Простейший осциллограф из компьютера. Осциллограф из планшета своими руками

Довольно часто в последнее время вместо того, чтобы сделать, к примеру, осциллограф из компьютера, многие предпочитают просто купить цифровой USB-осциллоскоп. Однако, пройдясь по рынку, можно понять, что на самом деле стоимость бюджетных осциллографов начинается приблизительно от 250 долларов. А более серьезное оборудование и вовсе имеет цену в несколько раз больше.

Именно для тех людей, которых не устраивает такая стоимость, актуальнее сделать осциллограф из компьютера, тем более что он позволяет решить большое количество задач.

Что нужно использовать?

Одним из наиболее оптимальных вариантов является программа Osci, которая имеет интерфейс, схожий со стандартным осциллографом: на экране есть стандартная сетка, при помощи которой вы можете самостоятельно измерить длительность, или же амплитуду.

Из недостатков данной утилиты можно отметить то, что она работает несколько нестабильно. В процессе своей работы программа может иногда зависать, а для того, чтобы потом ее сбросить, нужно будет использовать специализированный Task Manager. Однако все это компенсируется тем, что утилита имеет привычный интерфейс, является достаточно удобной в использовании, а также отличается достаточно большим количеством функций, которые позволяют сделать полноценный осциллограф из компьютера.

На заметку

Сразу стоит отметить, что в комплекте этих программ есть специализированный генератор низкой частоты, однако его использование крайне не рекомендуется, так как он пытается полностью самостоятельно регулировать работу драйвера аудиокарты, что может спровоцировать необратимое отключение звука. Если вы будете пробовать его применять, позаботьтесь о том, чтобы у вас была собственная точка восстановления или возможность сделать бэкап операционной системы. Наиболее оптимальным вариантом того, как сделать из компьютера осциллограф своими руками, является скачивание нормального генератора, который находится в «Дополнительных материалах».

"Авангард"

"Авангард" - это отечественная утилита, которая не имеет стандартной и привычной всем измерительной сетки, а также отличается слишком большим экраном для снятия скриншотов, но при этом предоставляет возможность использовать встроенный вольтметр амплитудных значений, а также частотомер. Это позволяет частично компенсировать те минусы, которые были указаны выше.

Сделав такой осциллограф из компьютера своими руками, вы можете столкнуться со следующим: на малых уровнях сигнала как частотомер, так и вольтметр могут сильно искажать результаты, однако для начинающих радиолюбителей, которые не привыкли воспринимать эпюры в вольтах или же миллисекундах на деление, данная утилита будет вполне приемлемой. Другой же ее полезной функцией является то, что можно осуществлять полностью независимую калибровку двух уже имеющихся шкал встроенного вольтметра.

Как это будет использоваться?

Так как входные цепи аудиокарты имеют специализированный разделительный конденсатор, компьютер в качестве осциллографа может использоваться исключительно с закрытым входом. То есть на экране будет наблюдаться только переменная составляющая сигнала, однако, имея некоторую сноровку, при помощи этих утилит можно будет также провести измерение уровня постоянной составляющей. Это является довольно актуальным в том случае, если, например, время отсчета мультиметра не дает возможности зафиксировать определенное амплитудное значение напряжения на конденсаторе, который заряжается через крупный резистор.

Нижний предел напряжения ограничивается уровнем шума и фона и составляет приблизительно 1 мВ. Верхний предел имеет ограничения только по параметрам делителя и может достигать даже нескольких сотен вольт. Частотный диапазон непосредственно ограничивается возможностями самой аудиокарты и для бюджетных устройств составляет примерно от 0.1 Гц до 20 кГц.

Конечно, в данном случае рассматривается относительно примитивное устройство. Но если у вас нет возможности, к примеру, использовать USB-осциллограф (приставка к компьютеру), то в таком случае его применение вполне оптимально.

Такой прибор может помочь вам в ремонте различной аудиоаппаратуры, а также может быть использован исключительно в учебных целях, особенно если дополнить его виртуальным генератором НЧ. Помимо этого, программа-осциллограф для компьютера позволит вам сохранить эпюру для иллюстрации определенного материала или же с целью размещения в Интернете.

