Триколор 

Как сделать осциллограф из компьютера своими руками? Как сделать осциллограф из компьютера

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.

Виртуальный осциллограф РадиоМастер позволяет исследовать переменные напряжения в звуковом диапазоне частот: от 30..50 Гц до 10..20 Кгц по двум каналам с амплитудой от нескольких милливольт до десятков вольт. Перед реальным осциллографом такой прибор имеет преимущества: он позволяет легко определять амплитуду сигналов, запоминать осциллограммы в графических файлах. Недостатком прибора является невозможность увидеть и измерить постоянную составляющую сигналов.

На панели прибора располагаются органы управления, типичные для реальных осциллографов, а также специальные средства настройки и кнопки для работы в режиме запоминания осциллограмм. Все элементы панели снабжены всплывающими комментариями, и Вы легко с ними разберетесь. В скобках комментариев указаны клавиши, дублирующие экранные органы управления.

Специально остановимся лишь на операции калибровки по Y (по напряжению), которую следует произвести после подключения изготовленного Вами кабеля. Подайте на оба входа прибора сигнал известной амплитуды от общего источника (предпочтительно синусоидальной формы с частотой 500..2000 Гц и амплитудой несколько ниже расчетного предела), введите известное значение амплитуды в милливольтах, нажмите Enter, и осциллограф откалиброван. Первоначальная калибровка программы сделана с неким кабелем, соответствующем приведенной схеме.

Программа запоминает все установки и настройки и восстанавливает их при следующем включении.

Характеристики осциллографа в значительной степени зависят от параметров звуковой карты Вашего компьютера. Так со старыми типами карт, у которых частота дискретизации не более 44,1 кГц, частотный диапазон прибора ограничен сверху. Используя имеющийся на панели переключатель частоты дискретизации, опробуйте свою звуковую карту, и остановитесь на наивысшем возможном значении. Уже при 96 кГц можно уверенно рассматривать сигналы до 20 кГц.

Разрядность АЦП установлена равной 16, что обеспечивает достаточно высокую точность.

Диапазон измеряемых осциллографом напряжений определятся резистивными делителями, смонтированными на кабеле (см. схему). При R1 =0 все напряжение поступает на вход АЦП звуковой карты, следовательно можно без искажений рассматривать сигналы амплитудой не более 500..600 мВ. При использовании резисторов указанных на схеме номиналов получается диапазон напряжений до 25 В, что обычно достаточно в любительской практике.

Если ваша звуковая карта не имеет линейного входа, используйте вход микрофона, но при этом будет потерян один канал осциллографирования. Не забудьте указать выбранный вход звуковой карты в установках Windows. Соответствующий регулятор громкости установите в положение максимума, регулятор баланса в нейтральное положение.

С вопросами и пожеланиями прошу на: [email protected]

****************************************************************************************


П О П У Л Я Р Н О Е:

    Для работы в сети Интернет нужна программа — браузер.

    На компьютере пользоваться Интернет Вы можете стандартной Opera, а для своего телефона удобнее будет использовать Opera Mini.

    Opera Mini - это один из популярных в мире браузеров, который отлично работает практически на любом телефоне.

Стоит разобраться, для чего он вообще нужен. Электронный осциллограф используют как на производстве, так и в быту. Основное его назначение – анализ работы электронных схем. Он определит неисправность в электрических цепях, измерит показатель входящего потенциала, создаст защиту, обеспечит управление всеми технологическими процессами и не допустит нефункционального простоя электрического оборудования.

Сборка прибора – что понадобится?

Вся работа по сборке сводится к созданию аттенюатора, т.е. делителя напряжения, который позволяет контролировать некоторый диапазон напряжения. Другая функция – это защита входа от частых колебаний и перепадов электрического тока.

Вам понадобятся:

Подсчитайте необходимый вам объем памяти. Объем памяти равен отношению промежутка времени в секундах к разрешению в секундах. Увеличенный объем памяти сильно замедлит реакцию осциллографа на ваши действия и на перемену входного сигнала.

Подумайте, какие вам возможности прибора по запуску. В большинстве случаев достаточно запуска по фронту. Для ваших сложных задач ищите дополнительные возможности по запуску. Например, запуск по комбинации логических состояний по каналам прибора.

Устройство-осциллограф, название которого переводится с двух языков следующим образом – «качаюсь» с латыни и «пишу» с древнегреческого - представляет собой прибор, предназначенный и сконструированный для исследования параметров электрического сигнала, который подается на порт входа или на специальную ленту.

