«Turn On Tomorrow» — «Включи будущее».

USB-осциллограф своими руками: схема. Осциллограф из ноутбука своими руками


Осциллограф из ноутбука своими руками

Как сделать цифровой осциллограф из компьютера своими руками?

Начинающим радиолюбителям посвящается!

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

В статье рассказывается также о том, как можно измерить входной и выходной импеданс и как рассчитать аттенюатор для виртуального осциллографа.

Самые интересные ролики на Youtube

Близкие темы.

Как изготовить кабель-щуп для низкочастотного виртуального осциллографа?

Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты?

Как припаять штекер к экранированному кабелю.

Оглавление.

  1. О виртуальных осциллоскопах.
  2. Технические данные и область применения.
  3. Электрическая схема аппаратной части осциллографа.
  4. Защита от «дурака».
  5. Как измерить выходное сопротивление линейного выхода?
  6. Как измерить входное сопротивление линейного входа?
  7. Как рассчитать делитель напряжения (аттенюатор)?
  8. Как подобрать или подогнать резисторы делителя напряжения?
  9. Конструкция и детали.
  10. Как откалибровать виртуальный осциллограф?
  11. Как выровнять амплитудно-частотную характеристику адаптера?
  12. Что делать, если нет тестера? Или опасные опыты.
  13. Дополнительные материалы.

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. http://oldoctober.com/

Из недостатков можно назвать некоторую нестабильность работы. Программа иногда подвисает 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 может привести к необратимому 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 «Авангард» 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.

Вернуться наверх к меню.

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 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.

Вернуться наверх к меню.

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.

Вернуться наверх к меню.

Защита от «дурака».

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.

Вернуться наверх к меню.

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.

Цвет / расположение Состояние переключателя Телефоны (Ом) Линейный выход (Ом) Салатовый / Тыл 5 230 Серый / Тыл 7 230 Салатовый / Фронт 12 80 Ноутбук 0,7 Не переклю-чается

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).

Вернуться наверх к меню.

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).

Цвет / Расположение Импеданс (кОм) Красный / Тыл 82 Чёрный / Тыл 75 Салатовый / Фронт 11,4 Розовый / Фронт 50 Ноутбук 8,5

Вот результаты замеров импеданса разных линейных входов.

Как видите, входные сопротивления отличаются в разы, а в одном случае почти на порядок.

Вернуться наверх к меню.

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:

21,1420 = 422,8 (раз)

Рассчитываем номинал резистора для делителя.

100750 /(50422,8 –50 –1007) ≈ 2,507 (кОм)

Расчёт делителя в положении переключателя 1:100.

Определяем общий коэффициент деления в положении переключателя 1:100.

21,14100 = 2114 (раз)

Рассчитываем величину резистора для делителя.

100750 / (502114 –50 –1007) ≈ 0,481 (кОм)

Для облегчения расчётов, загляните по этой ссылке: Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты?

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.

Вернуться наверх к меню.

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.

Высокоточные резисторы всего в несколько раз дороже обычных, но на нашем радиорынке их продают по 100 штук, что делает их покупку не очень целесообразной.

Использование подстроечных резисторов.

Как видите, каждое плечо делителя состоит из двух резисторов – постоянного и подстроечного.

Недостаток – громоздкость. Точность ограничена только доступной точностью измерительного прибора.

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.

Что такое шкурка-«нулёвка» написано здесь.

На мой взгляд, это самый быстрый и простой способ, который, тем не менее, даёт очень хорошие результаты.

Вернуться наверх к меню.

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 написано здесь.

Вернуться наверх к меню.

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.

Вернуться наверх к меню.

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».

Вернуться наверх к меню.

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.

21,141000 = 21140 (раз)

Рассчитываем величину резистора для делителя.

100750 / 5021140 –50 –1007 ≈ 47,7 (Ом)

Так как входное сопротивление адаптера при делении 1:100 близко к 1мОм, я поступил проще и воспользовался осциллографической делительной головкой 1:10, которая как раз рассчитана на входной импеданс 1мОм. Обратите внимание, что отклонение входного сопротивления этого профессионального делителя – 10%, что даже выше, чем у нашего игрушечного.

При использовании входа 1:100 и головки 1:10, общий коэффициент деления составляет 1:1000.

Когда Вы увидите на экране осциллографа «AudioTester» напряжение сети, подгоните амплитуду под 311 милливольт путём подбора числа вводимого в форму.

Почему 311мВ?

220В (действующее) √2 = 311В (амплитудное)

Но, ведь мы используем делитель 1:1000.

311В : 1000 = 311мВ

При калибровке осциллографа «Авангард», выберете шкалу вольтметра «12,5». Когда увидите напряжение сети на экране, введите в окошко калибровки значение 311. При этом вольтметр «Авангард-а» должен начать показывать напряжение 311мВ или близкое к нему.