Электрическая схема

Если вам нужна приставка к компьютеру (осциллограф), то сделать его будет уже несколько сложнее. На данный момент в интернете можно найти достаточно большое количество различных схем таких устройств, и для постройки, к примеру, двухканального осциллографа вам нужно будет их продублировать. Использование второго канала часто является актуальным в том случае, если нужно сравнивать два сигнала или же приставка к компьютеру (осциллограф) будет использоваться также с подключением внешней синхронизации.

В преимущественном большинстве случаев схемы являются предельно простыми, однако таким образом вы сможете обеспечить самостоятельно довольно широкий диапазон доступных для измерения напряжений, используя при этом минимальное количество радиодеталей. При этом аттенюатор, который строится по классической схеме, потребовал бы от вас использования специализированных высокомегаомных резисторов, а его входное сопротивление постоянно изменялось бы в случае переключения диапазона. По этой причине вы бы испытывали определенные ограничения в использовании стандартных осциллографических кабелей, которые рассчитываются на входной импеданс не более 1 мОм.

Обеспечиваем безопасность

Для того чтобы линейный вход аудиокарты был защищен от возможности случайного попадания высокого напряжения, параллельно можно установить специализированные стабилитроны.

При помощи резисторов вы сможете ограничить ток стабилитронов. К примеру, если вы собираетесь использовать ваш компьютер-осциллограф (генератор) для измерения напряжения около 1000 Вольт, то в таком случае в качестве резистора можно будет задействовать два одноваттных или же один двухваттный резистор. Они между собой различаются не только по своей мощности, но еще и по тому, какое напряжение в них является предельно допустимым. Также стоит отметить тот факт, что в этом случае вам потребуется и конденсатор, максимально допустимое значение для которого составляет 1000 Вольт.

Внимание!

Нередко нужно изначально посмотреть переменную составляющую сравнительно небольшой амплитуды, которая при этом может отличаться довольно большой постоянной составляющей. В таком случае на экране осциллографа с закрытым входом может быть такая ситуация, когда вы не увидите ничего, кроме переменной составляющей напряжения.

Выбираем резисторы делителя напряжения

По той причине, что достаточно часто современные радиолюбители испытывают определенные трудности с тем, чтобы найти прецизионные резисторы, нередко случается так, что приходится использовать стандартные устройства широкого применения, которые нужно будет подогнать с максимальной точностью, так как сделать осциллограф из компьютера в противном случае не выйдет.

Высокоточные резисторы в преимущественном большинстве случаев стоят в несколько раз дороже по сравнению с обычными. При этом на сегодняшний день их чаще всего продают сразу по 100 штук, в связи с чем их приобретение не всегда можно назвать целесообразным.

Подстроечные

В данном случае каждое плечо делителя составляется из двух резисторов, один из которых является постоянным, в то время как второй - подстроечный. Недостатком такого варианта является его громоздкость, однако точность ограничивается только тем, какие доступные параметры имеет измерительное устройство.

Подбираем резисторы

Второй вариант сделать компьютер в роли осциллографа - это подобрать пары резисторов. Точность в данном случае обеспечивается за счет того, что используются пары резисторов из двух комплектов с достаточно большим разбросом. Здесь важно изначально сделать тщательное измерение всех устройств, а затем выбрать пары, сумма сопротивлений которых является наиболее соответствующей выполняемой вами схеме.

Стоит отметить, что именно этот способ использовался в промышленных масштабах для того, чтобы подгонять резисторы делителя для легендарного устройства «ТЛ-4». Перед тем как сделать осциллограф из компьютера своими руками, необходимо изучить возможные недостатки такого устройства. В первую очередь можно отметить трудоемкость, а также необходимость применения большого количества резисторов. Ведь чем более длинным будет список используемых вами устройств, тем более высокой будет конечная точность проводимых измерений.

Подгонка резисторов

Стоит отметить, что подгонка резисторов посредством удаления части пленки на сегодняшний день иногда используется даже в современной промышленности, то есть таким способом часто делается осциллограф из компьютера (USB или какой-нибудь другой).