Область применения осциллографов

Современные устройства позволяют специалистам производить исследования сигнала гигагерцовых частот. Именно поэтому важнейшей областью применения осциллографа является радиоэлектроника, а также ее прикладные, лабораторные и научно-исследовательские сферы. В них специалисты с помощью прибора могут контролировать и изучать проходящие электрические сигналы или непосредственно и напрямую, или через дополнительные устройства и среды на фиксирующие датчики. В свою очередь последние преобразуют полученные воздействия в электрический сигнал или радио-волны.

Причем специальные осциллографы с блоком выделения отдельных строк применяются в случае необходимости проведения периодического или оперативного контроля показателей в системах телевещания.

Кстати, придумано устройсто-осциллограф было в 1893 году французским физиком Андре Блонделем, который внес свой вклад в науку следующим образом. В 1893 году Блондель смог решить проблему интегральной синхронизации в теории Корню, а бифилярный осциллограф, придуманный им, был более мощным и смог в 1891-ом заменить классический . Уже в 1894 году физик ввел понятие «люмен» и другие единицы измерения, а в 1899-ом опубликовал работу, касающуюся основных теорий двух реакций якоря.

Принцип классификации осциллографов

Приборы данного типа разделяются на две категории по своему назначению и способу выведения информации измерения – устройства с периодической разверткой для наблюдения сигнала, который появляется на экране, и аппараты с непрерывной разверткой, призванные проводить регистрацию кривой, но уже на фотоленте.

Есть различия среди осциллографов и по способу обработки ими входного сигнала – аналоговые и цифровые. Существуют и различия по количеству лучей в приборах – однолучевые, двулучевые, трехлучевые и другие - до 16 лучей и даже более (последнее, конечно, самое редкое).

В свою очередь, устройства с периодической разверткой подразделяются на обычные или универсальные, высокоскоростные, с функцией запоминания и специализированные. Также конструируются осциллографы, которые совмещаются с другими приборами для изменения (например, мультиметр), а называются подобные устройства сколометрами-осциллографами.

В прошлый раз мы смонтировали все радиоэлелементы на печатную плату цифрового осциллографа DSO138. Сейчас закончим его сборку и произведём первичную настройку и проверку работоспособности.

Вам понадобится

  • - Набор с цифровым осциллографом DSO138;
  • - мультиметр;
  • - источник питания на 8-12 В;
  • - пинцет;
  • - отвёртка для мелких работ;
  • - паяльник;
  • - припой и флюс;
  • - ацетон или бензин.

Инструкция

Первым делом припаяем петлю из проволоки толщиной 0,5 мм в отверстия разъёма J2 . Это будет контакт для выхода сигнала самотестирования осциллографа.
После этого закоротим с помощью паяльника и припоя контакты перемычки JP3 .

Займёмся платой TFT LCD экрана. Нужно припаять 3 штыревых разъёма с нижней части платы. Два маленьких разъёма по два пина и один двухрядный 40-пиновый.
Мы почти закончили сборку. Но не спешите убирать паяльник, он нам ещё ненадолго понадобится.

Теперь желательно промыть плату ацетоном, бензином или каким-либо другим способом очистить от следов флюса. Когда промоем плату, нужно дать ей полностью высохнуть, это очень важно!
После этого подключим источник питания к плате и замерим напряжение между землёй и точкой TP22 . Если напряжение примерно равно 3,3 вольтам, значит вы всё хорошо спаяли, поздравляю! Сейчас нужно отключить источник питания и закоротить припоем контакты перемычки JP4 .

Сейчас можно подключить к осциллографу ЖК дисплей, совместив его штыревые выводы с колодками на печатной плате осциллографа.
Подключите источник питания к осциллографу. Должен загореться дисплей и два раза моргнуть светодиод. Затем на пару секунд на экране появится логотип изготовителя и загрузочная информация. После этого осциллограф войдёт в рабочий режим.

Подключим пробник к BNC разъёму осциллографа и проведём первый тест. Никуда не подключая чёрный провод пробника, прикоснитесь рукой к красному. На осциллограмме должен появится сигнал наводки от вашей руки.