Небольшая ремарка. Дело в том, что форма напряжения в современных электросетях отличается от синусоидальной. Это связано с тем, что в большинстве современных электроприборов используются импульсные блоки питания. Последние «подрезают» верхушки синусоиды и фактически снижают амплитудное значение напряжения. Так что, по-хорошему, нужно ориентироваться не на видимую кривую, а на её «синусоидальное продолжение».

Вернуться наверх к меню.

Дополнительные материалы.

Скачать комплект программ "AudioTester 1.3", в составе которого есть осциллограф (275кБ).

Скачать комплект программ "AudioTester 2.2", в составе которого есть осциллограф (4,5мБ).

Скачать портативный программный осциллограф "Авангард" (277кБ).

Скачать программный портативный генератор низкой частоты (345кБ).

Скачать брошюру Осциллограф ваш помощник (821кБ).

15 Апрель, 2011 (20:45) в Измерения, Сделай сам

Устал писать эту статью, отвлёкся, чтобы побродить по сети. Вот, что удалось откопать на просторах Интернета. Удобный осциллограф Rohde & Schwarz тут. Как сказал Штирлиц, запоминается последняя фраза. Так что спросите про снотворное!

Источник: http://oldoctober.com/ru/oscilloscope/

Рекомендуем посмотреть ещё:

dieta-na-grechke.ru

USB-осциллограф своими руками: схема :: SYL.ru

Осциллограф – это портативное устройство, которое создано для тестирования микросхем. Дополнительно многие модели подходят для промышленного контроля и могут использоваться с целью проведения различных измерений. Сделать осциллограф своими руками нельзя без стабилитрона, который является основным его элементом. Устанавливается данная деталь в прибор различной мощности.

Дополнительно приборы в зависимости от модификации могут включать в себя конденсаторы, резисторы и диоды. К основным параметрам модели можно отнести количество каналов. В зависимости от этого показателя меняется предельная полоса пропускания. Также при сборке осциллографа следует учитывать частоту дискретизации и глубину памяти. Для того чтобы делать анализ полученных данных, устройство подключается к персональному компьютеру.

Схема простого осциллографа

Схема простого осциллографа включает в себя стабилитрон на 5 В. Пропускная способность его зависит от типов резисторов, которые устанавливаются на микросхему. Для увеличения амплитуды колебаний используются конденсаторы. Изготовить щуп для осциллографа своими руками можно из любого проводника. При этом порт подбирается в магазине отдельно. Резисторы первой группы минимум сопротивление в цепи должны выдерживать на уровне 2 Ом. При этом элементы второй группы должны быть более мощными. Также следует отметить наличие на схеме диодов. В некоторых случаях они выстраиваются в мосты.

Одноканальная модель

Сделать одноканальный цифровой осциллограф своими руками можно только с применением стабилитрона на 5 В. При этом более мощные модификации в данном случае недопустимы. Связано это с тем, что повышенное предельное напряжение в цепи приводит к увеличению частоты дискретизации. В итоге резисторы в устройстве не справляются. Конденсаторы для системы побираются только емкостного типа.

Минимум резистор сопротивление должен держать на уровне 4 Ом. Если рассматривать элементы второй группы, то параметр пропускания в данном случае должен составлять 10 Гц. Для того чтобы его повысить до нужного уровня, используются различного типа регуляторы. Некоторые специалисты для одноканальных осциллографов советуют применять ортогональные резисторы.

В данном случае следует отметить, что показатель частоты дискретизации они поднимают довольно быстро. Однако негативные моменты в такой ситуации все же присутствуют, и их следует учитывать. В первую очередь важно отметить резкое возбуждение колебаний. Как следствие, растет асимметричность сигналов. Дополнительно существуют проблемы с чувствительностью устройства. В конечном счете, точность показаний может быть не самой лучшей.

Двухканальные устройства

Сделать двухканальный осциллограф своими руками (схема показана ниже) довольно сложно. В первую очередь следует отметить, что стабилитроны в данном случае подходят как на 5 В, так и на 10 В. При этом конденсаторы для системы необходимо использовать только закрытого типа.

За счет этого полоса пропускания устройства способна возрасти до 9 Гц. Резисторы для модели, как правило, применяются ортогонального типа. В данном случае они стабилизируют процесс передачи сигнала. Для выполнения функций сложения микросхемы подбираются в основном серии ММК20. Сделать делитель для осциллографа своими руками можно из обычного модулятора. Это не особенно сложно.

