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 USB — COM. 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:
Hantek 2000 — осциллограф 3 в 1Портативный USB осциллограф, 2 канала, 40 МГц….
Процессор ARM Cortex-M3, 2,4 дюймовый TFT-экран…
Мини цифровой осциллограф DSO112A
Сенсорный экран, 2 МГц 5 Мбит/с, чувствительнос…
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 (распиновка USB разьема), 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.
Скачать программу и драйвер (3,0 MiB, скачано: 6 145)
Источник: Радио, 5/2005
Современная измерительная аппаратура давно срослась с цифровыми и процессорными средствами управления и обработки информации. Стрелочные указатели уже становятся нонсенсом даже в дешевых бытовых приборах. Аналитическое оборудование все чаще подключается к обычным ПК через специальные платы-адаптеры. Таким образом, используются интерфейсы и возможности программ приложений, которые можно модернизировать и наращивать без замены основных измерительных блоков, плюс вычислительная мощь настольного компьютера. Кроме того, и расширение возможностей обычного компьютера возможно за счет разнообразных программно-аппаратных средств, — специальных плат расширения, содержащих измерительные АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). И компьютер очень легко превращается в аналитический прибор, к примеру, — спектроанализатор, осциллограф, частотомер: , как и во многое другое. Подобные средства для модернизации компьютеров выпускаются многими фирмами. Однако цена и узконаправленная специфика не делают это оборудование распространенным в наших условиях. Но зачем далеко ходить? Оказывается, простой ПК в своей конструкции уже содержит средства, которые с некоторыми ограничениями способны превратить его в тот же осциллограф, спектроанализатор, частотомер или генератор импульсов. Согласитесь, уже немало. К тому же делаются все эти превращения только с помощью специальных программ, которые к тому же совершенно бесплатны и каждый желающий может их скачать в Интернете. Вы, наверное, зададитесь логичным вопросом — как же в измерениях можно обойтись без АЦП и ЦАП? Никак нельзя. Но ведь и то и другое присутствует почти в каждом компьютере, правда, называется по другому — звуковая карта. А чем не АЦП/ЦАП, скажите, пожалуйста? Это уже давно поняли те, кто написал для нее массу программ, не имеющих никакого отношения к воспроизведению музыки. Ведь обычная звуковая плата ПК способна воспринимать и преобразовывать сигнал сложной формы в пределах звуковой частоты и амплитудой до 2В в цифровую форму со входа LINE-IN или же с микрофона. Возможно и обратное преобразование, — на выход LINE-OUT (Speakers). Таким образом, вы можете работать с любым сигналом до 20 кГц, а то и выше, в зависимости от звуковой платы. Максимальный предел уровня входного напряжения 0,5-2 В тоже не составляет проблемы, — примитивный делитель напряжения на резисторах собирается и калибруется за 15 минут. Вот на таких-то нехитрых принципах и строятся программное обеспечение: осциллографы, осциллоскопы, спектроанализаторы, частотомеры и, наконец, генераторы импульсов всевозможной формы. Такие программы эмулируют на экране компьютера работу привычных для нас приборов, естественно со своей спецификой и в пределах частотного диапазона вашей звуковой платы. Как это работает? Для пользователя все выглядит очень просто. Запускаем программу, в большинстве случаев такое ПО не нужно даже инсталлировать. На экране монитора появляется изображение осциллографа: с характерным для этих приборов экраном с координатной сеткой, тут же и панель управления с кнопками, движками и регуляторами, тоже часто копирующими вид и форму таковых с настоящих — аппаратных осциллографов. Кроме того, в программных осциллографах могут присутствовать дополнительные возможности, как, например, возможность сохранения исследуемого спектра в памяти, плавное и автоматическое масштабирование изображения сигнала и т.д. Но, конечно же, есть и свои недостатки. Как подключиться к звуковой карте? Здесь нет ничего сложного — к гнезду LINE-IN, с помощью соответствующего штекера. Типичная звуковая плата имеет на панельке всего три гнезда: LINE-IN, MIC, LINE-OUT (Speakers), соответственно линейный вход, микрофон, выход для колонок или наушников. Конструкция всех гнезд одинакова, соответственно и штекеры для всех идут одни и те же. Программа осциллограф будет работать и отображать спектр и в том случае если снимается звуковой сигнал с помощью микрофона, подключенного к своему входу. Более того, большинство программных осциллографов, спектроанализаторов и частотомеров нормально функционируют, если в это же время на выход звуковой платы LINE-OUT выводится какой-то другой сигнал с помощью другой программы, пусть даже музыка. Таким образом, на одном и том же компьютере можно задавать сигнал, скажем с помощью программы генератора, и тут же его контролировать осциллографом или анализатором спектра. При подключении сигнала к звуковой плате следует соблюдать некоторые предосторожности, не допуская превышения амплитуды выше 2 В, что чревато последствиями, такими как выходом устройства из строя. Хотя для корректных измерений уровень сигнала должен быть гораздо ниже от максимально допустимого значения, что так же определяется типом звуковой карты. Например, при использовании популярной недорогой платы на чипе Yamaha 724 нормально воспринимается сигнал с амплитудой не выше 0,5 В, при превышении этого значения пики сигнала на осциллографе ПК выглядят обрезанными (рис.1). Поэтому для согласования подаваемого сигнала со входом звуковой карты потребуется собрать простой делитель напряжения (рис.2).
Резисторы подбираются так, чтобы сопротивление R3 было ниже входного сопротивление вашей звуковой карты, оно может составлять значение порядка 20 кОм. Подстроечным резистором напряжение на входе выставляется на нужном уровне, стабилитроны подбираются на напряжения менее 2 В, скажем КС119А — 1,9 В. В случае превышения напряжения сигнала на входе звуковой карты (на резисторе R3) выше нормы, сработает защита — начнется пробой стабилитронов и напряжение не поднимется выше 1,9 В. Можно использовать и другие типы стабилитронов на напряжение 1-1.8 В, но ставить их следует обязательно, иначе вы рискуете своим звуковым входом. Разводка штекера для звуковой платы показана на (рис.3).
Так как звуковая карта не является полноценным АЦП, то измерять подаваемую на него амплитуду входного сигнала это устройство на аппаратном уровне не в состоянии. Тем более что сигнал сначала проходит через делитель напряжения на резисторах, к тому же еще нужно учитывать внутреннее сопротивление звуковой платы, которое достаточно низко, как для полноценного вольтметра. Однако шкалы некоторых программ-осциллографов имеют типичную градуировку <вольт/дел>, а так же средства для калибровки уровня сигнала, чтобы хоть как-то подстроить шкалу на панели под действительное значение напряжения. Естественно, так как разумный уровень входного сигнала составляет где-то 0,5 В, калибровка программы возможна только в связке с калибровкой внешнего делителя напряжения с помощью построечного резистора. Таким образом, если мы знаем амплитуду подаваемого на вход сигнала, то используя регулировки с помощью стандартного микшера Windows, внутренних настроек программы-осциллографа и настройки делителя напряжения, шкалу можно откалибровать так чтобы она соответствовала действительным значениям амплитуды сигнала в дальнейшем, хотя здесь вряд ли стоит надеяться на высокую точность. Прежде чем начать работу с линейным входом звуковой карты, проверьте, включен ли в микшере Windows этот канал (Регулятор громкости\ Параметры\Свойства\Запись\Line\Ok\Recording Control). В этой статье нами будет рассмотрено несколько программ: осциллографы, спектроанализаторы, частотомер и генераторы колебаний всевозможной формы. Это ПО работает под управлением ОС Windows95/98 и для них подойдут компьютеры с довольно-таки посредственными, на сегодняшний день, параметрами. Начнем свой обзор, пожалуй, с наиболее распространенных и нужных в радиолюбительской практике приборов — осциллографов. Digital Oscilloscope 3.0 — название говорит само за себя. Эта программа представляет собой однолучевой цифровой осциллограф (рис.4). Ее можно взять по адресу http://payalnik.hypermart.net (139 кб) в разделе <Приборы/Осциллографы>.
Сигнал в этом случае должен подаваться через правый канал звуковой карты. Частота дискретизации 44,1 кГц, максимальная частота обрабатываемого сигнала обычно в два раза меньше частоты дискретизации. Окно программы на вид напоминает лицевую панель настоящего осциллографа, поэтому для многих знакомство с ней покажется привычным делом. Даже движки регуляторов здесь выполнены вращающимися, как бы рукоятки потенциометров, что в принципе не характерно для компьютерных программ. Вращать курсором мыши такие стилизованные движки не очень-то удобно.
Внизу под экраном расположены регуляторы периодов дискретизации сигнала и обновления экрана, правее — вспомогательные регуляторы. Среди них странно видеть регулятор фокусировки луча в цифровом осциллографе. Есть возможность сохранения измеряемого сигнала. Oscilloscope 2.51 скачать можно по адресам http://payalnik.hypermart.net, http://radiotech.by.ru/, www.radiofan.gaw.ru/soft/winscope.zip (90 кб) в соответствующих разделах. Включает в себя двухлучевой осциллограф и спектроанализатор, частотный диапазон: 20 Гц-20 кГц. Компоновка осциллографа и анализатора спектра более удобна для использования на экране компьютера (рис.6), регуляторы организованы в виде ползунков, его функциональность выше, чем в предыдущем случае. Органы управления расположены в верхней части окна в виде кнопок, движимые регуляторы — как обычно, сбоку от экрана.
Так как осциллограф двухлучевой, то для него могут использоваться оба канала звуковой карты, соответствующий режим включается кнопками над экраном. А вот спектроанализатор у меня работал только от правого канала звуковой карты. Синхронизация включается (Trigger level:) и отключается кнопками над экраном, причем возможна синхронизация как по восходящему, так и по нисходящему фронту импульса, хотя часто бывает, что сигнал даже довольно правильной формы невозможно синхронизировать ни тем, ни иным способом. Основные органы управления расположены сбоку от экрана. Усиление устанавливается двумя вертикальными бегунками отдельно для лучей Y1, Y2, рядом с ними находятся ползунки меньшего размера для возможности вертикального смещения сигналов лучей. Положению ползунков усиления соответствуют числовые значения в окне , хотя последние малоинформативны. В следующем блоке первым идет регулятор <Т> (мс/дел) с ним связаны две кнопки над экраном, позволяющие менять масштаб как 1/10. Изображение на кнопках соответствует сигналу большего и меньшего периода. Числовое значение размерности времени отображается в окне , однако отображаемое значение относится не к одному делению ячейки сетки, как обычно, а ко всему экрану — 10 делений. В окошках под экраном отображаются значения той точки экрана, на которую наведен курсор мыши. Для более точного измерения таким образом следует включить кнопку , тогда курсор приобретает форму перекрестка. Из режима осциллографа легко перейти в режим спектроанализатора, достаточно нажать кнопку (FFT) справа над экраном. При этом в окне значения начинают отображаться уже в Гц, масштаб задается тем же ползунком <Т>. Верхний предел оси частот в режиме спектроанализатора определяется так же из меню вкладки Options\Timing. Режим спектроанализатора удобно также использовать для определения частоты стабильного сигнала на осциллографе. В этом случае, переключившись из осциллографа на спектроанализатор, сигнал будет изображен в виде острого пика на шкале частот (рис.7). Наведя мышкой на середину пика сигнала перекресток указателя, вы увидите в окошке под экраном числовое значение частоты этого сигнала.
Удобно пользоваться кнопкой <1:1>, при ее нажатии изображение сигнала автоматически масштабируется по амплитуде до уровня двух пунктирных линий на экране, так уходит меньше времени на настройку чувствительности. Кроме того, из вкладки Options\Colors можно задать любые цвета для лучей и сетки экрана. Насчет программных спектроанализаторов стоит оговорится отдельно. Об амплитуде сигналов в спектре здесь мы можем судить лишь относительно, ведь звуковые платы, ввиду своей специфики, не имеют средств определения абсолютной величины амплитуды поступающего на них сигнала. Программы же, использующие уже оцифрованный сигнал со звуковой карты, тем более не в состоянии определить его действительный уровень. Но на практике от них этого и не требуется, обычно уровень сигнала спектра наглядно изображается на шкале в относительных единицах. Spectrogram v5.0.5 — представитель программ-спектроанализаторов с удобным интерфейсом и довольно-таки продвинутыми возможностями. Анализ сигнала возможен как из файла, так и по входу звуковой карты. Последнее, в принципе, нас больше всего и интересует. В анализаторе предусмотрены гибкие возможности для настройки. Взять программу можно там же, на <Паяльнике> в разделе <Приборы/ Спектроанализаторы> (http://payalnik.hypermart.net, 245 кб) или на странице рекомендованной разработчиками (www.monumental.com/rshorne/gram.html), где вы также сможете найти обновления программы. Способ восприятия сигнала устанавливается из меню File, Scan Input — сигнал сканируется со входа звуковой платы (или нажатием клавиши F3). Шкала частот может быть представлена как в линейном, так и в логарифмическом виде. Возможно включение одного либо двух каналов звуковой платы. Окно программы организовано просто и удобно (рис.8). По экрану с помощью мышки двигается курсор, в виде крестового прицела, достаточно навести его на интересующую точку, и внизу в окошке вы получите числовые значения относительной амплитуды (Дб) и частоты в выбранной точке. Таким образом, программу можно использовать и в качестве частотомера для сигнала фиксированной частоты, который будет виден на экране как единый (за исключением гармоник), самый высокий пик.