Однако при этом сразу стоит отметить, что если вы собираетесь подгонять высокоомные резисторы, то в таком случае резистивная пленка ни в коем случае не должна быть прорезана насквозь. Все дело в том, что в таких устройствах она наносится на цилиндрическую поверхность в форме спирали, поэтому производить подпил нужно предельно осторожно, чтобы исключить возможность разрыва цепи.

Если вы делаете осциллограф из компьютера своими руками, то для того, чтобы провести подгонку резисторов в домашних условиях, нужно просто использовать самую простую наждачную бумагу «нулевку».

1. Первоначально у того резистора, у которого присутствует заведомо меньшее сопротивление, нужно удалить аккуратно защитный слой краски.
2. После этого следует подпаять резистор к концам, которые и будут подклеиваться к мультиметру. Путем выполнения осторожных движений наждачной бумагой показатели сопротивления резистора доводятся до нормального значения.
3. Теперь, когда резистор окончательно подогнан, место пропила нужно покрыть дополнительным слоем специализированного защитного лака или же клея.

На данный момент такой способ можно назвать наиболее простым и быстрым, но при этом он позволяет получить неплохие результаты, что и делает его оптимальным для проведения работ в домашних условиях.

Что нужно учитывать?

Есть несколько правил, которые нужно соблюдать в любом случае, если вы собираетесь проводить подобные работы:

• Используемый вами компьютер в обязательном порядке должен быть надежно заземлен.
• Ни в какой ситуации вы не должны совать в розетку земляной провод. Он соединяется через специализированный корпус разъема линейного входа с корпусом системного блока. В этом случае, вне зависимости от того, попадаете вы в ноль или же в фазу, у вас не произойдет короткого замыкания.

Другими словами, в розетку может втыкаться исключительно провод, соединяющийся с резистором, который располагается в схеме адаптера и имеет номинал 1 мегом. Если же вы пытаетесь включить в сеть кабель, который соединяется с корпусом, то практически во всех случаях это приводит к самым неприятным последствиям.

Если вами будет использоваться осциллограф «Авангард», то в таком случае в процессе калибровки вам следует выбрать шкалу вольтметра «12.5». После того как вы увидите напряжение сети на вашем экране, в окошко калибровки нужно буде ввести значение 311. При этом стоит отметить, что вольтметр после этого должен показать вам результат в виде 311 мВ или же приближенное к нему.

Помимо всего прочего, не стоит забывать, что форма напряжения в современных электросетях отличается от синусоидальной, так как на сегодняшний день электроприборы выпускаются с импульсными блоками питания. Именно по этой причине вам нужно будет ориентироваться не просто на видимую кривую, но и на ее синусоидальное продолжение.

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

О виртуальных осциллоскопах.

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

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

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

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

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

Внимание!

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

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

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

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

Технические данные и область применения.

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

Электрическая схема аппаратной части осциллографа.

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

Защита от «Придурака».

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

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

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

Как измерить выходное сопротивление линейного выхода?

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

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

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

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

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

Как измерить входное сопротивление линейного входа?

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

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

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

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

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.

Раздел: [Измерительная техника]
Сохрани статью в:

В наше время использование различных измерительных устройств, построенных на базе взаимодействия с персональным компьютером, достаточно много. Значительным преимуществом их использования является возможность сохранения полученных значений достаточно большого объема в памяти устройства, с последующим их анализом.

Цифровой USB осциллограф из компьютера , описание которого мы приводим в данной статье, является одним из вариантов подобных измерительных инструментов радиолюбителя. Его можно применить в качестве осциллографа и устройства записывающего электрические сигналы в оперативную память и на жесткий диск компьютера.

Схема не сложная и содержит минимум компонентов, в результате чего удалось добиться хорошей компактности устройства.

Основные характеристики USB осциллографа:

• АЦП: 12 разрядов.
• Временная развертка (осциллограф): 3…10 мсек/деление.
• Временной масштаб (рекордер): 1…50 сек/выборка.
• Чувствительность (без делителя): 0,3 Вольт/деление.
• Синхронизация: внешняя, внутренняя.
• Запись данных (формат): ASCII, текстовый.
• Максимальное входное сопротивление: 1 МОм параллельно к емкости 30 пФ.