Теперь откалибруем осциллограф. Подключите красный щуп пробника к петле сигнала самотестирования, а чёрный оставьте неподключённым. Переключатель SEN1 поставьте в положение "0.1V", SEN2 в положение "X5", а CPL - в положение "AC" или "DC". С помощью тактовой кнопки SEL переместите курсор на метку времени, а кнопками "+" и "-" выставьте время "0.2ms", как на иллюстрации. На осциллограмме должен быть виден красивый меандр. Если края импульсов закругляются или имеют резкие острые пики по краям, нужно, поворачивая отвёрткой конденсатор C4 , добиться того, чтобы импульсы сигнала стали максимально близкими к прямоугольным.

Для управления чувствительностью служат переключатели SEL1 и SEL2 . Первый из них задаёт базовый уровень напряжения, второй - множитель. Например если выставить переключатели в положения "0,1V" и "X5", разрешение вертикальной шкалы будет 0,5 вольт на клетку.
Кнопка SEL служит для перемещения по элементам экрана, которые можно настраивать. Настройка выделенного элемента осуществляется с помощью кнопок + и - . Элементами для настройки являются: время развёртки, режим срабатывания, выбор фронта триггера, уровень срабатывания, перемещение вдоль горизонтальной оси осциллограммы, перемещение оси по вертикали.
Поддерживаемые режимы работы: автоматический, нормальный и однократный. Автоматический режим постоянно выводит сигнал на экран осциллографа. При нормальном режиме сигнал выводится каждый раз, когда превышен заданный триггером порог. Однократный режим выводит сигнал при первом срабатывании триггера.
Кнопка OK позволяет остановить развёртку и удерживать текущую осциллограмму на экране.
Кнопка RESET сбрасывает и перезагружает цифровой осциллограф.
Полезная функция осциллографа DSO138 - отображение информации о сигнале: частоты, периода, скважности, размаха, среднего напряжения и т.д. Чтобы активировать её, нажмите и удерживайте 2 секунды кнопку OK .
Осциллограф умеет запоминать текущую осциллограмму в энергонезависимой памяти. Для этого нажмите одновременно SEL и + . Чтобы вызвать на экран сохранённую в памяти осциллограмму, нажмите SEL и - .

Источники:

  • Осциллограф DSO138 устройство и приспособление к нему
Рассказать в:
Начинающим радиолюбителям посвящается!

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

О виртуальных осциллоскопах.

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

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

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

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

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

Внимание!

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

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

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

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

Технические данные и область применения.

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

Электрическая схема аппаратной части осциллографа.

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

Защита от «Придурака».

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

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

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

Как измерить выходное сопротивление линейного выхода?

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

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

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

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

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

Как измерить входное сопротивление линейного входа?

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

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

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

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

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:

Технологии не стоят на месте, и угнаться за ними не всегда просто. Появляются новинки, в которых хотелось бы разобраться более детально. Особенно это касается разнообразных позволяющих собирать практически любое простое устройство пошагово. Сейчас в их числе и платы Ардуино со своими клонами, и китайские микропроцессорные компьютеры, и готовые решения, идущие уже с программным обеспечением на борту.

Однако для работы со всем вышеперечисленным спектром интересных новинок, равно как и для ремонта цифровой техники, требуется дорогостоящий высокоточный инструмент. Среди такого оборудования - и осциллограф, позволяющий считывать частотные показания и проводить диагностику. Зачастую его стоимость довольно высока, и начинающие экспериментаторы не могут позволить себе такую дорогостоящую покупку. Тут на помощь приходит решение, которое появилось на многих радиолюбительских форумах почти сразу после появления планшетов на системе Андроид. Его суть заключается в том, чтобы с минимальными затратами изготовить осциллограф из планшета, не внося при этом в свой гаджет никаких доработок либо модификаций, а также исключая риски его повреждения.

Что такое осциллограф

Осциллограф - как прибор для измерения и отслеживания частотных колебаний в электрической сети - известен с середины прошлого века. Данными приборами комплектуются все учебные и профессиональные лаборатории, поскольку обнаружить некоторые неисправности или произвести точную настройку оборудования можно только лишь с его помощью. Он может выводить информацию как на экран, так и на бумажную ленту. Показания позволяют увидеть форму сигнала, рассчитать его частоту и интенсивность, а в результате определить источник его появления. Современные осциллографы позволяют рисовать трехмерные цветные частотные графики. Мы же сегодня остановимся на простом варианте стандартного двухканального осциллографа и реализуем его с помощью приставки к смартфону или планшету и соответствующего программного обеспечения.

