сетевой БП с двухполярным питанием.
К сожалению качество схемы немного подкачало, но что есть.
Виден входной аттенюатор, АЦП, буфер и микроконтроллер с дисплеем. Схемотехника проста как три копейки, но вполне неплохая для по сути игрушки.

Посмотрим более внимательно, на базе чего собран осциллограф.
Сразу после первого аттенюатора сигнал попадает на усилитель.
Применен довольно неплохой ОУ с частотой до 100 МГц, что при заявленных 4 МГц более чем с запасом.

Дальше неплохой 8 бит АЦП производства Burr-Brown с верхней частотой 60 МГц, что также с огромным запасом.
Интересно то, что у DS203, которым я пользуюсь, стоит хоть и сдвоенный АЦП, но имеющий только 40 Мегасемплов.

Буфер FIFO, насколько я понимаю, максимальная рабочая частота составляет порядка 80 МГц. Применена IDT7205. Похоже, что данная серия выпускается в военном исполнении.

А вот дальше выводом на экран сигнала, а также масштабной сетки и измерением частоты занимается Atmega16A.
Пожалуй это самое «слабое звено». По крайней мере на мой взгляд «не программиста». Со своей стороны я только смог заметить, что здесь микроконтроллер работает на частоте 20 МГц при заявленной максимальной в 16 МГц, «оверклокеры» однако, но работает ведь 🙂

Первым делом я сначала решил оценить уровень шумов. Вход не был закорочен, если закоротить, то на экране просто прямая линия.
Слева осциллограф просто лежит на столе, справа я приложил руку к корпусу около входного аттенюатора.

Не пугайтесь, на самом деле экран осциллографа выглядит куда красивее, все четко и контрастно.

Просто так как скриншоты осциллограф делать не умеет, то пришлось прибегнуть к «дедовскому способу».

Для начала в качестве генератора я использовал встроенный в мой привычный DS203.
Пила и треугольник 20 кГц, соответственно так как видит это обозреваемый и мой, вполне неплохо.

Еще много тестов.

Синус и прямоугольник 20 кГц.
Синус совпадает, а вот у прямоугольника сильно завален передний фронт.

Предположу что выше генератор работал в режиме DDS, потому я повысил частоту выше 20кГц, так как в таком режиме точно работает именно генератор прямоугольных импульсов.
200 и 500 кГц. пожалуй я бы сказал что даже неплохо, если бы не то, что на одной осциллограмме завалено одно, на другой — другое. Такое впечатление, что изображение зеркальное. В обоих случаях использовался кабель от DS203, подключаясь поочередно на вход одного и другого осциллографа.

И тут я случайно увидел одну интересную особенность, возможно это ошибка в программе, возможно так задумано, но осциллограф позволяет заметно уменьшить время развертки, чем заявленные 1.5мкс на клетку.
Я начал переключать режимы развертки (они идут по кругу) и увеличив время смог растянуть сигнал.
Частотометр конечно начал показывать значение «от балды».

Ладно, уже любопытно, подаем 1 МГц.

Слева 1.5мкс, справа «неправильный» растянутый режим.

Подадим 2 МГц.

Ну все думаю, «Бобик сдох», на экране ерунда, в первом режиме не рассмотреть, во втором почти треугольник.

Но я не сдаюсь и подам 4 МГц. Уже и на экране моего осциллографа нечто слабо напоминающее прямоугольник.

А на экране обозреваемого «зверька вообще мрак, но…
1. Исходный сигнал на самой короткой развертке, частотомер работает нормально, отображает поданные 4 МГц. Но на сигнал без слез не взглянешь.
2. Увеличиваем время развертки, как я делал выше, ну что, треугольник.
3. А давайте изменим входной аттенюатор с 1 В на клетку до 0.5 В. О, уже заметно лучше.
4. Ну а теперь еще растянем развертку. Даже на прямоугольник похоже 🙂

С другой стороны, выше 4 МГц никто собственно и не обещал.

Следующий эксперимент провел уже в этом режиме, кстати, встроенный частотомер при частоте в 6МГц уже начинает показывать ерунду. Но как оказалось, отображаемая на экране частота все равно кратна реальной частоте входного сигнала.
1. 6 МГц, на экране отображает как 2 кГц, т.е. в 3000 раз меньше.
2. 8 МГц, на экране 2.8 кГц, что также примерно в 3000 раз меньше чем 8 МГц.

Но ведь работает же. У меня создалось впечатление, что каким-то образом выводится не весь реальный сигнал, и сильно разделенный, т.е. из него „вынули“ большую часть и он приобрел вменяемый вид.
К сожалению мне особо нечем тестировать на высоких частотах.

Вообще, справедливости ради, сначала я пробовал проводить тесты с другим генератором сигналов.

И я бы не добавлял их в обзор, если бы не некоторые мелочи, которые я заметил в процессе.
Для начала сигнал 8 МГц в штатном виде и растянутый, как я делал выше.

Но если его растянуть еще больше, то он приобретает такой вид, возможно кому нибудь данная информация даст почву для размышлений.

А вот так выглядит треугольник и пила, поданная с этого генератора на обозреваемый осциллограф и мой основной.
Частота 65кГц.

Раз уж тестирую, то проверю как данный осциллограф работает с более реальными сигналами. Например осциллограмма из одного моего обзора блока питания. правда здесь использовался конденсатор параллельно щупу, как я делал в последних обзорах БП.

Тот же блок питания, примерно та же нагрузка, но с разными параметрами вывода сигнала.
Похоже? На мой взгляд да.

