Покупка дорогого осциллографа может стать сложной задачей для начинающего радиолюбителя. Различные компьютерные дополнения и соответствующее программное обеспечение позволяют заменить прибор и сделать осциллограф из вашего компьютера. Помимо экономии средств, можно также хранить данные измеренных сигналов на компьютере и автоматизировать расчет параметров.
Программы, эмулирующие работу осциллографа
Виртуальные осциллографы занимаются обработкой сигналов, поступающих на вход компьютера или ноутбука. Эти программы имеют пользовательский интерфейс, напоминающий дисплей настоящего осциллографа. Некоторые приложения предназначены для работы с устройствами на базе звуковых карт, другие — с USB-осциллографами.
Программы, работающие через аудиовходы:
- Цифровой осциллограф;
- Осциллограф звуковой карты;
- Авангард российская разработка.
Программное обеспечение для USB-осциллографов:
- Aktakom OscilloscopePro.
- Симплескоп.
Все виртуальные приборы двухканальные, оснащены генераторами частоты, анализаторами. Измеренные данные и осциллограммы могут быть сохранены на компьютере. Обычно их не нужно устанавливать. После распаковки архива и запуска программы на экране появляется интерфейс реального осциллографа с элементами управления настройками.
Методы работы
Компьютер — это цифровое устройство, поэтому для измерения аналогового параметра сигнал должен быть преобразован в дискретную форму. Для этого используется АЦП, что расшифровывается как аналого-цифровой преобразователь. Для вывода данных используется цифро-аналоговый преобразователь.
Звуковая карта компьютера разделяет аналоговые сигналы, подключенные к входам LINE IN и MIC.
Поэтому звуковая карта может быть использована в качестве АЦП для подачи измеренного сигнала на компьютер или ноутбук. Поскольку человек слышит звук в диапазоне от 4 Гц до 20 кГц, звуковая карта, соответственно, работает на низких частотах. Полученный осциллограф также работает в этом диапазоне.
Другим недостатком «аудио осциллографа» является ограничение напряжения, подаваемого на вход. Этот показатель должен быть не более 0,5 В для входа MIC и не более 2 В для входа LINE IN. Подключение сигнала с амплитудой более 2 В приведет к повреждению звуковой карты или компьютера.
Из-за конструкции звуковой карты — наличия разделительного конденсатора на входе — постоянная составляющая электрического тока не видна на осциллографе. Однако его можно измерить с помощью приложения. Лучше подавать сигнал на вход LINE IN, так как он имеет самый низкий уровень шума. Минимальный уровень сигнала для измерения составляет около 1 мВ.
Применение таких осциллографов ограничено по частоте. Усилители, магнитофоны, различные аудиоустройства и микросхемы, работающие на частотах до 20 кГц, могут быть считаны этими осциллографами.
Конвертируйте видео онлайн с помощью convert-video-online
На более высоких частотах используются USB-осциллографы с более широкими возможностями. Недостатком этих устройств является их высокая цена.
Конструкция и применение
Осциллограф — это сложный электрический прибор. Блок-схема помогает понять, как она работает.
Имеется два сканирующих луча — вертикальный Y и горизонтальный X. По оси X показаны значения времени, а по оси Y — амплитуда сигнала.
Сигнал от устройства подается на ось Y. Затем он проходит через аттенюатор, который изменяет чувствительность схемы. Затем, пройдя через предусилитель, он попадает на линию задержки, которая «держит» сигнал до включения генератора развертки. Главный усилитель выводит сигнал на дисплей осциллографа. Чем выше входное напряжение, тем выше амплитуда сигнала.
X подается на генератор развертки, который выдает на осциллограф «растянутый во времени» сигнал. Изменяя генератор, можно получить развертку вплоть до тысячных долей секунды.
Аппарат имеет систему синхронизации, которая позволяет начать развертку при получении сигнала. Существует три источника импульсов синхронизации:
- Измеряемый сигнал. Наиболее часто используемый вариант, особенно когда частота входящего источника постоянна.
- Сетевое питание. Частота сети поддерживается с высокой степенью точности, поэтому синхронизация с ней возможна.
- Внешний источник. Используется как лабораторный генератор сигналов, так и смартфон с приложением, генерирующим тактовые импульсы определенной частоты.
Осциллограф визуализирует форму сигнала, что помогает понять причину неисправности. Устройство регистрирует амплитудно-частотную характеристику устройства и может быть использовано для определения скорости нарастания цифровых устройств.
Осциллографы используются для настройки и ремонта электронных устройств, будь то бытовая техника, ремонт автомобилей или орбитальных станций.
Схема и сборка устройства
Существует множество схем для создания цифрового USB-осциллографа своими руками. Не все они доступны неопытному радиолюбителю. Самый простой способ — собрать устройства на основе звуковой карты, в этом случае достаточно собрать делитель, повышающий порог входящего напряжения.