Многоканальные модификации

Для того чтобы собрать USB-осциллограф своими руками (схема показана ниже), стабилитрон потребуется довольно мощный. Проблема в данном случае заключается в повышении пропускной способности цепи. В некоторых ситуациях работа резисторов может нарушаться из-за смены предельной частоты. Для того чтобы решить эту проблему, многие используют вспомогательные делители. Указанные устройства во многом помогают повысить порог предельного напряжения.

Сделать делитель можно при помощи модулятора. Конденсаторы в системе необходимо устанавливать только возле стабилитрона. Для повышения полосы пропускания используются аналоговые резисторы. Параметр отрицательного сопротивления в среднем колеблется в районе 3 Ом. Диапазон по блокированию зависит исключительно от мощности стабилитрона. Если предельная частота резко падает во время включения устройства, то конденсаторы необходимо заменить на более мощные. Некоторые специалисты в данном случае советуют устанавливать диодные мосты. Однако важно понимать, что чувствительность системы в этой ситуации значительно ухудшается.

Дополнительно необходимо сделать щуп для устройства. Для того чтобы осциллограф не конфликтовал с персональным компьютером, целесообразнее микросхему использовать типа ММР20. Сделать щуп можно из любого проводника. В конечном итоге человеку останется только прибрести порт для него. Затем при помощи паяльника вышеуказанные элементы можно соединить.

Сборка устройства на 5 В

На 5 В осциллограф-приставка своими руками делается только с применением микросхемы типа ММР20. Подходит она как для обычных, так и мощных резисторов. Максимум сопротивление в цепи должно составлять 7 Ом. При этом полоса пропускания зависит от скорости передачи сигнала. Делители для устройств могут применяться самых разных видов. На сегодняшний день более распространенными принято считать статические аналоги. Полоса пропускания в такой ситуации будет находиться на отметке 5 Гц. Чтобы ее повысить, необходимо использовать тетроды.

Подбираются они в магазине, исходя из параметра предельной частоты. Для увеличения амплитуды обратного напряжения многие специалисты советуют устанавливать только саморегулируемые резисторы. При этом скорость передачи сигнала будет довольно высокой. В конце работы необходимо сделать щуп для подключения цепи к персональному компьютеру.

Осциллографы на 10 В

Изготавливается осциллограф своими руками со стабилитроном, а также резисторами закрытого типа. Если рассматривать параметры устройства, то показатель вертикальной чувствительности должен находиться на уровне 2 мВ. Дополнительно следует рассчитать полосу пропускания. Для этого берется емкость конденсаторов и соотносится с предельным сопротивлением системы. Резисторы для устройства больше всего подходят полевого типа. Чтобы минимизировать частоту дискретизации, многие специалисты советуют применять только диоды на 2 В. За счет этого можно добиться большой скорости передачи сигнала. Для того чтобы функция слежения выполнялась довольно быстро, микросхемы устанавливаются типа ММР20.

Если запланировать режимы хранения и воспроизведения, то необходимо воспользоваться другим типом. Курсорные измерения в данном случае будут недоступны. Основной проблемой этих осциллографов можно считать резкое падение предельной частоты. Связано это, как правило, с быстрой разверткой данных. Решить поставленную задачу можно только с применением высококачественного делителя. При этом многие также полагаются на стабилитрон. Сделать делитель можно при помощи обычного модулятора.

Как сделать модель на 15 В?

Собирается осциллограф своими руками при помощи линейных резисторов. Предельное сопротивление они способны выдерживать на уровне 5 Мм. За счет этого на стабилитрон не оказывается большого давления. Дополнительно следует позаботиться о выборе конденсаторов для устройства. С этой целью необходимо сделать замеры порогового напряжения. Специалисты для этого используют тестер.

Если применять для осциллографа настроечные резисторы, то можно столкнуться с повышенной вертикальной чувствительностью. Таким образом, полученные данные вследствие тестирования могут быть некорректными. Учитывая все вышесказанное, необходимо применять только линейные аналоги. Дополнительно следует позаботиться об установке порта, который подсоединяется в микросхеме через щуп. Делитель в данном случае целесообразнее устанавливать через шину. Чтобы амплитуда колебаний не была слишком большой, многие советуют использовать диоды вакуумного типа.

Использование резисторов серии ППР1

Изготовить USB-осциллограф своими руками с данными резисторами – задача непростая. В этом случае необходимо в первую очередь оценить емкость конденсаторов. Для того чтобы предельное напряжение не превышало 3 В, важно использовать не более двух диодов. Дополнительно следует помнить о параметре номинальной частоты. В среднем этот показатель составляет 3 Гц. Ортогональные резисторы для такого осциллографа не подходят однозначно. Построечные изменения можно проводить только при помощи делителя. В конце работы надо заняться непосредственно установкой порта.