Возможно кому-то осциллограмма, которую я показал выше, покажется не очень наглядной, потому я подобрал один из блоков питания, где пульсации имеют более привычный вид.
Один и тот же блок питания, слева нагрузка 50%, справа 100%. В обоих случаях осциллограммы совпадают, причем на обозреваемом можно еще растянуть картинку в 2 или 4 раза.
Но при этом мой осциллограф работает при минимально возможных 50мВ на клетку, а у обозреваемого можно увеличить чувствительность еще в 5 раз, доведя до 10мВ на клетку. Правда обнаружился и небольшая „особенность“, у одного осциллографа размах пульсации получился больше, чем у другого. Кстати, у обозреваемого значение полного размаха отображается довольно корректно.

Групповое фото, DSO138, обозреваемый и DS203.

В качестве выводов могу сказать, что осциллограф приятно удивил и прежде всего весьма неплохой элементной базой и простотой схемного решения. В плане функционала он конечно проиграет даже DSO138, не говоря о DS203, но вот в плане характеристик он стоит на голову выше чем DSO138 и я бы сказал, что в чем-то он не сильно и хуже моего. Не стоит забывать, что в DS203 применен АЦП с максимальной частотой 40 МГц, а в обозреваемом 60 МГц.
Входной аттенюатор построен без хитрых коммутаторов, только лишь на базе самых простых реле, но данное решение работает.
Из минусов отмечу то, что режим входа только АС, а не AC/DC, как у DSO138 и DS203.
Зато из плюсов простейшее управление, которое к сожалению все равно добавило ложку дегтя в виде некоторых сложностей в работе встроенного триггера, отвечающего за удержание сигнала на экране. Именно про это я писал выше, когда речь шла о кнопке Hold. В некоторых ситуациях осциллограф не может удержать стабильно сигнал на экране и он начинает „дергаться“, при нажатии на кнопку Hold результат получается чаще всего нормальный, просто надо привыкнуть к этому.
Самая большая странность, прямоугольник на частоте 20кГц.

В остальном весьма интересный вариант для самых начинающих радиолюбителей, который прост в управлении и позволяет применить его и на практике, например при работе с блоками питания.
Кроме того, данный осциллограф продается в корпусе (это и преимущество и недостаток одновременно), а также имеет питание 5 Вольт. Я пробовал питать его от повербанка, работает отлично.

Покупал через посредника yoybuy.com, стоимость комплекта около 22 долларов, стоимость доставки зависит от страны, в обзоре указан вес составных частей.

На этом у меня все, как всегда жду вопросов, надеюсь что обзор был полезен.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Аттенюатор 20:1 и высоковольтный щуп с делителем 100:1 для осциллографа

Продолжаем продолжать обзоры щупов, переходников и т.д., которые могут пригодиться для диагностики автомобиля, и которые входят (либо не входят, но полезны) в комплект автомобильной версии осциллографа Hantek 2d82

Начнем с аттенюатора 20:1. Он может применяться при необходимости измерения относительно высоких напряжений, скажем напряжения первичной цепи системы зажигания, там бывает несколько сотен вольт.

Что нам обещает продавец:
Features:
Can allow oscilloscope to measure fuel injector and primary ignition waveforms.
Passive attenuator with 20:1 attenuation.
If input a 20V signal, it can output a 1V signal.
By using this item, oscilloscope can measure voltage higher than its range(*20V)

Specifications:
Attenuation: 20:1
Bandwidth: 10MHz
Input Resistance: 1.053M
Item Size: 60 * 18 * 16mm / 2.36 * 0.7 * 0.6in
Item Weight: 24g /0.85oz

Сравним с тем что пришло. Как видим внешний вид немножко отличается, что вообще говоря не принципиально

Вес — 25г, общая длина 61мм, высота 16мм, ширина 21мм.

Входное и выходное сопротивление:

Внутренний мир:

Схема. Номиналы конденсаторов, к сожалению, нечем измерить более точно.

Я проверил работу аттенюатора при помощи генератора FY6800. С учетом того, что я не проверял пока что выдает этот генератор на более серьезном осциллографе — я не могу быть уверен в правильности формы сигнала на его выходе, так что смотрим не на форму сигнала, а на одинаковость этой формы на первом и втором канале осциллографа — они подключены к одному и тому же выходу генератора.

Для начала подключим щупы к осциллографу и убедимся в идентичности всего. Щупы я предварительно подстроил по встроенному в осциллограф генератору. Щупы, соответственно, не из комплекта осциллографа, ибо в комплекте был только один, а купленные ранее, и ссылка на них давно утеряна.

Теперь подключаем аттенюатор

И проверяем на частотах 100кГц, 500кГц, 1МГц, 2МГц, 5МГц и 10МГц, и на синусе/меандре/треугольнике.

При использовании аттенюатора можно видеть некоторую несимметричность и заметное искажение формы сигнала на частоте от примерно 5МГц и выше, вносимую явно самим аттенюатором.

Второй лот — высоковольтный щуп с делителем 100:1. Куплен тут за примерно $12.5. Область применения — аналогична, при этом данный щуп более безопасен и для осциллографа и для оператора. Кроме того, с его помощью можно работать например с импульсными блоками питания.