Самый простой вариант создания карманного осциллографа

Если замеряемая частота находится в диапазоне слышимых человеческим ухом частот, а уровень сигнала не превышает стандартный микрофонный, то собрать осциллограф из планшета на "Андроид" своими руками можно без каких бы то ни было дополнительных модулей. Для этого достаточно разобрать любую гарнитуру, на которой должен обязательно присутствовать микрофон. Если подходящей гарнитуры нет, то потребуется купить звуковой штекер 3,5 мм обязательно с четырьмя контактами. Перед припаиванием щупов уточните распиновку разъема вашего гаджета, ведь их бывает два вида. Щупы необходимо подключить к пинам, соответствующим подключению микрофона на вашем устройстве.

Далее следует загрузить из "Маркета" программное обеспечение, способное замерять частоту на микрофонном входе и рисовать график на основе полученного сигнала. Таких вариантов довольно много. Поэтому при желании будет из чего выбрать. Как и говорилось ранее, не потребовалась переделка планшета. Осциллограф будет готов сразу же после калибровки приложения.

Плюсы и минусы вышеприведенной схемы

К плюсам такого решения однозначно можно отнести простоту и дешевизну сборки. Старая гарнитура или один новый разъем практически ничего не стоят, а времени потребуется всего несколько минут.

Но у этой схемы есть ряд существенных недостатков, а именно:

  • Малый диапазон измеряемых частот (в зависимости от качества звукового тракта гаджета колеблется в пределах от 30 Гц до 15 кГц).
  • Отсутствие защиты планшета или смартфона (при случайном подключении щупов к участкам схемы с повышенным напряжением можно в лучшем случае сжечь микросхему, отвечающую за обработку аудиосигнала на вашем гаджете, а в худшем - полностью вывести из строя ваш смартфон или планшет).
  • На очень дешевых устройствах присутствует значительная погрешность в измерении сигнала, достигающая 10-15 процентов. Для точной настройки оборудования такая цифра недопустима.

Реализация защиты, экранирования сигнала и снижения погрешности

Для того чтобы частично защитить свое устройство от возможного выхода из строя, а также стабилизировать сигнал и расширить диапазон входных напряжений, может использоваться схема простого осциллографа для планшета, которая уже долгое время успешно применяется для сборки приборов для компьютера. В ней применяются дешевые компоненты, среди которых стабилитроны КС119А и два резистора на 10 и 100 кОм. Стабилитроны и первый резистор подключаются параллельно, а второй, более мощный, резистор используется на входе схемы, чтобы расширить максимально возможный диапазон напряжений. В результате пропадает большое количество помех, а напряжение повышается до 12 В.

Само собой, следует учитывать, что осциллограф из планшета работает в первую очередь со звуковыми импульсами. Поэтому стоит позаботиться о качественном экранировании как самой схемы, так и щупов. При желании подробную инструкцию по сборке данной схемы можно найти на одном из тематических форумов.

Программное обеспечение

Для работы с подобной схемой требуется программа, способная рисовать графики на основании входящего звукового сигнала. Найти ее в "Маркете" несложно, вариантов много. Почти все они предполагают дополнительную калибровку, поэтому можно добиться максимально возможной точности, и сделать профессиональный осциллограф из планшета. В остальном данные программы выполняют по сути одну и ту же задачу, поэтому окончательный выбор зависит от требуемого функционала и удобства использования.

Самодельная приставка с Bluetooth-модулем

Если же требуется более широкий диапазон частот, то приведенным выше вариантом ограничиться не получится. Тут на помощь приходит новый вариант - отдельный гаджет, представляющий собой приставку с аналогово-цифровым преобразователем, обеспечивающий передачу сигнала в цифровом виде. Аудиотракт смартфона или планшета в данном случае уже не задействуется, а значит, можно достигнуть более высокой точности измерений. По сути, на этом этапе они представляют собой только портативный дисплей, а вся информация собирается уже отдельным устройством.

Собрать осциллограф из планшета на "Андроид" с беспроводным модулем можно самому. В сети есть пример, когда похожее устройство еще в 2010 году реализовывалось с помощью двухканального аналогово-цифрового преобразователя, созданного на базе микроконтроллера PIC33FJ16GS504, а в качестве передатчика сигнала служил Bluetooth-модуль LMX9838. Устройство получилось довольно функциональным, но сложным в сборке, поэтому для новичков его сделать будет непосильной задачей. Но, при желании, найти подобный проект на тех же радиолюбительских форумах не проблема.