Модели с резисторами ППР3

Сделать USB-осциллограф своими руками можно с использованием только сеточных конденсаторов. Особенность их заключается том, что уровень отрицательного сопротивления в цепи может достигать 4 Ом. Микросхемы для таких осциллографов подходят самые разнообразные. Если взять стандартный вариант типа ММР20, то необходимо конденсаторов в системе предусмотреть как минимум три.

Дополнительно важно обратить внимание на плотность диодов. В некоторых случаях от этого зависит показатель полосы пропускания. Для стабилизации процесса деления специалисты советуют тщательно проверять проводимость резисторов перед включением устройства. В последнюю очередь подсоединяется непосредственно регулятор к системе.

Устройства с подавлением колебаний

Осциллографы с блоком подавления колебаний используются в наше время довольно редко. Подходят они больше всего именно для тестирования электроприборов. Дополнительно следует отметить их высокую вертикальную чувствительность. В данном случае параметр предельной частоты в цепи не должен превышать 4 Гц. За счет этого стабилитрон во время работы сильно не перегревается.

Делается осциллограф своими руками с применением микросхемы сеточного типа. При этом необходимо в самом начале определиться с типами диодов. Многие в данной ситуации советуют применять только аналоговые типы. Однако в этом случае скорость передачи сигнала может значительно снизиться.

www.syl.ru

Осциллограф из компьютера - Vsedelkin

Осциллограф является незаменимой вещью в любой радиотехнической лаборатории, или профессиональной радиомастерской. С его помощью можно определить неисправности схем, и осуществить отладочные мероприятия при их настройке. Незаменимым устройство станет и при создании и усовершенствовании каких-либо приборов. Как правило, стоимость осциллографа довольно высока, и позволить его может не каждый. Но можно и сэкономить на покупке техники, изготовив осциллограф из компьютера – его будет достаточно для того, чтобы осуществлять ремонт и проверку несложной техники. Для радиолюбителя такой вариант будет в самый раз.

Неизменным условиям при любом варианте конструирования осциллографа из компьютера своими руками остается необходимость использования для этого звуковой карты компьютера. С ее помощью и будет вестись контроль над исправностью схем. В качестве дополнительных элементов применяется специальный щуп, прикладываемый к проверяемой схеме, программное обеспечение на компьютер, и адаптер для звуковой карты. Последний уравнивает уровень поступающих сигналов с возможностями звуковой карты компьютера.

В качестве ПО можно использовать любую из программ для создания на компьютере модели осциллографа. В качестве примера можно привести входящую в комплект AudioTesteri программу Osci. Программа проста в освоении, и выводит на экран изображение, соответствующее имеющемуся при использования обычного осциллографа. Проблем в ее освоении быть не должно, поэтому распишем создания самого адаптера под звуковую карту.

Изготовление адаптера для осциллографа из компьютера

Практически весь адаптер умещается всего на одной схеме, которая не вызовет сложностей в изготовлении по имеющемуся чертежу. Как правило, человек, которому понадобился осциллограф, уже имеет определенные знания в радиотехнике, и может сконструировать простую схему.

Создаваемый адаптер будет крепиться на звуковой карте, будучи ее дополнением при создании осциллографа из компьютера.USB вход при этом используется для питания создаваемого блока, схема которого приведена ниже.

Адаптер включает в себя детали со следующими характеристиками:

R1=R2=75кОм;

R3=R4=1,5кОм;

Стабилитроны VD1-VD4 с любым напряжением от 0,8 до 1,8В. Но если вы не можете по каким-то причинам уточнить характеристики собственной звуковой карты, то лучше не рисковать, и не использовать стабилитроны с напряжением больше 1В;

Резисторы: мощность рассеяния должна составлять не меньше 0,5Вт.

Существует и другой вариант схемы, применяющийся в случаях, когда приходится тестировать аппаратуру с напряжением не только в 12 Вольт, до 250 В. Как видно, она является более сложной доработкой первого варианта.

Примечание

Так как сделать из компьютера осциллограф – дело, затратное скорее по времени, чем по необходимому количеству знаний, то он широко используется новичками и радиолюбителями. Специально для них существует несколько правил, которые дадут возможность сделать устройство более точным, и долговечным.

Осциллограф используется для тестирования работы других плат, поэтому он является достаточно чувствительным, чтобы на него могли повлиять посторонние помехи – например, вызванные работой компьютера. Для защиты от них помещаем его в экранирующий металлический корпус.

Перед включением устройства для калибровки убедитесь в том, что компьютер заземлен. Ни в коем случае не пытайтесь подключить к розетке провод, соединенный с корпусом блока. К розетке может быть подключен только провод, идущий к резистору R1 из схемы адаптера. В противном случае изготовленное устройство может прийти в негодность.

www.vsedelkin.ru

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:

cxema.my1.ru

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 = 100U2 = 540Rx = 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.

cxema.my1.ru


Смотрите также