Что нам обещает продавец:
Specifications:
Band Width: 100MHz
Rise Time: 3.5ns
Attenuation Ratio: 100:1
Input Resistance: 100MΩ±2%
Input Capacitance: 6pF
Maximum Input: 2KV Working Voltage(Vp-p)
Compensation Range: 10pF-35pF
Operating Voltage: 0-50°C
Operating Humidity: 0-80%RH
Item Length: 15cm
Item Weight: 51g / 1.8oz
Package Size: 22 * 14 * 1cm / 8.7 * 5.5 * 0.4in
Package Weight: 79g / 2.8oz

Внешний вид:

Детальнее




Комплектуха:

Мануал

Дополнительная информация



Длина — от кончика до кончика 143см, что сопоставимо с комплектным. Внешний вид — тоже сопоставим. Комплектный слева, обозреваемый справа. Толщина провода тоже примерно одинакова, что наводит на странные мысли — ведь судя по подстроечнику в разъеме, делитель собран там, а значит все эти возможные измеряемые 2кВ пойдут по этому нетолстому кабелю… Ох сомнения что не прошибёт. Но я могу ошибаться. А вскрыть разъем к сожалению не представляется возможным.

Ну и проверим. Условия — те же что и с аттенюатором, то есть генератор FY6800, синус-меандр-треугольник, частоты 100/500/1000/2000/5000 кГц. Кроме того я добавил синус 20 и 40МГц

Подключаем

И погнали

Тут мы можем видеть, что со щупом 100:1 амплитуда сигнала не так сильно падает с повышением частоты.

В целом же сигнал со щупом ИМХО более корректный чем с аттенюатором. Но у него и параметры заявлены заметно лучше.

Все данные проверки были проведены в режиме переключателя на щупах х1. И меня не покидало ощущение, что что-то я делаю не так 😉 и таки да. В режиме х10 у «обычных» щупов полоса 100МГц, а в режиме х1 — всего 6МГц! И я хотел было переделывать весь обзор, но подумал — а пусть это будет наглядной иллюстрацией того, как можно лихо наколоться при измерениях, когда забыл всё чему учился. 😉

Переключаем щупы в режим x10 и на 10Мгц получаем уже гораздо более гораздую картинку:

А вот так — если один щуп в положении х1, а второй — х10. Впечатляет масштаб ошибки? 😉

Ну и перепроверим. Тут у нас 10МГц, 15МГц и 20МГц, В каждой паре 2 канал (зеленый, нижний) это «обычный» щуп в режиме х10, левая картинка — на первом канале стоит аттенюатор 20:1 и щуп х10, правая картинка — в 1 канале щуп 100:1

И как видим тут уже с аттенюатором сигнал не хуже чем со щупом 100:1, а может и даже немного лучше. Впрочем, тут уже скорее всего всё упирается в быстродействие самого осциллографа.

Подытоживая. Аттенюатор, насколько я понимаю, позиционируется в основном для наблюдения сигнала с первичной цепи системы зажигания. Там пара сотен вольт и довольно низкие частоты. И надо сказать, что справляется с этой задачей он отлично — проверено в деле (кстати, случайно подключенный к первичке осциллограф без аттенюатора тоже выжил). Щуп 100:1 — инструмент уже более высокого класса, и выбор между ними неоднозначен. Для работы на столе — я б, пожалуй, склонился именно к щупу, хотя он и дороже в полтора раза. С другой стороны, аттенюатор 20:1 может работать и с любыми другими щупами, например с имеющими крокодилы на концах, что в автодиагностике полезно. В целом — и то и другое работает, и то и другое вполне подойдёт для автомобильной диагностики, при этом щуп подойдёт и для радиолюбительства.

Щуп Р6100 для осциллографа с высокоомным входом

Представляю на Ваш суд обзор щупа для осциллографа после 3+ месяцев использования.
Upd. 22.02.2019: обзор дополнен с учётом полученного опыта от эксплуатации щупа. Дополнение в конце обзора.

Вместо предисловия

На момент заказа (26.10.2014) щуп стоил $6.89, но у меня ещё были БиКовские монетки, с учётом которых цена получалась 6.55 и дешевле предложений я не нашёл. Заказан щуп был 26.10, а отправлен 28.10 – вполне стандартные для БиКа два дня. Посылка была без трек-номера. Фото посылки и упаковки не привожу. БиК никогда не отличался хорошим качеством упаковки (хотя я ничего дороже $20 у них не заказывал, полагаю, дорогостоящие заказы они упаковывают гораздо лучше). Сейчас ценник на щуп установлен $4.17, но в наличии его нет. А ещё БиК поменял фото щупа на странице описания, по которым видно, что поменялись цвета некоторых компонентов (ползунок переключателя стал чёрный, кольца – жёлтые, колпачки серые в тон щупа) и комплектация (колпачков стало в 2 раза больше, а колец на пару меньше). Кстати последний отзыв о щупе на странице магазина – мой. 🙂

Характеристики щупа со страницы магазина:

Щуп был упакован в полиэтиленовый пакет с инструкцией вкладышем, вот его комплектация:

Пару слов о назначении всех этих дополнительных «штучек».
Кольца цепляются на байонет подключаемый к осциллографу и ручку щупа и применяются для удобства определения по цвету колец какая ручка щупа к какому каналу осциллографа подключена (но т.к. в комплекте лишь один щуп, то полезны данные кольца будут владельцам таких же комплектных щупов). Вот поменял на своём щупе кольца на салатовые:

Насадка в виде колпачка предназначена для изоляции от общего, полезно когда нужно щупом «пробираться» сквозь провода/платы.

Почти такая же насадка отличающаяся лишь выступами с двух сторон от сигнальной иглы может применятся как и первая, но так же удобна при «тыкании» в платы с smd компонентами. Надеваются эти колпачки довольно туго, а снимаются ещё сложнее. 🙂

Ну и наконец, самая полезная, на мой взгляд, штука – захват. Применяется для держания щупа за провод/вывод измеряемого сигнала. Позволяет уцепиться за толщину от долей мм до 2.5мм. Работает как надо. Пользуюсь им, в отличие от всех вышеописанных, регулярно.