Описание работы осциллографа из компьютера

Для осуществления обмена данными, между USB осциллографом и персональным компьютером, применен интерфейс Universal Serial Bus (USB). Данный интерфейс функционирует на базе микросхемы FT232BM (DD2) фирмы Future Technology Devices. Она представляет собой преобразователь интерфейса . Микросхема FT232BM может функционировать как в режиме прямого управления битами BitBang (при использовании драйвера D2XX), так и в режиме виртуального COM-порта (при применении драйвера VCP).

В роли АЦП применена интегральная микросхема AD7495 (DD3) фирмы Analog Devices. Это не что иное, как аналого-цифровой преобразователь с 12 разрядами, с внутренним источником опорного напряжения и последовательным интерфейсом.

В микросхеме AD7495 также есть синтезатор частот, который определяет, с какой скоростью будет происходить обмен информацией между FT232BM и AD7495. Для создания необходимого протокола обмена данными, программа USB осциллографа наполняет выходной буфер USB отдельными значениями битов для сигналов SCLK и CS так, как указано на следующем рисунке:

Измерение одного цикла определяется серией из девятьсот шестидесяти последовательных преобразований. Микросхема FT232BM с частотой, определяемой встроенным синтезатором частот, отправляет электрические сигналы SCLK и CS, параллельно с передачей данных преобразования по линии SDATA. Период 1-го полного преобразования АЦП FT232BM, устанавливающий частоту выборки, соответствует продолжительности периода отправки 34 байтов данных, выдаваемых микросхемой DD2 (16 бит данных + импульс линии CS). Поскольку быстрота передачи данных FT232BM обусловливается частотой внутреннего синтезатора частот, то для модификации значений развертки нужно всего лишь менять значения синтезатора частот микросхемы FT232BM.

Данные, принятые персональным компьютером, после определенной переработки (изменение масштаба, корректировка нуля) выводятся на экран монитора в графическом виде.

Исследуемый сигнал поступает на разъем XS2. Операционный усилитель OP747 предназначен для согласования входных сигналов с остальной схемой USB осциллографа.

На модулях DA1.2 и DA1.3 построена схема сдвига двухполярного входного сигнала в зону положительного напряжения. Поскольку внутренний источник опорного напряжения микросхемы DD3 имеет напряжение 2,5 вольт, то без использования делителей охват входных напряжений равен -1,25..+1,25 В.

Чтобы была возможность исследовать сигналы, имеющие отрицательную полярность, при фактически однополярном питании от разъема USB ( а), использован преобразователь напряжения DD1, который для питания ОУ OP747 вырабатывает напряжение отрицательной полярности. Для защиты от помех аналоговой части осциллографа применены компоненты R5, L1, L2, C3, C7-C11.

Для вывода информации на экран монитора компьютера предназначена программа uScpoe. При помощи данной программы появляется возможность визуально оценивать величину исследуемого сигнала, а так же его форму в виде осциллограммы.

Для управления разверткой осциллографа предназначены кнопки ms/div. В программе можно сохранять осциллограмму и данные в файл при помощи соответствующих пунктов меню. Для виртуального включения и выключения осциллографа используются кнопки Power ON/OF. При отсоединении схемы осциллографа от компьютера, программа uScpoe автоматически переводится в режим OFF.

В режиме записи электрического сигнала (recorder), программа создает текстовый файл, имя которого можно задать по следующему пути: File->Choice data file. изначально формируется файл data.txt. Далее файлы можно импортировать в другие приложения (Excel, MathCAD) для дальнейшей обработки.

(3,0 Mb, скачано: 5 285)

Digital Oscilloscope V3.0 – популярная радиолюбительская программа, которая превратит ваш компьютер в виртуальный осциллограф

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “

Сегодня на сайте мы рассмотрим простую радиолюбительскую программу , превращающую домашний компьютер в осциллограф .