Перед началом каждого сеанса работы необходимо задать установки на панели настроек, она-то и будет каждый раз появляться при последующих нажатиях клавиши F3 (рис.9). Панель настроек организована довольно удобно, состоит из четырех основных разделов. Для начала необходимо задать способ отображения на экране сканируемого сигнала, в разделе Display Characteristic, в установках Display Type для нас лучше всего подойдет Line или Bar, график будет отображен линией либо в виде гистограммы соответственно. При этом по горизонтали расположена ось частот, и ось амплитуд по вертикали, как и положено.
На интервал значений на оси частот влияют установки сразу из двух разделов панели настроек. В Sample Characteristic\ Sample Rate задается предел величины дискретизации, до 44кГц. Однако на реальный масштаб на экране еще сильно влияют и установки из раздела Frequency Analysis. Здесь следует обратить внимание на установки значений FFT Size. Значения FFT задают степень дискретизации в преобразованиях Фурье, используемых при программной обработке спектрограммы. Чем выше FFT, тем выше точность и разрешающая способность спектрограммы, однако требуется больше времени для расчета и сужается отображаемый интервал значений на оси частот. Так при установках Sample Rate на 5,5 кГц, а FFT Size в значение 16384, мы получим наименьший частотный диапазон (от 0 до 86 Гц) при наибольшем разрешении. Для использования же максимального размаха частот придется установить значения параметров в противоположные крайние значения: 44кГц, 512 — FFT, при этом мы получим интервал 0-22050 Гц. Интервал по оси частот может так же смещаться с помощью движка Band, таким образом, чтобы измерения проводились не от нуля, а от какого-либо более высокого значения, что тут же отображается в окошках справа от регулятора. В этой программе-спектроанализаторе регулируется еще много чего, вплоть до цветовой гаммы представления сигналов. Есть подробный Help, естественно на английском языке. Программа оставляет очень хорошее впечатление, если бы не ограниченный звуковой платой узкий диапазон измерений: Frequency Counter 1.01 — вот дошла очередь и до цифрового частотомера, так же реализованного программным путем. Его частотный диапазон определяется частотой дискретизации 44,1 кГц. Программу можно найти по адресу http://payalnik.hypermart.net (95 кб) в разделе <Приборы/Частотомеры>. Интерфейс этого частотомера отличается приятным видом и небольшими размерами (рис.10). Даже цифры здесь стилизованы под показания сегментных индикаторов, с их крупными размерами, характерным наклоном и ярким видом.
Прибор отличается довольно высокой точностью показаний, хорошо воспринимает сигнал с импульсами прямоугольной формы, при синусоидальном сигнале желательно чтобы его амплитуда на входе была не ниже 0,5 В. Под цифровым табло находятся регуляторы периода пересчета, который может меняться в довольно-таки больших пределах, и установка синхронизации, где можно выбрать автоматический или ручной режим. Справа находится блок кнопок под названием , о их смысле можно судить на практических примерах, — при включении на <0> на показаниях частотомера начинают сказываться наводки в проводах, что проявляется даже в отсутствие входного сигнала, при включении последующих значений ситуация исправляется. Таким образом, этот блок отвечает за чувствительность по входному каналу. Генераторы сигналов NCH Tone Generator — может быть установлен под операционными системами Windows 3,1/95/98/NT/2000, его частотный диапазон в пределах 1-20000 Гц. Программа имеет компактный интерфейс (рис.11) и дает довольно большой выбор в форме сигналов: синусоидальный (sine), прямоугольный (square), треугольный (triangle), пилообразный (sawtooth), импульсный и <белый шум> (white noise).
Сигнал можно сохранить в виде файла, предварительно задав время звучания. К недостаткам можно отнести отсутствие на панели программы регулятора ослабления (амплитуды), предполагается, что в этом качестве будет использоваться стандартный микшер Windows, что вполне приемлемо, но менее удобно. Так же нельзя настраивать форму заданного сигнала, скажем, по скважности, впрочем, как и по каким либо другим параметрам. Программу можно найти по адресу http://payalnik.hypermart.net (85 Кб) в разделе <Приборы/Генераторы>, или www.nch.com.au/action. Test Tone Generator — программа может использоваться не только в качестве генератора синусоидального, прямоугольного, треугольного сигнала заданной частоты и амплитуды (рис.12), но также имеет расширенные возможности — как генератор sweep-сигнала. Sweep-сигнал представляет из себя колебания с монотонно нарастающей частотой постоянной амплитуды. Интервал частот и период sweep-сигнала задается в соответствующей вкладке (рис.13), его также можно сделать периодически повторяющимся, включив .
На панели программы находятся все необходимые регуляторы, правда, что-либо настраивать в режиме воспроизведения сигнала нельзя, генерация автоматически отключается. Частотный диапазон ограничен уровнем в 20000 Гц. Есть возможность сохранения в файл. Программу можно найти по тому же адресу, что и первую, а также на страничке предлагаемой разработчиком, куда также возможно поступление новых версий программного обеспечения (www.esser.u-net.com, 160 Кб). Generator Version 1.02 (beta 1) — отличительной особенностью этого генератора является возможность производить установки как частоты, так и амплитуды независимо для левого и правого каналов (рис.14). При необходимости один из каналов можно отключить.
В программе вроде бы присутствует возможность задавать продолжительность сигнала в ms, однако у меня эта функция почему-то не работала. Поэтому для нормальной работы необходимо задать непрерывный режим воспроизведения — . Верхний диапазон частот здесь ограничен значением 22050 Гц. Работает этот программный генератор под ОС Windows 95/98. Автор программы Андрей Шуклин предлагает свой продукт, а также его возможные обновления, на своей страничке (www.actor.ru/~gels/generat.htm, 13 Кб), также его можно найти по адресу http://radiotech.by.ru в разделе <Программы>. Marchand Function Generator — генератор, позволяющий формировать сигнал на оба канала. Частота для обоих выходов устанавливается одна и та же, но для каждого канала по отдельности можно задать форму сигнала: синусоидальный, прямоугольный, треугольный, импульсный; а так же амплитуду. В остальном функциональность программы минимальна (рис.15).
Верхний предел частоты — 20000 Гц. Скачать программу можно на русскоязычном сайте (www.radiofan.gaw.ru, 37 Кб) в разделе <Программы>, авторы же продукта рекомендуют обращаться по адресу www.marchandelec.com. Sine Wave Generator 3.0 — напоследок программа-генератор с ярким дизайном и верхним уровнем частот в установках 40000 Гц. Сигнал формирует только синусоидальной формы. В крупном окне регуляторы стилизованы под вращающиеся движки потенциометров (рис.16). Имеется возможность задавать sweep-сигнал, правда здесь задается только интервал частот, время нарастания всегда остается фиксировано.
При использовании этого генератора у меня возникли сомнения насчет соответствия значений установленной на табло частоты частоте реально выводимого сигнала, по крайней мере, в области ближе к низким частотам. Взять генератор можно в разделе программ на том же сайте (www.radiofan.gaw.ru, 117 Кб). Что же, несмотря на кажущуюся простоту подобного обеспечения, практически ни одна из представленных программ-генераторов не повторяет другую, каждая из них отличается какими-то своими особенностями. Не следует забывать, что это все-таки бесплатное программное обеспечение. В своем многообразии эти программы предоставляют довольно широкий выбор возможностей ограниченных лишь относительно небольшим частотным диапазоном звуковой платы ПК. Напоследок хочу лишь высказать одно предостережение. Современные материнские платы в большинстве своем имеют интегрированный звук и, соответственно, все три звуковые разъема на борту. Это реализуется путем установки отдельной звуковой микросхемы, но чаще сразу на уровне чипсета — главной микросхемы материнской платы. Качество звука при такой реализации довольно посредственное, поэтому пользователи все же стараются установить на своих ПК полноценную звуковую плату. В случае с отдельной звуковой платой возможные неудачные эксперименты с подачей напряжения на звуковой вход, мало ли что может случиться, могут окончиться лишь выходом со строя относительно недорогого устройства и потерей звука в ПК. При аварийной ситуации со встроенным на материнской плате звуком, вы рискуете испортить наиболее дорогую и значимую часть компьютера. Удачных экспериментов.
|
Лучшие программы осциллографы для ПК с ОС Windows
Программы осциллографы — это программное обеспечение для вашего компьютера, которое может анализировать звуковые сигналы. Если у вас ограниченный бюджет и вы не можете позволить себе полноценный осциллограф, тогда это программное обеспечение для ПК вам пригодится. Следующие программы были протестированы при вводе звукового сигнала через 3,5-мм аудиовход моего компьютера.
Теперь давайте посмотрим, что может предложить это программное обеспечение. Как только эти программы начнут считывать входной сигнал, вы сможете просматривать спектры сигналов для обоих или одного из двух каналов. Большинство из этих программ также обеспечивают возможность просмотра спектра БПФ. Хотя некоторые из этих программ являются всего лишь программным обеспечением для анализа аудио спектра, некоторые предоставляют подробные данные о сигналах. Вы можете измерить частоту, пиковое напряжение, коэффициент амплитуды, фазу и т. д. В одной из этих бесплатных программ осциллографов предусмотрена опция « Фильтр» , где вы можете применить фильтр с конечной импульсной характеристикой для ввода сигнала и затем проанализировать сигнал.
По мере того, как вы будете просматривать список, вы узнаете о предлагаемых ими функциях.
Лучшие программы осциллографы для ПК с ОС Windows
Winscope
Winscope — это бесплатное программное обеспечение для осциллографа, которое можно использовать для анализа любого сигнала на вашем компьютере. Когда вы вводите сигнал, он позволяет вам просматривать его спектр, измерять частоту, строить диаграммы, просматривать спектр БПФ , сохранять данные сигнала и многое другое. Он считывает входной сигнал через 3,5-мм аудиоразъем вашего компьютера.
Чтобы начать анализ сигнала после подключения входного сигнала, нажмите кнопку Play на интерфейсе Winscope. Вы начнете просматривать спектр сигнала прямо на главном окне, где вы также найдете различные опции для анализа входного сигнала:
- Режимы трассировки : Доступны три режима трассировки спектров. Это YT Single Trace, YT Dual Trace и XY Mode .
- Просмотр спектров в линейном или точечном графике.
- Режим FFT : преобразует входной сигнал для отображения амплитудных и временных спектров в амплитудных и частотных спектрах .
- Опция коррелометра также доступна. Она позволяет найти корреляцию между двумя источниками звука.
- Сохранить данные анализа в формате DAT на свой компьютер.
Visual Analyzer
Visual Analyzer — еще одно хорошая программа осциллографа для Windows 10. Данная утилита имеет анализатор спектра сигналов. Кроме того, вы найдете множество инструментов для просмотра связанных с сигналом данных, определения значений различных параметров, измерения частоты, применения фильтров и многого другого. На этом осциллографе есть два экрана для спектров сигнала; один отображает обычные спектры сигналы, а другой отображает БПФ сигнала.
В левой части интерфейса вы найдете кнопки для изменения параметров просмотра спектров. Вы можете изменить коэффициент масштабирования, значение ms / d, положения графиков X и Y и т. д. Можно найти некоторые значения, такие как: частота, среднее значение, коэффициент амплитуды, пиковое напряжение, ZRLC, фаза, каналы и т. д. Опции для захвата области или спектра также доступны.
Лучшая вещь в этом инструменте — это то, что это осциллограф с фильтрами для Windows. Вы можете применять различные фильтры к входному сигналу, затем измерять значения и просматривать спектры.
Это обширное программное обеспечение осциллографа с инструментами для тщательного анализа сигналов.
Soundcard Oscilloscope
Soundcard Oscilloscope — это многофункциональное программное обеспечение для осциллографов, которое бесплатно только для личного использования. Это приложение обладает генератором сигналов и различными другими инструментами. Входной сигнал отображается в интерфейсе программы на графику. Вы можете изменить параметры графика спектров для тщательного просмотра и анализа спектров сигналов в реальном времени. Установите разные амплитуды каналов или синхронизируйте каналы для общей амплитуды. Установите шкалу времени от 1 минуты до 10 секунд. Вы также можете установить разные режимы канала: одиночный, Ch2 — Ch3, Ch2 + Ch3 или Ch2 x Ch3.