Так же в комплекте имеется отвёртка с пластиковой ручкой для калибровки щупа.
Внешний вид самого щупа вполне понятен из вышеприведённых фото, но для полноты восприятия добавлю фото такого ракурса:

Надо отметить, что инструкция из комплекта не для галочки, в ней есть практически вся необходимая информация. Смотрите сами:

Но, а о чём умалчивает инструкция, поведаю Вам я. Длина кабеля щупа с байонетом – 104см, длина ручки щупа от кабеля до иголки – 14см (т.е. общая длина щупа равна 104+14=118см, до заявленных 120см не хватило 2см), длина общего провода с «крокодилом» — 14.5см. Никаких запахов щуп не производил, понравилась мягкость/гибкость кабеля. У ползунка переключателя х1/х10 (выключатель делителя) за время использования фиксация в крайних положениях стала не такая чёткая. Сама конструкция переключателя доверия не вызывает, стараюсь пользоваться им как можно реже (как правило щуп всегда эксплуатируется в режиме х10), чего и рекомендую всем пользователям аналогичных щупов. Общий провод с крокодилом съёмный. Сигнальная игла не настолько острая, что бы ей можно было случайно уколоться, но и не тупая. За время использования если и затупилась, то я этого не заметил. Метали из которого она выполнена не магнитный.
Ещё до заказа данного щупа, как и полагается человеку покупающему вещь в личное пользование, я выяснил интересующие меня вопросы касательно подобных щупов. И поэтому знал, что импортный разъем под названием «BNC» на щупе стыкуется с нашим байонетом «СР-50-73» на осциллографе не идеально – BNC разъем не до конца закручивается. И знал, что это легко исправляется подходящим надфилем.
Собственно так и вышло — во входной разъём осциллографа щуп вставлялся плотно, но вот зафиксировать его не получилось – угол проточенных пазов на BNC разъёме немного великоват. Что ж снимаю и аккуратно подтачиваю надфилем. Вот так выглядит адаптированный под отечественный байонет BNC разъём:

Стоит отметить, что вес BNC разъёма этого щупа гораздо меньше веса разъёма СР-50-74 комплектного щупа. Это и неудивительно ведь в BNC металла используется гораздо меньше.

Покупался щуп для моего осциллографа С1-65. Этот осциллограф имеет заявленную полосу пропускания канала Y равную 0-35МГц (при спаде АЧХ не превышающей 3дБ, для 5мВ/дел), входную ёмкость не более 30пФ при сопротивлении равном 1.0МОм ±5%. Сопоставляем с характеристиками щупа – входное сопротивление подходящее, диапазон компенсации ёмкости тоже подходящий. Т.е. противопоказаний нет 🙂
В С1-65 есть встроенный калибратор, выдающий 1кГц меандр с амплитудой от 0.02 до 50В или постоянное напряжение с таким же диапазоном. Калибратор как раз и предназначен для проверки и подстройки канала Y осциллографа и комплектного делителя с коэффициентом деления Кд=10. К сожаленью мне осциллограф попал в руки лишь с одним таким щупом (далее по тексту я его буду называть комплектным, хотя на самом деле история его происхождения мне неизвестна):

Калибратор осциллографа С1-65:

Вот так выглядит принципиальная схема комплектного выносного делителя осциллографа С1-65 (которого у меня нет):

А реальная принципиальная схема устройства обозреваемого щупа мне неизвестна, т.к. его конструкция не разборная, но зная то, что щуп представляет собой частотно-компенсированный делитель напряжения и, зная его параметры, полагаю, что она (схема) выглядит так:

Где Rк – сопротивление центральной жилы кабеля щупа, а Cк – ёмкость образованная рядом расположенными центральной жилой и оплёткой кабеля щупа и его монтажа.
Параметры делителя на постоянном токе вычисляются следующим образом:
Сопротивление щупа Rщ=Rх+R2;
Коэффициент деления Kд=R2/(Rх+R2).
где Rх – общее сопротивление, состоящее из последовательно включённых сопротивлений резистора R1 и центральной жилы (сигнального провода) кабеля щупа Rк равного 100 Ом (измерено китайским мультиметром ADM-02), а R2 – входное сопротивление осциллографа (паспортные данные).
Т.е. в нашем случае на постоянном токе десятикратное деление напряжения обеспечивается делителем, состоящим из последовательно включенного резистора 8.9999МОм (+100Ом кабель) и 1.0МОм (±5%) входного сопротивления осциллографа.
На переменном токе параметры делителя вычисляются сложнее, т.к. уже участвуют ёмкости С1, ёмкость кабеля щупа и его монтажа — Ск, подстроечного конденсатора С2 и входная ёмкость осциллографа условно обозначенная как конденсатор С3.
Если отношение ёмкостей в ёмкостном делителе, образованном С1 и Ск+С2+С3(далее Сх) будет равно отношению сопротивлений в резистивном, то амплитудно-частотная характеристика щупа будет ровной во всем диапазоне, начиная от постоянного тока и до частот ограниченных общим (активным+реактивным) сопротивлением щупа (ведь 22.5пф указанные в характеристиках щупа на частоте 35МГц это реактивное сопротивление величиной 202Ома). Поэтому величину ёмкости конденсатора С1 выбирают, как правило, равной 1/9 величины ёмкости Сх. В нашем случае суммарную ёмкость входа осциллографа и щупа примем 30+120=150пФ (реально может и больше, но точно измерить ёмкость щупа нет возможности, поэтому взял максимальное значение заявленное в характеристиках), следовательно, ёмкость конденсатора С1 должна быть не более 16.7пФ. Изменением ёмкости подстроечного конденсатора С2 добиваются выполнения условия компенсации – Zc1*(R1+Rк)=Zcх*R2 (где Z=1/2πFC).