Готовые варианты приставок с Bluetooth

Инженеры не дремлют, и, кроме кустарных поделок, в магазинах появляется все больше приставок, выполняющих функцию осциллографа и передающих сигнал через Bluetooth-канал на смартфон или планшет. Осциллограф-приставка к планшету, подключаемая посредством Bluetooth, зачастую имеет следующие основные характеристики:

  • Предел измеряемой частоты: 1МГц.
  • Напряжение на щупе: до 10 В.
  • Радиус действия: около 10 м.

Этих характеристик вполне достаточно для бытового применения, и все же в профессиональной деятельности иногда возникают случаи, когда и этого диапазона катастрофически не хватает, а реализовать больший с медлительным протоколом Bluetooth попросту нереально. Какой же выход может быть в этой ситуации?

Осциллографы-приставки с передачей данных по Wi-Fi

Данный вариант передачи данных существенно расширяет возможности измерительного устройства. Сейчас рынок осциллографов с таким видом обмена информацией между приставкой и планшетом набирает обороты ввиду своей востребованности. Такие осциллографы практически не уступают профессиональным, поскольку без задержки передают измеряемую информацию на планшет, который тут же выводит ее в виде графика на экран.

Управление осуществляется через простые, интуитивно понятные меню, которые копируют настроечные элементы обычных лабораторных устройств. Кроме того, подобное оборудование позволяет записывать или транслировать в режиме реального времени все происходящее на экране, что может стать незаменимым подспорьем, если нужно попросить совета у более опытного мастера, находящегося в другом месте.

Характеристики осциллографа для в виде приставки с Wi-Fi подключением вырастают в несколько раз, по сравнению с предыдущими вариантами. Подобные осциллографы имеют диапазон измерения до 50 МГц, при этом их можно модифицировать посредством разнообразных переходников. Зачастую в них установлены аккумуляторы для автономного питания, с целью максимально разгрузить рабочее место от ненужных проводов.

Самодельные варианты современных приставок-осциллографов

Само собой, на форумах наблюдается всплеск разнообразных идей, с помощью которых энтузиасты пытаются осуществить свою давнюю мечту - самостоятельно собрать осциллограф из планшета на "Андроид" с Wi-Fi-каналом. Одни модели получаются удачными, другие нет. Тут уже остается вам решать, попытать ли тоже счастья и сэкономить несколько долларов, собрав прибор самостоятельно, или же приобрести готовый вариант. Если не уверены в своих силах, то лучше не рисковать, чтобы потом не сожалеть о потраченных впустую средствах.

В противном случае - добро пожаловать в одно из сообществ радиолюбителей, в котором вам смогут дать дельный совет. Возможно, впоследствии именно по вашей схеме новички будут собирать свой первый в жизни осциллограф.

Программное обеспечение для приставок

Зачастую вместе с покупными осциллографами-приставками поставляется диск с программой, которую можно установить на свой планшет или смартфон. Если такого диска в комплекте нет, то внимательно изучите инструкцию к устройству - скорее всего, в ней есть названия программ, совместимых с приставкой и находящихся в магазине приложений.

Также некоторые из подобных приборов могут работать не только с устройствами под управлением операционной системы "Андроид", но также и с более дорогими «яблочными» девайсам. В таком случае программа будет однозначно находиться в AppStore, поскольку другой вариант установки не предусмотрен. Сделав осциллограф из планшета, не забудьте проверить точность показаний и, при необходимости, откалибровать прибор.

USB-осциллографы

Если у вас нет портативного устройства вроде планшета, но имеется ноутбук или компьютер, не стоит расстраиваться. Из них также можно сделать прекрасный Самым простым вариантом будет подключение щупов к микрофонному входу компьютера по такому же принципу, как описывалось в начале статьи.

Однако, учитывая его ограничения, этот вариант подойдет далеко не всем. В таком случае может использоваться USB-осциллограф, который обеспечит такие же характеристики, как и приставка с передачей сигнала по Wi-Fi. Стоит отметить, что такие приборы иногда работают с некоторыми планшетами, которые поддерживают технологию подключения внешних устройств OTG. Само собой, ЮСБ-осциллограф также пытаются сделать самостоятельно, причем довольно успешно. По крайней мере, именно этой поделке посвящено большое количество тем на форумах.