Инструменты измерения сигналов для определения частоты и напряжения также доступны в программе. Значения в реальном времени отображаются прямо на экране.
Другие инструменты доступны на соответствующих вкладках. Посмотреть график XY или просмотреть график частоты. Вкладка Генератор сигналов позволяет генерировать сигнал вручную. Вы можете генерировать пользовательский сигнал для каналов. Генерация синуса, треугольника, квадрата, пилообразного, розового или белого шума . Установите амплитуду сигнала, частоту и т. д. Выходной сигнал генератора сигналов можно услышать через динамики, подключенные к вашему ПК. Сгенерированный сигнал также может быть записан на вашем компьютере в формате WAV.
Oscilloscope
Oscilloscope — это бесплатное программное обеспечение для осциллографа, которое отображает только XY спектры сигнала или аудиофайла. Вы не можете анализировать сигнал, а только просматривать его XY-спектры. Вы можете либо подать сигнал через 3,5-мм аудиоразъем, либо использовать микрофон вашего ПК, либо просто выбрать аудиофайл на своем ПК, чтобы просмотреть его сигнал.
Это довольно простое программное обеспечение и не имеет большого практического применения. Он был разработан, чтобы наслаждаться формами звуковых песен. Доступные параметры позволяют изменять масштаб, форму волны, вес штриха, оттенок (цвет), интенсивность и послесвечение.
Frequency Analyzer
Frequency Analyzer — еще одно простое программное обеспечение осциллографа, которое отображает звуковую волну в реальном времени. Он принимает звук с микрофона, подключенного к вашему ПК через звуковую карту, и отображает спектр сигналов в реальном времени. Вы также можете проанализировать аудиофайл в формате WAV или BMP.
Наряду с формой сигнала, другое окно также отображает частотный спектр звукового сигнала. Параметры конфигурации позволяют изменять шкалы и параметры сигнала. Вы можете выбрать 8 или 16 бит на выборку, скорость FFT, частоту выборки и количество точек на преобразовании.
Здесь вы не найдете никаких других опций, кроме анализа звукового сигнала и частоты.
Real-time Spectrum
Real-time Spectrum — как следует из названия, данная программа отображает спектры входного сигнала в реальном времени. Это программное обеспечение осциллографа отображает сигнал в реальном времени и сигнал БПФ сигналов. Она получает данные через 3,5 мм аудио разъем вашего ПК.
Доступные здесь опции позволяют вам просматривать форму сигнала левого, правого или обоих каналов. Выберите тип графика из: Cepstrum, Smoothed Spectrum, Bank Bank или Auditory Filter Bank . Вы также можете установить макс. частоту, частоту кадров и динамический диапазон графика.
Если вы хотите вывести распечатку экземпляра, приостановите осциллограмму и выберите опцию «Печать».
AUDio
AUDio MEasurement System — это бесплатное программное обеспечение для осциллографов на ос Windows. Программное обеспечение осциллографа поставляется с генератором сигналов, анализатором спектра и средством измерения частотной характеристики. Во время тестирования я обнаружил, что он принимает сигнал не со звуковой карты, а с микрофона в USB порту.
Параметры шкалы осциллографа можно настроить для анализа сигнала. Вы можете изменить значения шкалы X, левого и правого каналов v / div, смещения и края триггера. Это действительно простой в использовании осциллограф, который можно использовать для анализа формы сигнала.
Выше я рассказал о программном обеспечении, которое работает с сигналами от звуковой карты через разъем 3,5 мм или USB-микрофон. Но существуют различные другие инструменты для осциллографа, которые требуют коммуникационных устройств для приема и обработки сигналов. Некоторые работают с Audrino, а некоторые — с программным обеспечением на основе микроконтроллеров. Некоторые требуют подключения к вашему компьютеру фирменных инструментов для обнаружения сигналов. Позвольте мне перечислить некоторые из таких программ, на которые я наткнулся при тестировании:
- USB Oscilloscope: USB scope
- UsbScope: USB scope
- Serial Oscilloscope: Audrino based.
- Scopino: Audreno based.
- PPMScope: Microcontroller based.
- java42-data-scope
- ScopeShapes: Reads DXF files.
- Digital Storage Oscilloscope
- BitScope DSO
Сегодня часто вместо того, чтобы сделать, например, осциллограф из компьютера, большинство людей предпочитают просто приобрести USB-осциллоскоп. Но, пройдясь по магазинам, можно увидеть, что цена бюджетных осциллографов начинается от 200 долларов. А серьезная аппаратура и вовсе стоит в разы дороже. Именно тем людям, которых не устраивает эта цена, проще всего сделать осциллограф из ноутбука или компьютера своими руками.
Что необходимо использовать
Самая оптимальная сегодня – это программа Osci , она имеет интерфейс, похожий на классический осциллограф: на мониторе находится стандартная сетка, с помощью которой вы сможете сами померить амплитуду или длительность.
Из недостатков этой программы можно выделить то, что она работает немного нестабильно. Во время работы утилита может иногда зависать, а чтобы затем ее сбросить, надо использовать специализированный TaskManager. Но все это компенсируется тем, что программа имеет привычный интерфейс, и довольно удобна в использовании, а также имеет большое количество функций, они дают возможность сделать полноценно работающий осциллограф из компьютера или ноутбука.
На заметку
Нужно сказать, что в комплекте данных программ есть специальный низкочастотный генератор , но его использование нежелательно, он пытается полностью сам контролировать работу драйвера звуковой карты, что провоцирует выключение звука. Если решили его опробовать, позаботьтесь, чтобы у вас была точка восстановления либо сделайте бэкап вашей ОС. Самым оптимальным способом, как сделать своими руками из компьютера осциллограф, будет скачивание рабочего генератора.
«Авангард»
Это отечественная программа, она не имеет привычной и стандартной измерительной сетки, и отличается очень большим экраном для фотографирования скриншотов, но в то же время позволяет использовать установленный частотомер и вольтметр амплитудных значений. Это частично компенсирует недостатки, указанные выше.
Сделав этот осциллограф из компьютера, вы столкнетесь со следующим: на небольших уровнях показателей вольтметр и частотомер могут значительно искажать данные, но для новичков-радиолюбителей, эта утилита будет вполне достаточной. Еще одной полезной функцией будет то, что можно делать абсолютно независимую калибровку двух уже находящихся шкал установленного вольтметра.
Как это использовать
Из-за того, что входные цепи звуковой карты имеют специальный разделительный конденсатор, то компьютер в роли осциллографа может работать только с закрытым входом . Таким образом, на мониторе будет видна лишь переменная составляющая показателей, но, имея определенную сноровку, с помощью этих программ можно сделать измерение показателя постоянной составляющей. Это очень актуально в случае, когда, к примеру, время отсчета мультиметра не дает возможности зафиксировать некоторое значение амплитуды напряжения на конденсаторе, заряжающегося с помощью крупного резистора.
Нижнее значение напряжения ограничивается уровнем фона и шума и имеет примерно 1 мВ. Верхний предел ограничивается лишь по показателям делителя и достигает более сотни вольт. Частотный диапазон ограничивается самой возможностью звуковой карты и для старых компьютеров составляет около 20 кГц .
Естественно, в этом случае рассматривается довольно примитивное устройство. Но когда у вас нет возможности, например, использовать USB-осциллограф, то в данном случае его использование вполне приемлемо. Этот прибор поможет вам в ремонте разной аудиоаппаратуры, или может быть использован для учебных целей. Кроме того, программа-осциллограф даст возможность вам сохранить эпюру для иллюстрации материала или для размещения в сети.
Электрическая схема
Если вам необходим приставка к компьютеру, то сделать осциллограф будет гораздо сложнее. Сегодня в интернете можно отыскать довольно большое количество разных схем этих устройств, и для изготовления, например, двухканального осциллографа вам будет необходимо только их продублировать. Второй канал зачастую актуален в случае, когда надо сравнивать два сигнала или же осциллограф используется для подключения внешней синхронизации .
Как правило, схемы очень простые, но так, вы самостоятельно обеспечите очень большой диапазон доступных измерений, используя минимум радиодеталей. Причем аттенюатор, который изготавливается по классической схеме, потребовал бы от вас наличие узкоспециализированных высокомегаомных резисторов, а его сопротивление на входе все время менялось при переключении диапазона. Поэтому вы бы испытывали некоторые ограничения при использовании обычных осциллографических проводов, рассчитанных на импеданс входа не больше 1 мОм.
Как выбрать резисторы делителя напряжения
Из-за того, что зачастую радиолюбители испытывают сложности с тем, чтобы подобрать прецизионные резисторы, часто бывает так, что приходится выбирать устройства широкого профиля, которые надо максимально точно подогнать , иначе сделать своими руками осциллограф из компьютера не получится.
Подстроечные резисторы делителя напряжения
В этом случае каждое плечо делителя имеет два резистора, один является постоянным, второй – подстроечный. Минус этого варианта, это его громоздкость, но точность ограничивается лишь тем, какие доступные характеристики имеет измерительный аппарат.
Как выбрать обычные резисторы
Еще один вариант сделать осциллограф из компьютера – это выбрать пары резисторов. Точность в этом случае обеспечивается благодаря тому, что используются пары из двух комплектов с довольно приличным разбросом. Тут важно изначально выполнить тщательные замеры всех устройств, а после подобрать пары, суммарное сопротивление которых будет самым подходящим для вашей схемы.
Сегодня подгонка резисторов с помощью удаления части пленки часто используется даже в современной промышленности, то есть так, нередко делается осциллограф из компьютера.
Но нужно сказать, что если вы хотите подгонять высокоомные резисторы, то резистивная пленка не должна быть разрезана насквозь. Так как в этих устройствах она находится на цилиндрической поверхности в виде спирали, потому делать подпил надо предельно аккуратно, чтобы не допустить разрыва цепи . За
ПРОДОЛЖЕНИЕ:Подбор резисторов. Другой способ – подбор пар резисторов. Точность обеспечивается за счёт подбора пар резисторов из двух комплектов резисторов с большим разбросом. Сначала все резисторы промеряются, а затем подбираются пары, сумма сопротивлений которых наиболее соответствует схеме.
Именно этим способом, в промышленных масштабах, подгонялись резисторы делителя для легендарного тестера «ТЛ-4».
Недостаток метода – трудоёмкость и потребность в большом количестве резисторов.
Чем длиннее список резисторов, тем выше точность подбора.
Подгонка резисторов при помощи наждачной бумаги. Подгонкой резисторов, путём удаления части резистивной плёнки, не брезгует даже промышленность.
Однако при подгонке высокоомных резисторов не допускается прорезать резистивную плёнку насквозь. У высокоомных плёночных резисторов МЛТ, плёнка нанесена на цилиндрическую поверхность в виде спирали. Подпиливать такие резисторы нужно крайне осторожно, чтобы не разорвать цепь.
Точную подгонку резисторов в любительских условиях можно осуществить при помощи самой мелкой наждачной бумаги – «нулёвки». Сначала с резистора МЛТ, у которого заведомо меньшее сопротивление, при помощи скальпеля аккуратно удаляется защитный слой краски. Затем резистор подпаивается к «концам», которые подключаются к мультиметру. Осторожными движениями шкурки-«нулёвки» сопротивление резистора доводится до нормы. Когда резистор подогнан, место пропила покрывается слоем защитного лака или клея.
На мой взгляд, это самый быстрый и простой способ, который, тем не менее, даёт очень хорошие результаты.Конструкция и детали. Элементы схемы адаптера размещены в прямоугольном дюралюминиевом корпусе.
Переключение коэффициента деления аттенюатора осуществляется тумблером со средним положением. В качестве входного гнезда применён стандартный разъём СР-50, что позволяет использовать стандартные кабели и щупы. Вместо него можно применить обычное аудио гнездо типа Джек (Jack) 3,5мм.
Выходной разъём – стандартное аудио гнездо 3,5мм. Адаптер соединяется с линейным входом аудиокарты при помощи кабеля с двумя Джеками 3,5мм на концах. Сборка произведена методом навесного монтажа Для использования осциллографа понадобится ещё кабель со щупом на конце.
Как его изготовить подробно будет описано в другом мануале в ближайшее время под названием «Как изготовить кабель-щуп для низкочастотного виртуального осциллографа?«Как откалибровать виртуальный осциллограф?Чтобы произвести калибровку осциллографа, нужно иметь хоть какой-нибудь измерительный прибор. Подойдёт любой стрелочный тестер или цифровой мультиметр, которому Вы доверяете.В связи с тем, что у некоторых тестеров слишком высокая погрешность при измерении переменного напряжения до 1-го Вольта, калибровку производим при максимально возможном, но неограниченном по амплитуде, напряжении.