Настройка компенсации щупа.
Как и показано в инструкции к обозреваемому щупу при не настроенном делителе щупа меандр может принимать один из двух видов:

Так выглядят прямоугольные импульсы при ёмкости щупа больше необходимой.

А так — при ёмкости щупа меньше необходимой. Осциллограммы с моего осциллографа с сигналом от калибратора при крайних позициях подстроечного конденсатора (С2). Кстати, расположен С2, как Вы уже поняли, на байонете:

И так слишком большая ёмкость вызывает значительные выбросы по фронтам, недостаточная — их затягивание. Понятно, что при настроенном делителе форма вершины прямоугольного импульса должна стремится к ровной прямой (форма реального прямоугольного импульса отлична от прямоугольника — по фронту импульса в любом случае присутствует выброс в виде иголки, а по спаду присутствует скругление). Изменением ёмкости конденсатора С2 добиваются получения на экране осциллографа прямоугольных импульсов без завала фронтов, амплитуда выбросов на фронтах должна быть не более 5-10% от амплитуды импульсов. Для большей наглядности/точности я решил проводить настройку путём сравнения формы сигнала при измерении комплектным щупом и обозреваемым (с учётом вышеизложенных мыслей). Приступив к калибровке делителя щупа от встроенного в осциллографе калибратора я обнаружил как «вяло» меняется форма фронта импульса при значительной величине поворота подстроечного конденсатора (С2), что явно указывает на то, что для более точной калибровки делителя щупа в моём случае нужно использовать сигнал более высокой частоты. А значит, нужен был генератор прямоугольных импульсов частотой повыше. Поскольку в хозяйстве такого готового генератора не оказалось, то для этих целей был «собран» ВЧ генератор импульсов. Ну «собран» это не совсем подходящий термин в данном случае, т.к. вся конструкция представляет собой плату ардуино (к слову на тот момент плата ардуино была самодельной) с залитым нужным скетчем и подключенным к ней БП (скетч написан не мной, а товарищем maksim с ресурса arduino.ru). При хорошем источнике питания форма прямоугольных импульсов выдаваемых микроконтроллером atmega328 (на нём базируется моя плата ардуино) при частоте задающего генератора 16МГц имеет мало искажений на частоте вплоть до 2МГц. Проводить дальнейшую калибровку встроенного делителя обозреваемого щупа решено было на частоте равной 1МГц. Так выглядит тестовый генератор в сборе:

А вот фото сравнения при настройке делителя щупа:


1МГц на комплектном щупе.



1МГц на обозреваемом щупе в режиме х1.


Тоже в режиме х10.
А так выглядит вершина импульса с частотой сигнала 4МГц на моём осциллографе:

Комплектный щуп слева, обозреваемый в режиме х1 – справа.
На фото хорошо видно, что обозреваемый щуп в таком режиме измерений проигрывает комплектному щупу и то, что оба щупа не годятся для столь точного наблюдения формы ВЧ сигнала (4МГц). Проигрыш обозреваемого щупа в таком тесте вполне закономерен, ведь в щупе подключен С2 и длина его кабеля значительно (на 33см) больше, а, следовательно, больше и его ёмкость. Однако в инструкции к щупу обозреваемый щуп в режиме х1 предлагают применять до частот величиною 6МГц. Оно конечно можно, но если чувствительность Вашего осциллографа по входу позволяет наблюдать сигнал с делителем (в режиме х10), то я рекомендую применять его и на частотах до 6МГц, т.к. это снижает входную ёмкость осциллографа, а, следовательно, вносит меньше искажений в исследуемый сигнал (наглядный пример на фото выше). Стоит отметить, что идеально откалибровать щуп у меня так и не получилось.
Вывод – лично меня щуп полностью устраивает. В паре с советским осциллографом с полосой пропускания до 100МГц обладающим высокоомным входом он выглядит привлекательней, чем комплектный. Покупать его есть смысл при отсутствии комплектного выносного делителя осциллографа.

Upd. 22.02.2019

Ещё одно предисловие

Какое-то время назад понадобился мне нихром/вольфрам, путём поиска в интернете я нашёл искомое. Так я узнал цену этих металлов и после этого меня не покидала мысль, что уж как-то дёшево продают этот щуп — такое сложное/технологичное устройство к тому же содержащее в себе дорогие материалы (нихром/вольфрам). Но пока щуп работал, вскрывать мне его не хотелось (я ведь полагал, что он не разборный). Однако не так давно в байонете щупа стал пропадать контакт и соответственно назрела необходимость вскрытия. Я вспомнил о том, что кто-то уже спрашивал про вскрытие этого щупа и номиналы деталей находящихся в байонете. Покопавшись в личных сообщениях сайта, я нашёл эту переписку с камрадом — maks740. Он же и показал мне, как разбирается байонет подобных щупов.

Оказывается байонет довольно просто разбирается — необходимо лишь стянуть прорезиненный «хвост» щупа с металлического хвостовика байонета (см. фото). После этого нам откроется часть внутреннего мира щупа и одновременно с этим возможно придёт разочарование, т.к. центральная жила щупа выполнения из обычного медного многожильного провода (никакого нихрома/вольфрама), а сопротивление центральной жилы величиною 100 Ом достигается применением smd резистора распаянного на плате внутри байонета. Так же на плате помимо подстроечного конденсатора и резистора номиналом 100 Ом присутствует ещё один резистор номиналом 33 Ома. Номинал второго резистора может отличаться от моего в зависимости от емкости подстроечного конденсатора и максимальной заявленной частоты щупа.