Подключение через USB
USB-осциллограф сложно собрать своими руками, но это очень точный прибор с широким диапазоном частот. Его детали можно купить в магазине или заказать через Интернет. Список деталей выглядит следующим образом:
- двухсторонняя печатная плата с готовыми дорожками;
- AD9288-40BRSZ;
- Система основана на процессоре CY7C68013A;
- резисторы, трансформаторы, конденсаторы, индукторы — номинальные значения указаны на схеме;
- паяльник и монтажный фен, паяльная паста, паяльник и припой;
- Лакированная проволока 0,1 мм2;
- тороидальный сердечник для производства трансформаторов;
- Микросхема флэш-памяти EEPROM 24LC64;
- Реле с управляющим напряжением не более 3,3 В;
- Операционные усилители AD8065;
- DC-DC преобразователь;
- Разъем USB;
- стекловолоконная плита;
- Разъемы для щупов, корпус пластины.
Что такое CAM-модуль для приема телевидения и как его использовать?
Ниже приведена принципиальная схема устройства.
Поскольку используется двухстороннее крепление, пластина с направляющими не может быть изготовлена пользователем. Вы должны связаться с компанией-производителем такой продукции и сделать заказ на следующих условиях:
- Стеклотекстолит, на который нанесена схема, должен иметь толщину не менее 1,5 мм;
- Толщина медной дорожки должна быть не менее одной унции (OZ) или 35 мкм.
- Металлизация отверстий;
- оловянное покрытие контактных зон для улучшения пайки компонентов.
Получив свой заказ, вы можете приступить к его сборке. Сначала собирается DC-DC преобразователь для обеспечения двух напряжений постоянного тока: +5 В и -5 В. Он изготавливается отдельно от основного блока и затем соединяется экранированным кабелем.
Затем аккуратно припаяйте элементы схемы. Будьте особенно осторожны при пайке микросхем и не допускайте повышения температуры паяльника выше 300°C.
После того как устройство вставлено в корпус, подключите его к компьютеру через порт USB. Затем необходимо замкнуть перемычку JP1.
Использование аудиокарты
Осциллограф для внешней звуковой карты — это недорогой и простой в изготовлении осциллограф для вашего компьютера или ноутбука. Он лучше всего подходит для начинающих радиолюбителей. Вы можете использовать внешнюю или внутреннюю звуковую карту.
Входное напряжение внутренней звуковой карты компьютера не должно превышать 0,5-2 В. Если необходимо измерить сигнал с амплитудой более 2 В, его необходимо подать на компьютер через делитель напряжения. Усилитель должен быть собран в соответствии со следующей схемой.
Напряжение питания уменьшается в 100, 10 или 1 раз, в зависимости от значения. Точная регулировка осуществляется с помощью подстроечного резистора. Диоды обеспечивают защиту от непреднамеренного приложения напряжения, превышающего 2 В.
Поместите модель в металлический ящик, чтобы устранить возможные помехи. Кабель, подключенный к звуковой карте, должен быть коротким и иметь медную втулку. Устройство должно быть продублировано для создания второго канала. Если карта имеет несколько входов, выберите тот, который имеет наименьшее внутреннее сопротивление.
Укажите свой IP-адрес
Ниже приведена схема с использованием внешней звуковой карты USB, которая стоит около 2 долларов.
В дополнение к адаптеру вам понадобятся:
- Резистор 120 Ом:
- разъем mini Jake;
- Измерительные датчики.
После приобретения всех деталей выполните следующие действия:
- Осторожно откройте адаптер, чтобы не сломать защелки. Убедитесь, что фитинг не поврежден.
- Удалите конденсатор C6 и замените его резистором 120 кОм.
- Припаяйте к щупам разъемы мини-джек вместо оригинальных разъемов и вставьте их в адаптер.
- Скачайте архив драйвера устройства и распакуйте его в папку. Установите устройство на компьютер.
- Компьютер запросит драйверы для нового устройства.
- Установите их, указав путь к папке.
- Нажмите кнопку Next, чтобы установить драйверы.
Перед использованием осциллограф необходимо настроить.
Настройка изделий
После сборки USB-осциллографа последним шагом будет прошивка микросхемы памяти EEPROM 24LC64. Для этого:
- Загрузите и установите приложение Cypress Suite на свой компьютер.
- Запустите программное обеспечение и перейдите в меню EZ Console.
- Нажмите на «LG EEPROM».
- Появится окно флеш-файла. Выберите его и нажмите Enter.
- Если возникла ошибка «Error», запустите вспышку снова.
- После успешного завершения процесса прошивки на экране появится сообщение «Done». Осциллограф готов к работе.
Перед запуском осциллографа на базе внешнего аудиоадаптера выполните следующие действия:
- Сохраните скачанные архивные файлы miniscope.exe, miniscope.ini и miniscope.log в отдельной папке. Откройте файл miniscope.exe.
- После запуска программы перейдите в настройки и следуйте инструкциям, приведенным на скриншотах.
- Используйте тестовый сигнал для проверки работоспособности. Должна появиться синяя линия.
Теперь устройство готово к использованию.
Калибровка требуется для устройства, которое работает через аттенюатор и внутреннюю звуковую карту. Для этого подайте на устройство сигнал известной амплитуды и частоты. Как только будет достигнута стабильная развертка, включите измерительную сеть. После того как триммер совпадет с настройками панели управления, верните значения сетки к исходным значениям.
Если значения отображаются неправильно, вы можете настроить сетку с помощью регуляторов звука компьютера. Откройте регулятор громкости на панели задач и переместите ползунок на нужный уровень сигнала.
Обязательно заземлите готовые изделия перед включением. Будьте осторожны с регулятором громкости на порту аудиоадаптера.