Перед калибровкой производим следующие настройки.
Отключаем эквалайзер аудиокарты. “Уровень линейного выхода”, “Уровень WAVE”, “Уровень линейного входа” и “Уровень записи” устанавливаем в положение максимального усиления. Это обеспечит повторяемость результата при дальнейших измерениях. Сбросив на всякий случай настройки генератора командой Command > Get Generator Default Setting, устанавливаем «Gain» (уровень) в 0db.
Выбираем частоту генератора 50Hz переключателем «Frequency Presets» (предустановки), так как все любительские приборы для измерения переменного напряжения умеют работать на этой частоте, да и наш адаптер пока не может корректно работать на более высоких частотах.Переключаем вход адаптера в режим 1:1.Глядя на экран осциллографа, подбираем при помощи ручки генератора «Плавно» (Trim) максимальный неограниченный уровень сигнала.
Сигнал может ограничиваться, как на входе аудиокарты, так и на её выходе, при этом точность калибровки может существенно снизиться. В «AudioTester-е» даже имеется специальный индикатор перегрузки, который выделен на скриншоте красным цветом.
Замеряем тестером напряжение на выходе генератора и рассчитываем величину соответствующего ему амплитудного значения.
Пример.
Показание вольтметра = 1,43 Вольта (действующее).
Получаем амплитудное значение.
1,432*√2 = 2,025 (Вольт) Команда “Options > Calibrate” вызывает окно калибровки “AudioTester-а”.
И хотя возле окошка ввода указана размерность в «mVrms», что по идее должно означать среднеквадратичное значение, в реальности, в осциллографе «oszi v2.0c» из комплекта «AudioTester-а», вводимые значения соответствуют… непонятно чему. Что, правда, вовсе не мешает точно откалибровать прибор.
Путём ввода значений с небольшим шагом можно точно подогнать размер изображения синусоиды под вычисленное выше амплитудное значение.
На картинке видно, что амплитуда сигнала уложилась чуть больше, чем в два деления, что соответствует 2,02 Вольта.
Точность отображения амплитуды сигналов, полученных с входов 1:20 и 1:100 будет зависеть от точности подбора соответствующих резисторов делителя. При калибровке осциллографа «Авангард», полученные при измерении тестером значения также нужно умножить на √2, так как и вольтметр, и калибратор «Авангард-а» рассчитан на амплитудные значения.
Вносим полученное значение в окошко калибровки в милливольтах – 2025 и нажимаем Enter.
Чтобы откалибровать второй диапазон осциллографа «Авангард», который отмечен, как «250», нужно сначала рассчитать реальный коэффициент деления, сравнив показания встроенного вольтметра в двух диапазонах делителя: 1:1 и 1:20. Вольтметр осциллографа, при этом должен находиться в положении «12,5»
Пример.
122 / 2323 = 19,3 Затем нужно подправить файл «calibr», который можно открыть в блокноте (Notepad-е). Слева файл до правки, а справа – после.
Файл «calibr» находится в той же самой директории, где расположена текущая копия программы.
В восьмую строчку вносим реальный коэффициент деления, соответствующий делителю первого (левого) канала.
Если вы построили двухканальный адаптер, то в девятую строчку вносим поправку для второго (правого) канала.Как выровнять амплитудно-частотную характеристику адаптера? Линейный вход аудиокарты, да и сами цепи адаптера обладают некоторой входной ёмкостью. Реактивное сопротивление этой ёмкости изменяет коэффициент деления делителя на высоких частотах. Чтобы выровнять частотную характеристику адаптера в диапазоне 1:1, нужно подобрать ёмкость конденсатора C1 так, чтобы амплитуда сигнала на частоте 50 Гц была равна амплитуде сигнала частотой 18-20 кГц. Резисторы R2 и R3 снижают влияние входной ёмкости и создают подъём частотной характеристики в области высоких частот. Компенсировать этот подъём можно путём подбора конденсаторов С2 и С3 в соответствующих диапазонах 1:20 и 1:100.
У подобрал следующие ёмкости: C1 – 39pF, C2 – 10nF, C3 – 0,1nF. Теперь, когда канал Y верикального отклонения осциллографа откалиброван и линеаризован, можно увидеть, как выглядят те или иные периодические, и не только, сигналы. В «AudioTester-e» есть «ждущая синхронизация развёртки».Что делать, если нет тестера? Или опасные опыты.Можно ли использовать для калибровки осветительную сеть?
Так как любой уважающий себя радиолюбитель, несмотря на все предупреждения, первым делом пытается залезть своим детищем в розетку, я счёл необходимым рассказать об этом опасном занятии подробнее.
По ГОСТу напряжение сети не должно выходить за пределы 220 Вольт – 10% +5%, хотя, в реальной жизни, это условие соблюдается не так часто, как хотелось бы. Ошибки измерений в процессе подгонке резисторов и замерах импеданса также могут привнести высокие погрешности при данном способе калибровки.
Если Вы собрали прецизионный делитель, например, на высокоточных резисторах, и если известно, что в вашем доме напряжение в осветительной сети поддерживается с достаточной точностью, то её можно использовать для грубой калибровки осциллографа.
Но, есть очень много НО, из-за которых, я Вам категорически не рекомендую это делать. Первое и наиболее важное «НО», это сам факт того, что Вы читаете эту статью. Тот, кто на ты с электричеством, вряд ли стал бы тратить на это время. Но, если и это не аргумент… Самое главное! 1. Компьютер должен быть надёжно заземлён!!!
2. Ни под каким предлогом не суйте в розетку «земляной» провод! Это тот провод, который соединён через корпус разъёма линейного входа с корпусом системного блока!!! (Другие названия этого провода: масса, корпус, общий, экран и т.д.) Тогда, вне зависимости от того, попадёте Вы в фазу или в ноль, не произойдёт короткое замыкание.
Другими словами, в розетку можно втыкать только провод, который соединён с резистором R1 номиналом 1 мегом, расположенном в схеме адаптера!!!
Если же Вы попытаетесь воткнуть в сеть провод, соединенный с корпусом, то в 50% случаев это приведёт к самым печальным последствиям.
Так как максимальная неограниченная амплитуда на линейном входе около 250мВ, то в положении делителя 1:100 можно будет увидеть амплитуду величиной примерно в 50… 250 Вольт (в зависимости от входного импеданса). Поэтому, для измерения напряжения сети, адаптер должен быть оборудован делителем 1: 1000.
Делитель 1:1000 можно рассчитать по аналогии с делителем 1:100.
Пример расчёта делителя 1:1000.
Верхнее плечо делителя = 1007кОм.
Входной импеданс = 50кОм.
Коэффициента деления по входу 1:1 = 20,14.
Определяем общий коэффициент деления для входа 1:1000.
20,14*1000 = 20140 (раз)
Рассчитываем величину резистора для делителя.
1007*50 / 50*20140 –50 –1007 ≈ 50 (Ом)ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ:
Раздел: [Измерительная техника]
Сохрани статью в:
Оставь свой комментарий или вопрос:
DIY-осциллограф из звуковой карты за $1 / Хабр
Проектов по созданию осциллографов из разного рода аудиокарт немало. Выполнить модификацию карты с тем, чтобы превратить ее в полезный для электронщика инструмент, не так сложно, но зачастую встает вопрос цены. И здесь приходит на помощь интересный вариант с ценой вопроса около 1 доллара США.
Именно столько стоит внешняя звуковая карта, которая изображена на анонсной фотографии. Купить это чудо техники можно на электронной барахолке (во многих городах такие есть), или же на интернет-аукционе, где всегда есть, из чего выбрать. Маркировка текущего девайса — HX2010-0705, выпущен он в конце 2013 года.
Устройство является гибридным, это звуковая карта + HID input. Что касается последнего, то эта часть предназначена для регулировки громкости и выполнения некоторых других задач, включая работу с медиаклавиатурой.
Дамп USB дескриптора:
VID=0x0D8C PID=0x000C
Product string: C-Media USB Headphone Set
Audio Device Class + HID (composite device)
Судя по всему, чип внутри аналогичен чипу, установленному в недорогих звуковых картах «C-Media», без каких-либо кнопок.
Примечания:
- аудиовход — моно, и два контакта не должны вводить в заблуждение, они замкнуты друг на друга; DLL здесь общий, может работать как со стерео-картами, так и с моно. Второй канал можно отключить самостоятельно.
- Частота дискретизации — 44100 и 48000 Гц;
- 2,23 В на С6; ток короткого замыкания 20 мА, при добавлении резистора на 120к этот показатель можно снизить до 8 мА;
- Резистор на 120к является наиболее недорогим методом увеличения диапазона измерения до 0-6В;
- AGC нужно убрать, настройки должны быть следующими:
Конденсатор C6 нужно отпаять, его емкость составляет 80 нФ, и он может серьезно ограничить возможности нашего осциллографа.
Настройки:
Калибровку лучше всего проводить при помощи соответствующей функциии в GUI. Вот пример работы того, что получилось в результате:
ПО для работы:
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.
Как рассчитать делитель напряжения (аттенюатор)?
Максимальная неограниченная амплитуда входного напряжения аудиокарты, при максимальном уровне записи, около 250мВ. Делитель же напряжения, или как его ещё называют, аттенюатор позволяет расширить диапазон измеряемых напряжений осциллографа.
Аттенюатор можно построить по разным схемам, в зависимости от коэффициента деления и необходимого входного сопротивления.
Вот один из вариантов делителя, позволяющих сделать входное сопротивление кратным десяти. Благодаря добавочному резистору Rдоб. можно подогнать сопротивление нижнего плеча делителя до какой-нибудь круглой величины, например, 100 кОм. Недостаток этой схемы в том, что чувствительность осциллографа будет слишком сильно зависеть от входного сопротивления аудиокарты.
Так, если входной импеданс равен 10 кОм, то коэффициент деления делителя увеличится в десять раз. Уменьшать же резистор верхнего плеча делителя не желательно, так как он определяет входное сопротивление прибора, да и является основным звеном защиты прибора от высокого напряжения.
Так что, я предлагаю Вам самостоятельно рассчитать делитель, исходя из входного импеданса Вашей аудиокарты.
На картинке нет ошибки, делитель начинает делить входное напряжение уже при выборе масштаба 1:1. Расчеты же, конечно нужно делать, опираясь на реальное соотношение плеч делителя.
На мой взгляд, это самая простая и вместе с тем самая универсальная схема делителя.
По представленным формулам можно рассчитать аттенюатор для адаптера, если Вы согласитесь с предложенной схемой.
Пример расчёта делителя.
Исходные значения.
R1 – 1007 кОм (результат замера резистора на 1 мОм).
Rвх. – 50 кОм (я выбрал более высокоомный вход из двух имеющихся на передней панели системного блока).
Расчёт делителя в положении переключателя 1:20.
Сначала рассчитаем по формуле (1) коэффициент деления делителя, определяемый резисторами R1 и Rвх.
1007 + 50/ 50 = 21,14 (раз)
Значит, общий коэффициент деления в положении переключателя 1:20 должен быть:
21,14*20 = 422,8 (раз)
Рассчитываем номинал резистора для делителя.
1007*50 / 50*422,8 –50 –1007 ≈ 2,507 (кОм)
Расчёт делителя в положении переключателя 1:100.
Определяем общий коэффициент деления в положении переключателя 1:100.
20,14*100 = 2014 (раз)
Рассчитываем величину резистора для делителя.
1007*50 / 50*2014 –50 –1007 ≈ 0,505 (кОм)
Если вы собираетесь использовать только осциллограф «Авангард» и только в диапазонах 1:1 и 1:20, то точность подбора резистора может быть низка, так как «Авангард» можно откалибровать независимо в каждом из двух имеющихся диапазонов. Во всех остальных случаях придётся подобрать резисторы с максимальной точностью. Как это сделать написано в следующем параграфе.
Если Вы сомневаетесь в точности своего тестера, то можно подогнать любой резистор с максимальной точностью методом сравнения показаний омметра.
Для этого, вместо постоянного резистора R2 временно устанавливается подстроечный резистор R*. Сопротивление подстроечного резистора подбирается так, чтобы получить минимальную ошибку в соответствующем диапазоне деления.
Затем сопротивление подстроечного резистора измеряется, а постоянный резистор уже подгоняется под измеренное омметром сопротивление. Так как оба резистора измеряются одним и тем же прибором, то погрешность омметра не влияет на точность замера.
А это парочка формул для расчёта классического делителя. Классический делитель может пригодиться, когда требуется высокое входное сопротивление прибора (мОм/В), а применять дополнительную делительную головку не хочется.
Как подобрать или подогнать резисторы делителя напряжения?