Как видно по фото — флюс не отмыт.
Плата прикручена к металлическому каркасу байонета винтом м1.7 винт так же выступает в роли проводника — соединяет дорожку платы с общим (каркасом).
Кабель щупа опресован хвостовиком байонета.
Причина пропадания контакта оказалась в отломанной центральной металлической жиле со стороны байонета. После зачистки оставшейся части центрального контакта скальпелем, он прекрасно облудился неактивным флюсом.

В итоге схема щупа на самом деле выглядит скорее всего так:

Какие выводы можно сделать? — Китайцы такие китайцы 🙂 А если серьёзно, то так как центральная жила из меди, то ни о каком распределенном сопротивлении речи быть не может. Соответственно точность на высоких частотах будет ниже… тем не менее, альтернатив за такую цену в свободной продаже не найти.

Традиция сайта


P.S.: Всё вышеизложенное является плодом моих суждений и поэтому не претендует ни на полноту, ни на истинность. Я сожалею, если процесс ознакомления читателя с данным текстом сопровождался какими-либо негативными ощущениями.
P.P.S: буду рад конструктивной критике и готов по мере своих возможностей ответить на интересующие вопросы по теме обозреваемого товара.

Переходники для осциллографа. Экономим на комплектухе

Я приобретал осциллограф hantek 2c42 в основном для автомобильной диагностики. Но у фирмы hantek есть модель 2d82 automotive, которая отличается от 2d72 в том числе и богатой комплектацией. Я решил проверить, стóит ли переплачивать за дополнительную комплектацию, и можно ли сэкономить.

для начала посмотрим на таблички и картинки


Токовые клещи это здорово, но очень дорого и нужны они не каждый день. Да и вполне можно переделать для подключения к осциллографу те же ut210e, ms2108a и другие. Поэтому рассмотрим все остальные составляющие комплекта.

Для начала отбросим переходники HT306, потому что все «универсальные» переходники делаются «на коленке» за полчаса, а в идеале эти переходники должны быть для каждого вида разъема свои, иначе затея теряет смысл — потому что для удобной подстыковки к датчику нам нужно не по одному контакту тыкать, а если по одному — то лучше уж иголочку с обратной стороны разъема воткнуть.

Ага, иголочки. Они тоже есть в «автомобильных» комплектах, и это действительно полезное дополнение. Об иголочках я уже писал неоднократно: раз два три. И я б так сказал, что стóит приобрести все три комплекта для разных случаев. А возможно, стоит посмотреть еще и на прокалыватели. В данном случае весь мой большой комплект несомненно дороже предлагаемого хантеком, но и возможностей предлагает несравнимо больше. И, кстати, с высокой вероятностью, многое из этого (если не всё) уже есть у толкового автоэлектрика. Который должен понимать нюансы работы с прокалывателями, которые, впрочем, в любом случае обеспечивают на порядок меньшие повреждения изоляции чем при прокалывании обычной иголкой вручную.

Далее. Иголочки-то нам нужно как-то подключить к осциллографу. Для этого служит шнурок BNC-banana male. Он у хантека называется HT30B. Его более интересный аналог мы и будем сейчас обозревать. Кроме того, понятное дело, к данному переходнику подходят любые наконечники от модульных щупов (см. мою серию обзоров «щупаем силикон»).

Кроме того, я бы рекомендовал приобрести и имеющиеся в комплекте шнурки bnc-крокодилы: во-первых комплектные мне не понравились по качеству — и это не единичный случай, это у всех, во-вторых у меня такой был только один в комплекте, ну и в-третьих — это расходник, который может на что-то намотать в моторном отсеке, его можно прижать/расплавить и т.д.

Далее следует аттенюатор 20:1. Я не уверен, что он сильно пригодится в автомобильной диагностике — разве что смотреть первичную цепь системы зажигания, но для первички, пожалуй, получше будет щуп 100:1. Впрочем, я надеюсь через какое-то время постараться как-то обозреть и аттенюатор и щуп. Ибо для этого неминуемо нужен генератор, коего у меня к сожалению всё еще нет.

Далее — два самых «автомобильных» прибамбаса. Это емкостной датчик системы зажигания HT25 и удлинитель HT308. HT25 рассмотрим в одном из следующих обзоров, а насчет HT308 я уже писал в этой статье. Если коротко — то удлинитель нужно делать самому. Потому что их нужно 4шт, а это уже стоит как осциллограф, что совершенно ненормально — за четыре-то провода.

Итак, шнурочки-переходники с BNC на 4мм банан-«папу». Данные шнурки ЛУЧШЕ комплектных хантековских сразу по нескольким пунктам:
1. они изолированные. то есть ничто никуда никак не коротнёт. это важно
2. они длиннее — хантековские метровые.
3. они стэкируемые, то есть можно подключать несколько штук один в один — это бывает удобно.

Купил я их, естественно, пару, хотя в лоте — 1шт.

Длина — 120см

Длина разветвлённой части — около 20см

BNC нормальный

Бананы качественные, с пружинкой. Жаль торец не изолирован, как в одних из моих модульных щупов.


Варианты соединения:

Ну и можете додумать самостоятельно, как там будут смотреться иголки и прокалыватели. 😉

Шнурки относительно мягкие, хотя и не силикон.

Следующий лот, чтоб два раза не вставать — BNC-крокодилы. Находил лот на али за аналогичную цену, но на тот момент было удобнее купить на ибее.

Тут в комплекте тоже только один кабель, заказывал я тоже два.