Есть два способа превращения персонального компьютера в осциллограф . Можно купить или сделать приставку, которую подключать к ПК. Приставка будет представлять собой АЦП, программно-управляемый. А на ПК установить соответствующую программу. Но это затратный способ. Второй способ – без затратный, в любом ПК есть уже АЦП и ЦАП – звуковая карта. Используя ее можно компьютер преобразовать в простой низкочастотный осциллограф , только установкой программного обеспечения, ну и придется спаять простой входной делитель. Таких программ существует не мало. Сегодня мы рассмотрим одну из них – Digital Oscilloscope V3.0 .

(149.8 KiB, 60,994 hits)

После запуска программы на экране появится окно внешне очень похожее на обычный осциллограф. Для подачи сигнала используется линейный вход звуковой карты. Подавать на вход обычно нужно сигнал не более 0,5-1 вольт, иначе происходит ограничение, поэтому нужно спаять входной делитель по простой схеме, как показано на рисунке №2.

Диоды КД522 нужны для защиты входа звуковой карты от слишком большого сигнала. После подключения цепи и входного сигнала нужно включить осциллограф. Для этого нажимаем мышкой поле RUN и выбираем START или нажать мышкой треугольник во втором сверху ряду окна. Осциллограф станет показывать сигнал. В нижнем правом углу экрана будут высвечиваться частота и период сигнала. А вот напряжение показанное осциллографом может не соответствовать действительности. При налаживании входного делителя нужно постараться переменным резистором так выставить коэффициент деления, чтобы величина показанного на экране напряжения была максимально реальной.

Назначение органов управления. TIME/DIV – время/деление; TRIGGER – синхронизация; CALIB – уровень; VOLT/DIV – напряжение/деление. И еще одно достоинство этой программы – осциллограф запоминающий – работу можно остановить, а на экране останется осциллограмма которую можно сохранить в памяти ПК или распечатать.

Любому радиолюбителю сложно представить свою лабораторию без такого важного измерительного прибора, как осциллограф. И, действительно, без специального инструмента, позволяющего анализировать и измерять действующие в цепи сигналы, ремонт большинства современных электронных устройств невозможен.

С другой стороны, стоимость этих приборов нередко превышает бюджетные возможности рядового потребителя, что вынуждает его искать альтернативные варианты или изготавливать осциллограф своими руками.

Варианты решения проблемы

Отказаться от покупки дорогостоящих электронных изделий удаётся в следующих случаях:

• Использование для этих целей встроенной в ПК или ноутбук звуковой карты (ЗК);
• Изготовление USB-осциллографа своими руками;
• Доработка обычного планшета.

Каждый из перечисленных выше вариантов, позволяющих изготавливать осциллограф своими руками, применим не всегда. Для полноценной работы с самостоятельно собранными приставками и модулями необходимо выполнение следующих обязательных условий:

• Допустимость определённых ограничений по измеряемым сигналам (по их частоте, например);
• Наличие опыта обращения со сложными электронными схемами;
• Возможность доработки планшета.

Так, осциллограф из звуковой карты, в частности, не позволяет измерять колебательные процессы с частотами, находящимися за пределами её рабочего диапазона (20 Гц-20 кГц). А для изготовления USB-приставки к ПК потребуется определённый опыт сборки и настройки сложных электронных устройств (как и при подключении к обычному планшету).

Обратите внимание! Вариант, при котором удаётся изготовить осциллограф из ноутбука или планшета при простейшем подходе, сводится к первому случаю, предполагающему использование встроенной ЗК.

Рассмотрим, как реализуется на практике каждый из указанных выше методов.

Использование ЗК

Для реализации этого способа получения изображения потребуется изготовить небольшую по габаритам приставку, состоящую всего из нескольких доступных для каждого электронных компонентов. С её схемой можно ознакомиться на приведённой ниже картинке.

Основное назначение такой электронной цепочки – обеспечить безопасное поступление внешнего исследуемого сигнала на вход встроенной звуковой карты, имеющей «собственный» аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Используемые в ней полупроводниковые диоды гарантируют ограничение амплитуды сигнала на уровне не более 2-х Вольт, а делитель из соединенных последовательно резисторов позволяет подавать на вход напряжения с большими амплитудными значениями.

К плате с резисторами и диодами со стороны выхода подпаивается провод с имеющимся на ответном конце штекером на 3,5 мм, который вставляется в гнездо ЗК под наименованием «Линейный вход». Исследуемый сигнал подаётся на входные клеммы.