Так как радиолюбители часто испытывают трудности при поиске прецизионных резисторов, я расскажу о том, как можно с высокой точностью подогнать обычные резисторы широкого применения.
Использование подстроечных резисторов.
Как видите, каждое плечо делителя состоит из двух резисторов – постоянного и подстроечного.
Недостаток – громоздкость. Точность ограничена только доступной точностью измерительного прибора.
ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДЁТ.
обеспечивают высокопроизводительные измерительные приборы в небольшом пространстве и за сравнительно низкую стоимость благодаря использованию пользовательского интерфейса и некоторой обработке компьютера.
Типы областей действия включают в себя:
Аналоговая область
Объем аналогового хранилища
Цифровой люминофор
Цифровой прицел
USB / ПК объем
Осциллограф смешанных сигналов MSO
Объем выборки
Руководство по осциллографу Включает в себя:
Основы осциллографа
Краткое описание типов осциллографов
Характеристики
Как пользоваться осциллографом
Запуск области
Осциллографические зонды
Характеристики осциллографа
Осциллографы на базе ПК
, включая прицелы USB, стали очень популярным способом создания высокопроизводительного осциллографа по низкой цене и в небольшой упаковке.
В некоторых случаях компьютер будет доступен в среде, где должно проводиться тестирование электронного оборудования, и поэтому имеет смысл использовать вычислительную мощность, экран и источник питания ПК или другого компьютера, экономя на затратах и пространстве.
Принимая во внимание потребность в USB-осциллографах, доступно большое разнообразие, предлагающее полный спектр возможностей от областей USB начального уровня до выборочных осциллографов с полосами пропускания, выходящими в область ГГц. Эти измерительные приборы позволяют значительно сэкономить на расходах без ущерба для производительности в зависимости от выбранной области USB
Выбор USB для ПК
Использование универсальной последовательной шины, USB для подключения оптического прицела к ПК имеет абсолютный смысл, хотя это не единственный метод.
Области применения, использующие персональные компьютеры, ПК, могут использовать различные методы для связи с ПК. Однако в последние годы USB стал стандартом практически на всех компьютерах, в результате чего для использования одного из этих тестовых инструментов не требуется использовать дополнительную карту, например карту Firewire, и т. Д.
Использование USB означает, что можно использовать прицел, используя вычислительную мощность ПК практически на любом ПК.
Другим преимуществом является то, что цифровая конструкция USB-прицела обеспечивает преимущества и экономию количества.Меньше вариантов требуется для разных интерфейсов, и поэтому можно сосредоточиться на оптимизации конструкции тестового прибора для USB.
Интересно также отметить, что многие цифровые осциллографы в штучной упаковке используют точно такой же подход и имеют одинаковые блоки базовых цепей, единственное реальное отличие состоит в том, что в прицеле USB используется внешний ПК или другой компьютер для управления и отображения.
ПК USB основы основы
Одним из ключевых элементов осциллографа ПК, естественно, является USB-соединение.Это обеспечивает удобный и достаточно высокоскоростной канал передачи данных, по которому могут взаимодействовать прицел USB и компьютер.
Несмотря на то, что испытательное оборудование от разных производителей и тех, кто находится в разных позициях в пределах диапазонов от производителей, будет отличаться, есть некоторые общие аспекты этих областей, которые можно выделить.
Существует два основных подхода, которые используются для осциллографов USB: один обеспечивает гораздо более дешевые, но более низкие характеристики, а другой обеспечивает гораздо более удовлетворительное решение.
1) Простое микропроцессорное основание USB
В этой форме USB-осциллографа используется встроенный микропроцессор для контроля и проведения измерений, но в этом простом формате существуют некоторые серьезные ограничения.
С точки зрения своей работы, входящий сигнал входит в область действия и подвергается аналоговому формированию: затухание; усиление; согласование импеданса, как требуется. Затем он передается в аналого-цифровой преобразователь, АЦП, и данные передаются в микропроцессор.
Типичная микропроцессорная блок-схема осциллографа USB / PCПринимая во внимание архитектуру процессора, обычно процессор организует данные таким образом, чтобы они могли быть отправлены на компьютер для большей части обработки. Это означает, что большое количество данных необходимо передать на компьютер через USB-соединение, и это может оказаться узким местом. Одна из основных проблем заключается в том, что невозможно гарантировать запуск триггера, поэтому можно пропустить важное событие в сигнале.Это может привести к тому, что много времени будет затрачено на отслеживание проблемы в электронном сигнале, поскольку он не виден прицелом
2) Область применения USB на основе ПЛИС
Для значительного улучшения производительности USB-осциллографов используются FPGA или иногда CPLD. Это позволяет значительно увеличить объем обработки в пределах самой области USB, а также за гораздо более короткое время. Эти устройства могут быть сконфигурированы для выполнения точных требуемых задач, и, следовательно, они могут обрабатывать данные намного быстрее, и они могут обрабатывать намного больше данных, чтобы обеспечить наилучшее отображение сигналов.
Одна важная область, в которой это может наблюдаться, — это запуск, где гораздо более быстрая работа означает, что прицел способен правильно запускаться даже при полной частоте прицеливания.
Используя области USB на основе FPGA, данные обрабатываются параллельно, данные хранятся в самой области USB, а ПК в основном используется для отображения и управления сигналами. Область действия USB обрабатывает захваченные данные и затем передает осциллограмму для отображения на ПК или другой компьютер в формате без потерь по каналу USB.Таким образом, USB-канал не создает узкого места, и область применения, которая была разработана для обработки захваченных данных формы сигнала, способна достичь этого наиболее эффективным способом.
Типичная блок-схема осциллографа USB / PC на базе FPGAДанные передаются через аналоговое согласование, что позволяет обеспечить любое затухание, усиление, согласование полного сопротивления и т. Д. Полученный сигнал затем передается в аналого-цифровой преобразователь.
АЦП может иметь одно или несколько ядер — если он имеет несколько ядер, то данные, как правило, передаются параллельно ПЛИС и в память.С данными, хранящимися таким образом, можно обрабатывать их различными способами, вызывая данные из памяти по мере необходимости.
Многие осциллографы, как USB, так и коробочные, предлагают логический анализ или цифровые каналы. Они не требуют одинаковой аналоговой обработки и могут быть переданы непосредственно в FPGA, очевидно, через защитные схемы. Области с такой возможностью обычно называют MSO или осциллографами со смешанным сигналом.
После обработки сигнала отображаемое изображение можно передать через интерфейс USB на ПК.Так как только обработанные данные основаны на ПК, узкое место на USB или другом интерфейсе не возникает, и это означает, что производительность не ограничивается производительностью интерфейса USB. Он также передается в формате без потерь, чтобы можно было увидеть все импульсы / переходные процессы. В некоторых областях могут быть отправлены прореженные данные, что может привести к несовершенству отображаемой формы сигнала, что может привести к пропуску переходных процессов.
ПК USB преимущества / недостатки
Есть много преимуществ и недостатков использования осциллографа USB на базе ПК.Они должны быть сбалансированы при принятии решения об использовании или покупке одного из этих тестовых инструментов.
Преимущества USB / PC на базе
- Экономически эффективный: Одним из больших преимуществ использования USB-осциллографа является то, что это очень экономичный способ покупки осциллографа. В целом испытательное оборудование использует многие аспекты компьютера, который, вероятно, уже будет доступен. Источник питания, дисплей и вычислительная мощность доступны на ПК, и это означает, что их не нужно тиражировать в пределах объема USB.
- Простота установки и использования: Использование интерфейса USB означает, что соединение компьютера и прицела особенно легко. Это хорошо проверенный и проверенный интерфейс, который прост в настройке. Обычно программное обеспечение, используемое с прицелом, также очень легко внедряется.
- Большой экран: Большинство ПК, будь то ноутбук или настольный компьютер, имеют экран хорошего размера, что позволяет легко просматривать изображения в форме волны.
- Использует существующее оборудование: Осциллографы USB используют ПК, которые, вероятно, уже доступны.Это означает, что маловероятно, что будет необходимо покупать новый, особенно для этой роли.
- Portable: USB-осциллографы намного меньше, чем специализированные осциллографы. Для полевого обслуживания многие инженеры уже носят с собой ноутбук, поэтому тот факт, что объем USB намного меньше, чем у специального осциллографа, дает реальное преимущество.
- Производительность: Производительность, достижимая осциллографами на базе ПК, постоянно улучшается.Например, USB-осциллографы верхнего уровня могут соответствовать производительности доступных автономных элементов испытательного оборудования. В зависимости от выбранной модели, эти области USB могут соответствовать стандартным областям высшего класса и при гораздо меньших затратах.
Недостатки области действия USB / PC
- Требуется ПК: Тот факт, что USB-прицел требует ПК, может быть преимуществом в некоторых случаях, но в других это может быть недостатком, если он еще не доступен.
- Производители нижнего края могут срезать углы: Как и все измерительные приборы, вы можете получить то, за что платите. Некоторые нижние USB-приставки от менее известных производителей могут срезать углы, чтобы снизить затраты и могут возникнуть проблемы с производительностью. Перейти к известному бренду, и производительность будет гарантирована.
Ключевые моменты, которые следует учитывать при выборе USB-осциллографа
На рынке представлено очень много USB-осциллографов, некоторые из которых намного лучше других.Соответственно, при выборе области действия USB необходимо убедиться в том, что сделан лучший выбор, и ниже следует учитывать несколько указателей:
- Убедитесь, что триггер является цифровым: В некоторых областях USB или фактически в любых цифровых областях триггер может быть разработан непосредственно из аналогового сигнала, тогда как в других он взят из цифровых данных, хранящихся в области. Если в область действия включен полностью цифровой триггер, это позволяет достичь гораздо более высоких уровней точности и гибкости.Ложный запуск, шум и другие проблемы могут быть сведены к минимуму с помощью цифровых триггеров, а запуск может быть установлен для середины сигнала и т. Д., Чтобы можно было увидеть сигнал до и после точки запуска.
- Убедитесь, что выбран диапазон USB на основе FPGA: Области USB, основанные на технологии FPGA, способны обеспечить гораздо более высокий уровень производительности. Основанные на микропроцессоре частоты часто объявляют частоты дискретизации 48 МГц, 96 МГц или субмножки, и они обычно имеют ограниченную полосу пропускания.
- Разрешение: Одна ключевая спецификация для цифровых областей — это разрешение, которое можно получить. Некоторые низкоуровневые области могут предлагать только восьми- или десятиразрядное разрешение. При отображении осциллограмм на экране компьютера с использованием областей с более низким разрешением можно обнаружить отсутствие детализации. Иногда сигналы могут выглядеть неровными, так как отдельные биты видны. Также возможно потерять детали, особенно если смотреть на небольшое напряжение в присутствии гораздо большего.Некоторые области предлагают намного более высокие уровни разрешения, и они могут обеспечить гораздо большую детализацию.
- Полоса пропускания: При рассмотрении сигналов необходимо убедиться, что ширина полосы действия прицела достаточно высока для захвата сигнала и любых гармоник, которые он может содержать. Часто используется эмпирическое правило, называемое правилом пяти времен. При этом полоса пропускания осциллографа должна быть в пять раз больше самой высокой частотной составляющей в сигнале. При использовании этого правила погрешность из-за частотных ограничений будет составлять менее ± 2%.
- Глубина памяти: При выборе области действия USB убедитесь, что у нее достаточно памяти для захвата и сохранения необходимых сигналов. Чем больше глубина памяти, тем больше сигналов можно захватывать при максимальной частоте дискретизации.
Глубина памяти знак равно (Временное окно получения) (Частота дискретизации)
Осциллограф может захватывать 1 мсек на канал 1 мсек или время с частотой дискретизации 1 гс / с.Таким образом, для захвата такого количества данных должно быть достаточно памяти. Это дает представление о том, что может понадобиться. - Функциональный генератор / возможности AWG: Используя возможности FPGA, легко встроить функциональный генератор, который может генерировать различные формы сигналов. Области Sime имеют полную возможность генерации сигнала произвольной формы, поэтому можно генерировать или загружать любую необходимую форму сигнала.
- Рассмотрим тип ПК: Большинство USB-областей смогут работать с ПК на базе Windows, однако некоторые могут захотеть использовать эту область либо с Apple Mac с iOS, либо с Linux.Убедитесь, что объем USB может обслуживать используемую операционную систему.
Существует много преимуществ использования осциллографа на базе ПК или USB, но их необходимо тщательно рассмотреть, прежде чем делать окончательный выбор.