Длина 110см

Длина разветвлённой части немного меньше 20см

BNC нормальный

Крокодилы припаяны и обжаты более-менее правильно, и уж гораздо лучше чем в комплектном кабеле.

Маркировка на кабеле, кстати:

Тоже не силикон.

В обоих случаях я не проверял сопротивление/сечение проводов, потому что они предназначены для осциллографа, который измеряет напряжение и у которого входное сопротивление — 1МОм. А сопротивление проводов важно при измерении тока и сопротивления, но не при измерении напряжения.

Резюмируя: и то и другое обязательно к приобретению для использования портативного осциллографа для диагностики автомобиля. Естественно, у осциллографа должны быть стандартные BNC входы. При выборе обращайте снимание на длину. Поверьте, между 90 и 120см просто ПРОПАСТЬ. Остальные комплектующие, если у автоэлектрика купившего осцилл их не было ранее, тоже с моей точки зрения обязательны к покупке, или по крайней мере стоит о их покупке сильно задуматься — иголки и прокалыватели это крайне нужная вещь. И да, прокалывателями нужно пользоваться с умом.

Проверка УЗЧ при помощи осциллографа и генератора

Для того, чтобы быстро проверить работоспособность УЗЧ и оценить его характеристики, мы должны будем на его вход подать сигнал напряжения определённой формы и величины, а на выходе (работающим на эквивалент нагрузки Rн) с помощью осциллографа наблюдать то, что творит с тестовым сигналом наш пока ещё «тёмный ящик» — усилитель. Статья подготовлена на материалах сайта http://www.irbislab.ru/

Для наглядности изображу схему измерений:

 

 

Рисунок 1 — Схема измерений

 

В качестве эквивалента нагрузки Rн нужно использовать мощный нагрузочный резистор, например типов: С5-35В (ПЭВ), С5-36В (ПЭВР), SQP и т.п. или несколько соединённых между собой таких резисторов с общим сопротивлением, равным номинальному сопротивлению нагрузки усилителя, т.е. громкоговорителей или акустических систем и общей мощностью, большей (с запасом) максимальной мощности усилителя. Не забываем о том, что при больших мощностях нагрузочные резисторы довольно сильно нагреваются, а также, при недостаточном сечении, нагреваются провода, которыми эквивалент нагрузки подключается к усилителю.

Значит, о прожарно-пожарной опасности я предупредил, ещё замечу, что ручки регулировки тембра усилителя, если таковые имеются, необходимо установить в среднее положение, а регулятор громкости — в положение, соответствующее максимальному усилению сигнала, т.е. максимальной громкости. Теперь переходим непосредственно к проверке усилителя (разумеется, переходить от испытания к испытанию нужно лишь тогда, когда выявлены и устранены «болячки» и их причины):

1 Проверка симметричности выходного сигнала и искажений типа «ступенька»

            Данная проверка позволяет оценить исправность выходных каскадов УЗЧ, правильность выбора их начального смещения и тока покоя, качество междукаскадных разделительных конденсаторов. Используем синусоидальный сигнал частотой 1000 Гц величиной, равной номинальному входному напряжению для данного входа усилителя или его каскада:

Рисунок 2 — Синусоидальный сигнал

            На приведённых ниже осциллограммах показаны искажения типа «ступенька», возникающие в двухтактных («пушпульных») схемах из-за неправильной установки тока покоя или начального смещения:

Рисунок 3 — Коэффициент нелинейных искажений (КНИ) примерно 5-8 %

            КНИ менее 5-8 % наблюдать на осциллографе практически невозможно. Для измерения меньших значений КНИ используются измерители нелинейных искажений или генератор с селективным вольтметром.

Примечание: «КНИ» — более привычный, но устаревший термин. Сейчас используются термины «КГ» — коэффициент гармоник и «THD» — коэффициент общих гармонических искажений, по сути, означающие то же самое.

Рисунок 4 — КНИ около 10-15 %

Рисунок 5 — КНИ больше 20 %

              Далее уже другая история — неисправен один или несколько элементов выходного каскада усилителя класса B или AB:

Рисунок 6 — Неисправны цепи «нижнего» плеча, т.е. в области отрицательного питания

Рисунок 7 — Неисправны цепи «верхнего» плеча, т.е. в области положительного питания

            Подобное можно наблюдать и при неправильной установке рабочей точки в усилителях класса А.

Теперь проверяем симметричность выходного сигнала, для чего плавно увеличиваем напряжение на выходе генератора (не забываем о его максимальной величине для данного входа усилителя!) и смотрим, что у нас творится на экране осциллографа:

Рисунок 8 — Симметричное ограничение сверху и снизу

            На осциллограмме, представленной на  рисунке 8 — всё нормально, ограничение сверху и снизу наступило одновременно. На осциллограммах рис. 9 и 10 — у нас соответственно перевесило «положительное» или «отрицательное» плечо усилителя:

Рисунок 9 — Ограничение сверху

Рисунок 10 — Ограничение снизу

здесь следует убедиться в правильности напряжений питания и качестве междукаскадных разделительных конденсаторов — возможно, они имеют утечку, а в случае электролитических — проверить полярность их включения, вследствие чего в сигнале может присутствовать постоянное напряжение.

Вот, буквально с помощью одного измерения, сколько мы уже выявили «болячек» усилителя. А ведь эти «болячки» помимо того, что искажают звук, могут вывести из строя громкоговорители и остальную часть схемы.