Важно! Длина соединительного шнура должна быть по возможности короче, что обеспечивает минимальные искажения сигнала при очень низких измеряемых уровнях. В качестве такого соединителя рекомендуется использовать двухжильный провод в медной оплётке (экране).

Хотя пропускаемые таким ограничителем частоты относятся к НЧ диапазону, указанная предосторожность способствует повышению качества передачи.

Программа для получения осциллограмм

Помимо технического оснащения, перед началом измерений следует подготовить соответствующее программное обеспечение (софт). Это значит, что на ПК нужно установить одну из утилит, разработанных специально для получения изображения осциллограммы.

Таким образом, всего за час или чуть больше удаётся создать условия для исследования и анализа электрических сигналов посредством стационарного ПК (ноутбука).

Доработка планшета

Использование встроенной карты

Для того чтобы приспособить обычный планшет под снятие осциллограмм можно воспользоваться уже описанным ранее способом подключения к звуковому интерфейсу. В этом случае возможны определённые затруднения, так как дискретного линейного входа для микрофона у планшета нет.

Решить эту проблему удаётся следующим образом:

• Нужно взять гарнитуру от телефона, в составе которой должен иметься встроенный микрофон;
• Затем следует уточнить разводку (распиновку) входных клемм на используемом для подключения планшете и сравнить её с соответствующими контактами на штекере гарнитуры;
• При их совпадении можно смело подключать источник сигнала вместо микрофона, используя уже рассмотренную ранее приставку на диодах и резисторах;
• В завершении останется установить на планшете специальную программу, способную анализировать сигнал на микрофонном входе и выводить на экран его график.

Преимущества данного способа подключения к компьютеру – это простота реализации и дешевизна. К его минусам следует отнести малый диапазон измеряемых частот, а также отсутствие стопроцентной гарантии безопасности для планшета.

Преодолеть эти недостатки удаётся за счёт применения специальных электронных приставок, подключаемых через Bluetooth-модуль или посредством Wi-Fi-канала.

Самодельная приставка к Bluetooth-модулю

Подключение по «Bluetooth» осуществляется с помощью отдельного гаждета, представляющего собой приставку со встроенным в неё микроконтроллером АЦП. За счёт использования самостоятельного канала обработки информации удаётся расширить полосу пропускаемых частот до 1 МГц; при этом величина входного сигнала может достигать 10 Вольт.

Дополнительная информация. Радиус действия такой самостоятельно изготовленной приставки может достигать 10-ти метров.

Однако собрать такое преобразовательное устройство в домашних условиях способен не каждый, что существенно ограничивает круг пользователей. Для всех не готовых к самостоятельному изготовлению приставки возможен вариант приобретения готового изделия, с 2010 года поступающего в свободную продажу.

Приведённые выше характеристики могут устроить домашнего мастера, занимающегося ремонтом не очень сложной низкочастотной аппаратуры. Для более трудоёмких ремонтных операций могут потребоваться профессиональные преобразовательные устройства с полосой пропускания до 100 МГц. Эти возможности может обеспечить Wi-Fi-канал, поскольку скорости протокола обмена данными в этом случае несравнимо выше, чем в «Bluetooth».

Осциллографы-приставки с передачей данных по Wi-Fi

Вариант передачи цифровых данных по этому протоколу заметно расширяет пропускные способности измерительного устройства. Работающие по данному принципу и свободно продающиеся приставки не уступают по своим характеристикам некоторым образцам классических осциллографов. Однако стоимость их также далека от того, чтобы считаться приемлемой для пользователей со средними доходами.

В заключение отметим, что с учётом приведённых выше ограничений вариант подключения по Wi-Fi также подходит лишь для ограниченного круга пользователей. Тем же, кто решил отказаться от этого способа, советуем попытаться собрать цифровой осциллограф , обеспечивающий те же характеристики, но за счёт подключения к USB-входу.

Данный вариант также очень сложен в реализации, так что тем, кто не до конца уверен в своих силах, разумнее будет приобрести имеющуюся в свободной продаже готовую USB-приставку.

Видео