Дополнительные темы испытаний:
Анализатор сети передачи данных
Цифровой мультиметр
Частотомер
осциллограф
Генераторы сигналов
Анализатор спектра
LCR метр
Глубиномер, ГДО
Логический анализатор
ВЧ измеритель мощности
Генератор радиосигналов
Логический зонд
Рефлектометр во временной области
Вектор сетевой анализатор
PXI
GPIB
Сканирование границы / JTAG
Вернуться в меню «Тест»., ,
Что такое осциллограф »Электроника Примечания
Осциллограф является одним из наиболее полезных измерительных приборов, используемых для проектирования электронных схем, производства, тестирования, обслуживания и ремонта электроники.
Осциллограф Учебное пособие включает в себя:
Основы осциллографа
Типы осциллографов
Характеристики
Как пользоваться осциллографом
Запуск области
Осциллографические зонды
Характеристики осциллографа
Типы областей действия включают в себя: Аналоговый прицел Объем аналогового хранилища Цифровой люминофор Цифровой прицел USB / ПК объем Осциллограф смешанных сигналов MSO
Осциллографы или прицелы являются важным инструментом в арсенале инженера-электронщика или тестировщика.Осциллограф — это элемент оборудования для тестирования электроники, который позволяет видеть сигналы и таким образом значительно облегчает обнаружение любых проблем, возникающих в цепи электроники.
Ввиду преимуществ, которыми они обладают, осциллографы являются важным компонентом испытательного оборудования для электроники для любой электроники, лаборатории или области, где проводится тестирование электронного оборудования, будь то радиочастотное проектирование, проектирование электронных схем общего назначения, производство электроники, обслуживание, ремонт или любое другое место, где электронные схемы и сигналы на них должны быть исследованы.
Название осциллографа происходит от того факта, что он позволяет просматривать колебания. Иногда использовалось название катодно-лучевой осциллограф, или CRO. Причиной этого было то, что электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) были использованы для отображения формы волны. В настоящее время эти измерительные приборы обычно называют осциллографами или просто прицелами.
В настоящее время используются ЖК-дисплеи или плазменные дисплеи, так как они меньше по размеру и более удобны в использовании, тем более что они не требуют очень высоких напряжений старых ЭЛТ.
Функция осциллографа
Функция осциллографа заключается в том, чтобы иметь возможность отображать сигналы на некоторой форме дисплея. В обычном режиме работы время отображается вдоль оси X (горизонтальная ось), а амплитуда отображается вдоль оси Y (вертикальная ось). Таким образом, можно увидеть электронную форму волны на осциллографе, как это может быть предусмотрено. Форма волны можно сравнить с волнами при движении вдоль поверхности пруда, когда в него падает камень.
Видя форму волны таким образом, можно увидеть анализ работы схемы и выяснить, почему могут возникнуть какие-либо проблемы.
Базовый экран осциллографаКлючевые темы осциллографа
При взгляде на осциллограф есть несколько ключевых тем и областей интереса:
Типы осциллографов: Существует несколько различных типов осциллографов от аналоговых до цифровых и многое другое. Первые типы осциллографов были аналоговыми, но с достижениями в области цифровых технологий практически все новые измерительные приборы в наши дни управляются процессором и используют цифровую обработку сигналов для обеспечения превосходного отображения сигналов.
Мало того, что осциллографы содержатся не только в стандартных бочкообразных блоках, но и некоторые прицелы, предназначенные для связи с компьютерами, используя их отображение и обработку для помощи. Часто это осциллографы USB, подключенные через USB-каналы, но также доступны другие типы, подключенные через другие шинные системы или для использования в стойках, таких как PXI и более старые системы VXI.
Характеристики прицела: Спецификации для осциллографов иногда могут сбивать с толку.Базовое понимание терминов и их значения очень полезно. Понимание основных характеристик осциллографа может дать представление об ограничениях любого конкретного тестового прибора, а также помочь в выборе, когда его нужно нанять, купить или даже забронировать из обычного магазина.
Характеристики области немного различаются для аналоговой и цифровой областей. Хотя основные понятия, такие как точность, временной диапазон, верхние частоты и тому подобное, по существу одинаковы, цифровые области также имеют спецификации для таких элементов, как количество бит ЦАП, глубина памяти и тому подобное, которые характерны для цифровых осциллографов.
Как использовать осциллограф: Хотя осциллографы просты в использовании в наши дни, это помогает понять, как работают эти элементы испытательного оборудования электроники и какие существуют элементы управления и как они работают. На экране есть даже софт-клавиши, поэтому многое можно сделать.
Обычно наиболее широко используемые элементы управления являются общими для всех областей применения от любого производителя, поэтому переход из одной области в другую часто относительно прост.
Запуск осциллографа: Функция запуска является одной из наиболее важных функций на осциллографе. Триггер области позволяет временной базе «запускаться» в одной и той же точке на каждом цикле сигнала, и это позволяет отображать его так, чтобы оно оставалось на экране.
Функция запуска осциллографа значительно расширилась, поскольку большинство областей применения перешли на использование цифровых технологий. Доступная цифровая обработка сигналов позволяет триггеру обеспечить большую гибкость и большую функциональность, чтобы можно было более тщательно исследовать сигналы для выявления проблем и проблем.
Пробники осциллографа: Любому осциллографу понадобятся пробники для подключения к тестируемому устройству. Производительность и использование этих зондов позволяют наилучшим образом использовать реальный измерительный прибор, поэтому знание, какие зонды выбрать, как их настроить и какие ограничения необходимы, для правильного понимания выполненных измерений.
Разработка осциллографа
Осциллограф разрабатывался в течение многих лет.Потребовалось большое количество новых открытий и изобретений, чтобы достичь уровня сложности, который мы наблюдаем сегодня.
Истории дат осциллограмм более 100 лет, каждый шаг является результатом инноваций, вдохновения и упорного труда.
| Ключевые этапы развития и история осциллографа | |
|---|---|
| Дата | Открытие / Разработка |
| 1897 | Карл Фердинанд Браун изобрел первую электронно-лучевую трубку CRT.Он мог отображать грубые цифры на экране, контролируемые напряжениями на пластинах трубки. |
| 1899 | Джонатан Ценнек усовершенствовал базовую электронно-лучевую трубку, добавив в нее формирующие пучок пластины и используя магнитное поле для очистки следа. |
| 1931 | В. К. Зворыкин усовершенствовал электронно-лучевую трубку, когда детализировал герметично закрытую высоковакуумную электронно-лучевую трубку с термоэлектронным излучателем. Это позволило General Radio изготовить осциллограф, который можно было использовать вне лабораторных условий. |
| Конец 1930-х годов | Британская компания A C Cossor изобрела двухлучевой осциллограф, который широко использовался во время Второй мировой войны для обслуживания электронного оборудования и, в частности, радиолокационных систем. |
| 1946 | Осциллограф с триггерным сканированием был изобретен Говардом Фоллумом и Джеком Мердоком. Это сделало осциллограф намного проще в использовании, поскольку сигналы могли отображаться устойчиво. |
| 1946 | Tektronix был основан Говардом Фоллумом и Джеком Мердоком. |
| 1963 | Компания Tektronix представила бистабильную накопительную трубку Direct View (DVBST). Это позволило отображать отдельные импульсы, а не просто повторять сигналы. |
| Цифровой запоминающий осциллограф DSO был изобретен Уолтером ЛеКрой после производства высокоскоростных цифровых преобразователей для исследовательского центра CERN в Швейцарии. Уолтер ЛеКрой позже основал корпорацию ЛеКрой. | |
Осциллограф наружный
Осциллограф обычно имеет большой набор предметов на внешней стороне корпуса.
Высокопроизводительный осциллографНа передней панели испытательного оборудования обычно есть несколько элементов:
- Дисплей Первое, что заметили на осциллографе, — это большой дисплей, который используется для отображения формы сигнала. Обычно это занимает около четверти места на передней панели или даже немного больше. Часто полезно иметь достаточно большой дисплей, тогда легче увидеть различные элементы формы сигнала.
- Разъемы На передней панели имеется множество различных разъемов. Обычно есть вход для каждого из отображаемых каналов — часто осциллограф имеет более одного канала. Многие осциллографы являются двухканальными и поэтому могут отображать два сигнала одновременно, что позволяет сравнивать формы сигналов. Другие входы могут включать в себя триггерный вход, который позволит запустить трассировку на осциллографе в соответствии с этим сигналом.
- Органы управления На осциллографе имеется множество органов управления:
- Чувствительность вертикального усиления / входного сигнала: Обычно она калибруется в В / см, т. Е. Каждое вертикальное деление на шкале представляет собой заданное количество вольт.
- Timebase: изменяет скорость, с которой трасса пересекает экран по горизонтали на осциллографе. Он калибруется по времени / делению, например 1 мс / см, при условии, что деления с интервалом в один сантиметр.
- Триггер. Элементы управления, связанные с триггером, позволяют запускать временную базу осциллографа различными способами. Это позволяет получить неподвижное или стабильное изображение на экране осциллографа.
Для правильной работы осциллографа необходимо подключить правильные сигналы к входам, а также правильно использовать органы управления.
Осциллографыявляются одним из наиболее широко используемых элементов испытательного оборудования для электроники.Они обеспечивают высокий уровень понимания работы схемы и являются ключом к нахождению многих проблем и их решению, будь то в целом проектирование электронных схем, проектирование радиочастот, тестирование производства электроники, сервисное обслуживание, ремонт и даже обслуживание на месте.
Дополнительные темы испытаний:
Анализатор сети передачи данных
Цифровой мультиметр
Частотомер
осциллограф
Генераторы сигналов
Анализатор спектра
LCR метр
Глубиномер, ГДО
Логический анализатор
ВЧ измеритель мощности
Генератор радиосигналов
Логический зонд
Рефлектометр во временной области
Вектор сетевой анализатор
PXI
GPIB
Сканирование границы / JTAG
Вернуться в меню «Тест»., ,
Как пользоваться осциллографом »Electronics Notes
Основы или инструкции по использованию осциллографа и использованию осциллографа для измерения и поиска неисправностей в электронных схемах.
Осциллограф Учебное пособие включает в себя:
Основы осциллографа
Типы осциллографов
Характеристики
Как пользоваться осциллографом
Запуск области
Осциллографические зонды
Характеристики осциллографа
Типы областей действия включают в себя: Аналоговый прицел Объем аналогового хранилища Цифровой люминофор Цифровой прицел USB / ПК объем Осциллограф смешанных сигналов MSO
Осциллограф — это особенно полезный элемент испытательного оборудования, которое можно использовать для тестирования и поиска неисправностей в различных электронных схемах, от логических схем до аналоговых схем и радиоканалов.Необходимо знать, как правильно использовать осциллограф, чтобы наилучшим образом использовать его. Зная основы использования осциллографа, вы сможете находить схемы более эффективно и быстро, а также лучше понимать, как они работают.
Хотя осциллографы стоят дороже, чем некоторые другие элементы испытательного оборудования, включая мультиметры, их часто можно найти в домах и мастерских любителей электроники. В результате важно, чтобы люди знали, как пользоваться осциллографом.
Передняя панель осциллографаОсновные элементы управления осциллографа
Ввиду гибкости и уровня контроля, необходимого для использования осциллографа, имеется большое количество элементов управления. Они должны быть установлены правильно, если необходимо получить требуемое представление о сигнале.
К счастью, довольно легко привыкнуть к работе с осциллографом и использованию элементов управления для правильного просмотра формы волны.
Краткое изложение основных элементов управления на осциллографе приведено ниже:
Тем не менее, краткий обзор некоторых элементов управления приведен ниже:
- Коэффициент усиления по вертикали: Этот элемент управления на осциллографе изменяет коэффициент усиления усилителя, который управляет размером сигнала по вертикальной оси.Обычно он калибруется с точки зрения определенного количества вольт на сантиметр. Поэтому, установив переключатель усиления по вертикали таким образом, чтобы было выбрано меньшее число вольт на сантиметр, коэффициент усиления по вертикали увеличивается, а амплитуда видимой формы волны на экране увеличивается.
При использовании осциллографа вертикальное усиление обычно устанавливается таким образом, чтобы форма волны заполняла вертикальную плоскость как можно лучше, то есть как можно больше, не выходя за пределы видимой или калиброванной области.
- Вертикальное положение: Этот элемент управления на осциллографе определяет положение трассы при отсутствии сигнала. Обычно он устанавливается на удобную линию на сетке, чтобы измерения, которые были выше и ниже «нулевого» положения, могли быть легко измерены. Он также имеет эквивалентный контроль горизонтального положения, который устанавливает горизонтальное положение. Опять же, это должно быть установлено в удобное положение для проведения любых временных измерений.
- Timebase: Регулятор timebase устанавливает скорость сканирования экрана.Он калибруется с точки зрения определенного определенного времени для каждой калибровки сантиметра на экране. Из этого можно рассчитать период сигнала. Это если полный цикл сигнала слишком 10 микросекунд для завершения, это означает, что его период составляет 10 микросекунд, а частота является обратной величиной по отношению к периоду времени, то есть 1/10 микросекунды = 100 кГц.