2 Проверка АЧХ и устойчивости усилителя к самовозбуждению

            Для этой проверки нам потребуется прямоугольный сигнал в виде меандра (т.е. длительность импульса составляет половину длительности периода их следования):

Рисунок 11 — Сигнал прямоугольной формы (меандр)

            Почему меандр? Да потому, что данный сигнал содержит практически все частоты (гармоники), кратные его основной частоте, что позволяет проверить УЗЧ сразу в широкой полосе частот:

Как мы видим из приведённой выше формулы, в меандре содержатся нечётные гармоники, амплитуда которых уменьшается с ростом их порядкового номера. Итак, приступим: подаём на вход усилителя прямоугольный сигнал в виде меандра с амплитудой, равной примерно 0,2 амплитуды номинального значения напряжения для данного входа усилителя и частотой, равной минимальной частоте полосы пропускания усилителя или 50 Гц (для удобства). Ещё проще: подбираем такую амплитуду сигнала, чтобы получить на выходе УЗЧ сигнал с амплитудой, соответствующей его номинальной мощности. Потом данную процедуру повторим для частоты 1000 или 2000 Гц. Хороший усилитель должен воспроизвести на выходе форму входного сигнала без искажений. Но скорее всего на экране осциллографа мы увидим что-то подобное одной из следующих картинок:

Рисунок 12 — Быстрый спад АЧХ усилителя

            Быстрый спад АЧХ УЗЧ (рисунок 12) может быть вызван многими причинами: мал динамический диапазон усилителя или, наоборот, велик входной сигнал, также это может малая скорость нарастания сигнала и т.д.

Рисунок 13 — Очень сильный спад АЧХ в области нижних частот (НЧ)

            Если мы получили на выходе усилителя примерно такой вид сигнала, то это свидетельствует о недостаточной ёмкости междукаскадных и выходных разделительных конденсаторов. Найти такой конденсатор довольно просто: переключаем щуп осциллографа с выхода данного конденсатора на его вход. Если дело именно в этом конденсаторе, картинка на экране осциллографа приобретёт примерно такой вид, как на рисунке 14 (скосы вершин должны уменьшиться):

Рисунок 14 — Сильный спад АЧХ в области НЧ

Рисунок 15 — Опережающий фазовый сдвиг

            Вид осциллограммы на рисунке 15 указывает на опережающий фазовый сдвиг выходного сигнала. В некоторых случаях это весьма важно. Такой же вид осциллограмма будет иметь и при «завале» усилителем нижних частот (будут более заметны закругления вершин импульсов — см. предыдущие рисунки).  Если же у нас «завалены» верхние частоты (ВЧ), осциллограмма будет выглядеть примерно так:

Рисунок 16 — Спад АЧХ в области ВЧ

            Вид выходного сигнала, как на следующем рисунке, означает полное отсутствие верхних частот:

Рисунок 17 — Спад АЧХ в области СЧ и ВЧ

             Если же мы имеем только верхние частоты, т.е. нижние и средние (НЧ и СЧ) отсутствуют, то осциллограмма будет выглядеть примерно так:

Рисунок 18 — Спад АЧХ в области НЧ и СЧ

            Малая величина постоянной времени (R•C) междукаскадных разделительных конденсаторов придаст выходному сигналу следующий вид:

Рисунок 19 — Недостаточная ёмкость разделительных конденсаторов (спад АЧХ в области НЧ)

            Ого! Похоже, последние две осциллограммы где-то мы уже видели… Ну, да, мы как раз с них и начали разговор об использовании сигнала прямоугольной формы для проверки УЗЧ…

Рисунок 20 — Локальный провал АЧХ

             Локальные провалы в АЧХ возникают из-за наличия «фильтров-пробок», т.е. резонирующих цепей на определённые полосы частот на пути прохождения сигнала. Это может быть вызвано различными причинами: от качества радиодеталей до ошибок в схеме и монтаже.

Ну, вот. С «завалами» или спадами АЧХ разобрались, двигаемся дальше. Теперь очередь выяснять несанкционированные подъёмы АЧХ или «возбуды» усилителя:

Рисунок 21 — Подъём АЧХ в области НЧ (отстающий фазовый сдвиг)

            Аналогичная картина получается и при отставании фазы выходного сигнала (наклоны вершин импульсов без заметных закруглений). На рисунке 22 показана осциллограмма для случая сильного подъёма нижних частот:

Рисунок 22 — Сильный подъём АЧХ в области НЧ

            В случае сильного подъёма верхних частот, мы будем наблюдать примерно такое:

Рисунок 23 — Сильный подъём АЧХ в области ВЧ

            Сильные подъёмы АЧХ — штука, граничащая с самовозбуждением усилителя, а потому оставлять их без внимания не следует.

Рисунок 24 — «Звон», т.е. возбуждение на пиках сигнала в ВЧ-области

Рисунок 25 — Локальный подъём АЧХ

            Осциллограммы на рисунках 24 и 25 показывают, что в цепях усилителя имеются резонирующие цепи, создающие локальные пики в АЧХ. Рассмотрев более внимательно колебания (применив «растяжку» импульса или более высокую скорость развёртки осциллографа), вызванные этими цепями, можно определить их резонансную частоту и принять меры по их устранению, иначе ваш УЗЧ будет возбуждаться, т.е. свистеть, пыхтеть и кукарекать.

В добрый путь!

            Разумеется, часто имеет наложение друг на друга нескольких влияющих факторов, поэтому рекомендуется проверять усилитель покаскадно, начиная с выходного каскада. Двигаясь от хвоста к голове и устраняя по ходу дела причины, мешающие нам слушать неискажённый звук, в конце работы мы получим полностью работоспособный усилитель.

А теперь, насмотревшись картинок, начинаем думать и устранять причины искажений формы сигнала, а следовательно и звука. Усилитель должен усилять, а не искажать!

 

Post Views: 3 184

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.