Обычно временная база настраивается таким образом, чтобы форма волны или конкретная точка на исследуемой форме волны была видна в лучшем виде.
- Триггер: Регулятор триггера на осциллографе устанавливает точку, с которой начинается сканирование формы сигнала. На аналоговых осциллографах сканирование начнется только тогда, когда осциллограмма достигнет определенного уровня напряжения. Это позволило бы запускать сканирование формы сигнала одновременно в каждом цикле, позволяя отображать устойчивую форму сигнала. Изменяя напряжение триггера, можно выполнить сканирование для запуска в другой точке сигнала.Также можно выбрать, запускать ли осциллограф на положительной или отрицательной части волны. Это может быть обеспечено отдельным переключателем, отмеченным знаком + и -.
- Удержание триггера: Это еще один важный элемент управления, связанный с функцией триггера. Известная как функция «удержания», она добавляет задержку к триггеру, чтобы предотвратить его запуск слишком рано после завершения предыдущего сканирования. Эта функция иногда требуется, потому что на осциллограмме есть несколько точек, по которым осциллограф может сработать.Регулируя функцию удержания, можно добиться стабильного отображения.
- Искатель луча: Некоторые осциллографы обладают функцией поиска луча. Это может быть особенно полезно, поскольку возможно, что иногда след может быть не виден. Нажатие кнопки поиска луча позволяет найти луч и отрегулировать его так, чтобы он находился в центре экрана.
Несмотря на то, что существует много других элементов управления, они являются основными для понимания при изучении использования осциллографа.Тем не менее, очень полезно понимать другие элементы управления на осциллографе, но некоторые из них будут отличаться от одного типа к другому.
Первые шаги в использовании осциллографа
Использование осциллографа довольно просто после его использования, и можно ознакомиться с использованием органов управления. Первый этап наступает при включении осциллографа, и именно здесь знание нескольких шагов об использовании осциллографа может быть очень полезным.
- Включите питание: Это может показаться очевидным, но это первый шаг.Обычно переключатель будет помечен как «Питание» или «Линия». После включения питания нормально включается индикатор питания или индикатор линии. Это показывает, что сила была применена.
- Подождите, пока не появится дисплей осциллографа: Несмотря на то, что многие осциллографы в наши дни имеют дисплеи на основе полупроводников, многие из старых по-прежнему используют электронно-лучевые трубки, и для их прогрева требуется некоторое время, прежде чем появится дисплей. Даже современным полупроводниковым приборам часто требуется время, чтобы их электроника «загрузилась».Поэтому часто необходимо подождать минуту или около того, прежде чем осциллограф можно будет использовать.
- Найти трассу: Как только осциллограф готов, необходимо найти трассу. Часто это будет видно, но прежде, чем какие-либо другие формы волны будут видны, это первая стадия. Как правило, триггер можно установить в центр, а рычаг выключения повернуть полностью против часовой стрелки. Также установите регуляторы горизонтального и вертикального положения в центр, если их там еще нет.Обычно след становится видимым. Если нет, то можно нажать кнопку «лучевой луч», и это обнаружит след.
- Установка регулировки усиления: Следующий этап — установка горизонтальной регулировки усиления. Это должно быть установлено так, чтобы ожидаемый след почти заполнил вертикальный экран. Если ожидается, что форма сигнала будет 8 вольт от пика до пика, а калиброванный участок экрана высотой 10 сантиметров, то установите усиление так, чтобы оно составляло 1 вольт / сантиметр. Таким образом, сигнал будет занимать 8 сантиметров, почти заполняя экран.
- Установите скорость временной базы: Также необходимо установить скорость временной базы на осциллографе. Фактическая настройка будет зависеть от того, что нужно увидеть. Как правило, если форма волны имеет период 10 мс, а экран имеет ширину 12 сантиметров, тогда будет выбрана скорость в 1 мс на сантиметр или деление.
- Подать сигнал: При приблизительно правильной настройке элементов управления сигнал можно подать и увидеть изображение.
- Настройте триггер: На этом этапе необходимо отрегулировать уровень триггера и определить, срабатывает ли он на положительном или отрицательном фронте. Регулятор уровня триггера будет в состоянии контролировать, где на сигнале запускается временная база, и, следовательно, трасса начинается на сигнале. Выбор того, сработает ли он на положительном или отрицательном фронте, также может быть важным. Они должны быть скорректированы, чтобы дать необходимое изображение.
- Отрегулируйте элементы управления для получения наилучшего изображения: При наличии стабильной формы волны элементы управления вертикальным усилением и временной базой можно перенастроить для получения требуемого изображения.
Резюме
После нескольких измерений становится намного легче знать, как пользоваться осциллографом. Поскольку осциллографы являются одним из основных элементов оборудования, всем, кто занимается электроникой, важно знать, как использовать осциллограф и как наилучшим образом его использовать.
Дополнительные темы испытаний:
Анализатор сети передачи данных
Цифровой мультиметр
Частотомер
осциллограф
Генераторы сигналов
Анализатор спектра
LCR метр
Глубиномер, ГДО
Логический анализатор
ВЧ измеритель мощности
Генератор радиосигналов
Логический зонд
Рефлектометр во временной области
Вектор сетевой анализатор
PXI
GPIB
Сканирование границы / JTAG
Вернуться в меню «Тест»., ,
Как использовать осциллограф
Введение
Вы когда-нибудь сталкивались с проблемой в цепи, требующей больше информации, чем может предоставить простой мультиметр? Если вам нужно раскрыть информацию, такую как частота, шум, амплитуда или любая другая характеристика, которая может со временем измениться, вам нужен осциллограф!
O-Scope — важный инструмент в лаборатории любого электротехника. Они позволяют вам видеть электрические сигналы , поскольку они изменяются во времени, что может иметь решающее значение для диагностики того, почему схема таймера 555 не мигает правильно, или почему ваш шумогенератор не достигает максимального уровня раздражения.
HAMlab — 160-6 10 Вт
Осталось только 3! WRL-15001HAMlab — полнофункциональный приемопередатчик SDR с охватом в диапазоне 160-10 м и выходной мощностью 10 Вт, построенный на платформе STEMlab…
охвачено в этом уроке
Цель этого руководства — представить понятия, терминологию и системы управления осциллографами.Он разбит на следующие разделы:
- Основы О-прицелов — введение в то, что конкретно представляют собой осциллографы, что они измеряют и почему мы их используем.
- Oscilloscope Lexicon — глоссарий, охватывающий некоторые наиболее распространенные характеристики осциллографа.
- Анатомия оптического прицела — обзор наиболее важных систем осциллографа — экран, горизонтальное и вертикальное управление, триггеры и зонды.
- Использование осциллографа — Советы и рекомендации для тех, кто впервые использует осциллограф.
Мы будем использовать Gratten GA1102CAL — удобный цифровой осциллограф среднего уровня — в качестве основы для обсуждения возможностей. Другие области видимости могут выглядеть по-разному, но все они должны иметь одинаковый набор механизмов управления и интерфейса.
Рекомендуемое Чтение
Прежде чем продолжить этот урок, вы должны быть знакомы с понятиями ниже. Проверьте учебник, если вы хотите узнать больше!
Видео
Основы O-Scopes
Основным назначением осциллографа является построение графика электрического сигнала, так как он изменяется во времени .Большинство областей выдают двумерный график с временем на оси х и напряжением на оси у .
Пример дисплея осциллографа. Сигнал (в данном случае желтая синусоида) отображается на горизонтальной оси времени и вертикальной оси напряжения.
Элементы управления, окружающие экран прицела, позволяют настраивать шкалу графика как по вертикали, так и по горизонтали, что позволяет увеличивать и уменьшать масштаб сигнала.Есть также элементы управления, чтобы установить триггер на прицеле, который помогает сфокусировать и стабилизировать дисплей.
Что можно измерить?
В дополнение к этим основным функциям во многих областях есть измерительные инструменты, которые помогают быстро количественно определить частоту, амплитуду и другие характеристики формы сигнала. В целом область может измерять характеристики как на основе времени, так и на основе напряжения:
- Временные характеристики :
- Частота и период — Частота определяется как количество повторений сигнала в секунду.И период является обратной величиной (количество секунд, которое занимает каждый повторяющийся сигнал). Максимальная частота, которую может измерить прицел, варьируется, но часто она находится в диапазоне 100 МГц (1E6 Гц).
- Рабочий цикл — процент от периода, когда волна является положительной или отрицательной (существуют как положительные, так и отрицательные рабочие циклы). Коэффициент заполнения — это отношение, которое говорит вам, как долго сигнал включен и как долго он выключен в каждом периоде.
- Время подъема и спада — Сигналы не могут мгновенно переходить от 0 В к 5 В, они должны плавно подниматься.Продолжительность волны, идущей от нижней точки к высокой точке, называется временем нарастания, а время спада измеряет обратное. Эти характеристики важны при рассмотрении того, как быстро цепь может реагировать на сигналы.
- Характеристики напряжения :
- Амплитуда — Амплитуда — это мера величины сигнала. Существует множество измерений амплитуды, включая амплитуду от пика к пику, которая измеряет абсолютную разницу между точкой высокого и низкого напряжения сигнала.С другой стороны, пиковая амплитуда измеряет только то, насколько высокий или низкий сигнал превышает 0В.
- Максимальное и минимальное напряжения — Прицел может точно сказать, насколько высоко и низко напряжение вашего сигнала.
- Среднее и среднее напряжения — Осциллографы могут рассчитать среднее или среднее значение вашего сигнала, а также подсчитать среднее значение минимального и максимального напряжения вашего сигнала.
Когда использовать O-Scope
o-scope полезен в различных ситуациях поиска и устранения неисправностей, в том числе:
- Определение частоты и амплитуды сигнала, которые могут иметь решающее значение при отладке входа, выхода или внутренних систем.Исходя из этого, вы можете определить, неисправен ли компонент в вашей цепи.
- Определение количества шума в вашей цепи.
- Идентификация формы волны — синус, квадрат, треугольник, пилообразный, сложный и т. Д.
- Количественная оценка разности фаз между двумя разными сигналами.
Осциллограф
Лексикон
Изучение, как использовать осциллограф, означает ознакомление с целым словарем терминов.На этой странице мы представим некоторые важные умные слова из области видимости, с которыми вам следует ознакомиться, прежде чем включать их.
Основные характеристики осциллографаНекоторые прицелы лучше, чем другие. Эти характеристики помогают определить, насколько хорошо вы можете ожидать, чтобы область работала:
- Полоса пропускания — Осциллографы чаще всего используются для измерения сигналов с определенной частотой. Однако ни одна сфера применения не идеальна: у всех есть пределы того, насколько быстро они могут видеть изменение сигнала.Полоса пропускания области определяет диапазон частот, которые она может надежно измерить.
- Цифровой и аналоговый — Как и в большинстве электронных устройств, оптические приборы могут быть аналоговыми или цифровыми. Аналоговые области используют электронный луч, чтобы непосредственно отобразить входное напряжение на дисплей. Цифровые приборы включают микроконтроллеры, которые дискретизируют входной сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя и отображают это показание на дисплее. Как правило, аналоговые области являются более старыми, имеют меньшую пропускную способность и меньше функций, но они могут иметь более быстрый отклик (и выглядят намного круче).
- Количество каналов — Многие области могут считывать более одного сигнала за раз, отображая их все на экране одновременно. Каждый сигнал, считываемый областью, подается в отдельный канал. От двух до четырех каналов очень распространены.
- Частота дискретизации — Эта характеристика уникальна для цифровых областей, она определяет, сколько раз в секунду считывается сигнал. Для областей, которые имеют более одного канала, это значение может уменьшиться, если используется несколько каналов.
- Время нарастания — Указанное время нарастания прицела определяет самый быстрый импульс нарастания, который он может измерить. Время нарастания области очень тесно связано с пропускной способностью. Его можно рассчитать как
Rise Time=0,35/Пропускная способность. - Максимальное входное напряжение — Каждый элемент электроники имеет свои пределы, когда речь идет о высоком напряжении. Все области должны быть рассчитаны на максимальное входное напряжение. Если ваш сигнал превышает это напряжение, есть большая вероятность, что прицел будет поврежден.
- Разрешение — Разрешение области действия показывает, насколько точно она может измерять входное напряжение. Это значение может изменяться при настройке вертикальной шкалы.
- Вертикальная чувствительность — Это значение представляет минимальное и максимальное значения вашей вертикальной шкалы напряжения. Это значение указано в вольтах на дел.
- Временная база — Временная база обычно указывает диапазон чувствительности на горизонтальной оси времени. Это значение указывается в секундах на деление.
- Входной импеданс — Когда частоты сигнала становятся очень высокими, даже небольшой импеданс (сопротивление, емкость или индуктивность), добавленный к цепи, может повлиять на сигнал. Каждый осциллограф добавляет определенный импеданс к цепи, которую он читает, называемый входным импедансом. Входные импедансы обычно представляются в виде большого резистивного сопротивления (> 1 МОм) параллельно (||) с небольшой емкостью (в диапазоне пФ). Влияние входного импеданса более заметно при измерении очень высокочастотных сигналов, и используемый вами датчик может помочь компенсировать его.
Используя GA1102CAL в качестве примера, вот спецификации, которые вы могли бы ожидать от среднего диапазона:
| Характеристика | Значение |
|---|---|
| Полоса пропускания | 100 МГц |
| Частота дискретизации | 1 ГГц / с (1E9 выборок в секунду) |
| Время нарастания | |
| Количество каналов | 2 |
| Максимальное входное напряжение | 400 В |
| Резолюция | 8-бит |
| Вертикальная чувствительность | 2 мВ / дел — 5 В / дел |
| База времени | 2 нс / дел — 50 с / дел |
| Входной импеданс | 1 МОм ± 3% || 16 пФ ± 3 пФ |
Понимая эти характеристики, вы сможете выбрать осциллограф, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям.Но вы все равно должны знать, как его использовать … на следующей странице!
Анатомия O-Scope
Хотя ни одна из областей не создается точно такой же, все они должны иметь несколько общих черт, которые заставляют их функционировать аналогично. На этой странице мы обсудим несколько наиболее распространенных систем осциллографа: дисплей, горизонтальный, вертикальный, триггер и входы.
Дисплей
Осциллограф бесполезен, если он не может отображать информацию, которую вы пытаетесь проверить, что делает отображение одним из наиболее важных разделов в области.
Каждый дисплей осциллографа должен пересекаться горизонтальными и вертикальными линиями, называемыми делениями . Масштаб этих делений модифицируется горизонтальной и вертикальной системами. Вертикальная система измеряется в «вольтах на деление», а горизонтальная «секундах на деление». Как правило, области охватывают около 8-10 вертикальных (напряжение) делений и 10-14 горизонтальных (секунд) делений.
У более старых областей (особенно у аналоговой разновидности) обычно имеется простой монохромный дисплей, хотя интенсивность волны может варьироваться.Более современные оптические прицелы оснащены многоцветными жидкокристаллическими экранами, которые помогают показывать более одного сигнала одновременно.
Многие дисплеи области видимости расположены рядом с набором из примерно пяти кнопок — либо сбоку, либо под дисплеем. Эти кнопки можно использовать для навигации по меню и управления настройками прицела.
Вертикальная системаВертикальная секция прицела контролирует шкалу напряжения на дисплее. В этом разделе традиционно есть две ручки, которые позволяют вам индивидуально контролировать вертикальное положение и вольт / дел.
Более критическое значение вольт на деление Регулятор позволяет установить вертикальную шкалу на экране. Вращение ручки по часовой стрелке уменьшит масштаб, а против часовой стрелки увеличится. Меньший масштаб — меньше вольт на деление на экране — означает, что вы будете больше «приближаться» к форме волны.
Дисплей на GA1102, например, имеет 8 вертикальных делений, а ручка Volts / Div может выбирать шкалу от 2 мВ / дел до 5 В / дел. Таким образом, при увеличении до 2 мВ / дел дисплей может отображать форму волны, которая составляет 16 мВ сверху вниз.Полностью «уменьшенный» прицел может отображать форму волны в диапазоне более 40 В. (Зонд, как мы обсудим ниже, может еще больше увеличить этот диапазон.)
Регулятор положения управляет вертикальным смещением осциллограммы на экране. Поверните ручку по часовой стрелке, и волна будет двигаться вниз, против часовой стрелки сдвинет ее вверх по дисплею. Вы можете использовать ручку позиционирования, чтобы сместить часть сигнала за пределы экрана.
Используя ручки позиционирования и регуляторы volts / div вместе, вы можете увеличить только крошечную часть сигнала, которая вас больше всего волнует.Если у вас была прямоугольная волна 5 В, но вы заботились только о том, сколько она звенит по краям, вы можете увеличить нарастающий фронт, используя обе ручки.
Горизонтальная система
Горизонтальный участок прицела управляет шкалой времени на экране. Как и вертикальная система, горизонтальное управление дает вам две ручки: положение и секунды / дел.
Ручка на деление (с / дел) вращается для увеличения или уменьшения горизонтальной шкалы.Если вы поворачиваете ручку s / div по часовой стрелке, количество секунд, которое представляет каждое деление, уменьшится — вы будете «увеличивать» масштаб времени. Поверните против часовой стрелки, чтобы увеличить шкалу времени, и покажите на экране более длительное время.
Снова используя GA1102 в качестве примера, дисплей имеет 14 горизонтальных делений и может отображать от 2 нс до 50 с на деление. При увеличении до горизонтального масштаба область действия может отображать 28 нс сигнала, а при увеличении — сигнал может меняться в течение 700 секунд.
Регулятор положения может перемещать вашу кривую вправо или влево от дисплея, регулируя горизонтальное смещение .
Используя горизонтальную систему, вы можете настроить , сколько периодов формы волны вы хотите увидеть. Вы можете уменьшить масштаб и показать несколько пиков и впадин сигнала:
Или вы можете увеличить масштаб и использовать ручку позиционирования, чтобы показать только крошечную часть волны:
Система запускаСекция триггера посвящена стабилизации и фокусировке осциллографа.Триггер сообщает прицелу, какие части сигнала «запустить» и начать измерение. Если ваша форма сигнала периодическая , триггером можно манипулировать, чтобы дисплей оставался неподвижным и непрерывным. Слабо вызванная волна приведет к появлению захватывающих волн, подобных этой:
Секция триггера области обычно состоит из ручки уровня и набора кнопок для выбора источника и типа триггера. Регулятор уровня можно поворачивать для установки триггера на определенную точку напряжения.
Серия кнопок и экранных меню составляют остальную часть триггерной системы. Их основное назначение — выбрать источник и режим триггера. Существует множество типов триггеров , которые управляют активацией триггера:
- Триггер с фронтом является наиболее простой формой триггера. Он включит осциллограф, чтобы начать измерение, когда напряжение сигнала пройдет определенный уровень. Триггер края может быть установлен, чтобы поймать восходящий или падающий фронт (или оба).
- Триггер с импульсом указывает прибору на определенный «импульс» напряжения. Вы можете указать длительность и направление импульса. Например, это может быть крошечная вспышка 0 В -> 5 В -> 0 В, или это может быть падение в течение секунды от 5 В до 0 В, вплоть до 5 В.
- Триггер может быть настроен на срабатывание при положительном или отрицательном наклоне в течение заданного промежутка времени.
- Существуют более сложные триггеры, предназначенные для стандартизированных сигналов, которые переносят видеоданные, например NTSC или PAL .Эти волны используют уникальный шаблон синхронизации в начале каждого кадра.
Обычно вы также можете выбрать режим запуска , который, по сути, говорит о том, насколько сильно вы относитесь к своему триггеру. В режиме автоматического запуска прицел может попытаться нарисовать ваш сигнал, даже если он не запускается. Нормальный режим будет рисовать вашу волну, только если видит указанный триггер. А , одиночный режим, ищет указанный вами триггер, когда он его видит, он нарисует вашу волну, а затем остановится.
Зонды
Осциллограф хорош, только если вы действительно можете подключить его к сигналу, и для этого вам нужны пробники. Зонды — это устройства с одним входом, которые направляют сигнал от вашей цепи в прицел. У них острый наконечник , который зондирует точку на вашей схеме. Наконечник также может быть оснащен крючками, пинцетом или зажимами для облегчения фиксации цепи. Каждый зонд также имеет зажим заземления , который должен быть надежно закреплен на общей точке заземления в тестируемой цепи.
Хотя датчики могут показаться простыми устройствами, которые просто защелкиваются на вашей цепи и передают сигнал в прицел, на самом деле многое зависит от конструкции и выбора датчика.
Оптимально, какой именно датчик должен быть, невидим — он не должен влиять на тестируемый сигнал. К сожалению, все длинные провода имеют собственную индуктивность, емкость и сопротивление, поэтому, несмотря ни на что, они влияют на показания области (особенно на высоких частотах).
Существуют различные типы зондов, наиболее распространенным из которых является пассивный пробник , включенный в большинство областей применения.Большинство «стандартных» пассивных проб — , ослабленные — . Зонды затухания имеют большое сопротивление, специально встроенное и шунтируемое небольшим конденсатором, что помогает минимизировать влияние длинного кабеля на нагрузку вашей цепи. Последовательно с входным импедансом прицела, этот ослабленный пробник создаст делитель напряжения между вашим сигналом и входом прицела.
Большинство пробников имеют резистор 9 МОм для ослабления, который в сочетании со стандартным входным сопротивлением 1 МОм на прицеле создает делитель напряжения 1/10.Эти зонды обычно называют 10X ослабленными зондами . Многие датчики включают переключатель для выбора между 10X и 1X (без ослабления).
Ослабленные датчики отлично подходят для повышения точности на высоких частотах, но они также уменьшат амплитуду вашего сигнала на . Если вы пытаетесь измерить сигнал очень низкого напряжения, вам, возможно, придется использовать 1X пробник. Вам также может понадобиться выбрать настройку в своей области, чтобы сообщить, что вы используете ослабленный пробник, хотя многие области могут автоматически определять это.
Помимо пассивного аттенуированного зонда, существует множество других зондов. Активные пробники — это пробники с питанием (для них требуется отдельный источник питания), которые могут усилить ваш сигнал или даже предварительно обработать его, прежде чем он попадет в вашу область. Хотя большинство датчиков предназначено для измерения напряжения, существуют датчики, предназначенные для измерения переменного или постоянного тока. Токовые пробники уникальны, потому что они часто зажимают вокруг провода, никогда не вступая в контакт с цепью.
Использование осциллографа
Бесконечное разнообразие сигналов означает, что вы никогда не будете использовать осциллограф дважды. Но есть некоторые шаги, которые вы можете рассчитывать выполнять почти каждый раз, когда тестируете схему. На этой странице мы покажем пример сигнала и шаги, необходимые для его измерения.
Выбор и настройка зонда
Прежде всего, вам нужно выбрать пробник. Для большинства сигналов простой пассивный пробник , входящий в комплект вашей прицелы, будет работать идеально.
Затем, прежде чем подключить его к вашему прицелу, установите затухание на вашем зонде. 10X — самый распространенный коэффициент ослабления — обычно является наиболее подходящим выбором. Если вы пытаетесь измерить сигнал очень низкого напряжения, возможно, вам придется использовать 1X.
Подключите пробник и включите прицел
Подключите датчик к первому каналу на вашем прицеле и включите его. Имейте здесь некоторое терпение, некоторые области загружаются так же долго, как старый ПК.
Когда прицел загрузится, вы должны увидеть деления, масштаб и зашумленную плоскую линию сигнала.
На экране также должны отображаться предварительно установленные значения времени и вольт на деление. Пока игнорируем эти шкалы, внесите эти корректировки, чтобы настроить ваш прицел на стандартную настройку :
- Выключите канал 1 на и канал 2.
- Установите канал 1 на DC переходник .
- Установите источник запуска на канал 1 — нет запуска внешнего источника или запуска по альтернативному каналу.
- Установите тип триггера на передний фронт, а режим триггера на автоматический (в отличие от одиночного).
- Убедитесь, что затухание зонда на вашем прицеле соответствует настройке вашего зонда (например, 1X, 10X).
Для получения справки по выполнению этих настроек обратитесь к руководству пользователя вашего прицела (например, вот руководство GA1102CAL).
Тестирование зонда
Давайте подключим этот канал к значимому сигналу. В большинстве областей имеется встроенный генератор частоты , который излучает надежную волну заданной частоты — на GA1102CAL имеется прямоугольный выходной сигнал 1 кГц в правом нижнем углу передней панели.Выход генератора частоты имеет два отдельных проводника — один для сигнала и один для заземления. Подсоедините зажим заземления вашего датчика к земле, а наконечник пробника к выходу сигнала.
Как только вы подключите обе части зонда, вы увидите, как вокруг экрана начинает танцевать сигнал. Попробуйте поиграть с горизонтальными и вертикальными системными ручками , чтобы маневрировать по всему экрану. Вращение ручек шкалы по часовой стрелке «увеличит» ваш сигнал, а против часовой стрелки уменьшит масштаб.Вы также можете использовать ручку позиционирования для дальнейшего определения формы волны.
Если ваша волна все еще нестабильна, попробуйте повернуть ручку в положении . Убедитесь, что триггер не выше самого высокого пика вашего сигнала . По умолчанию тип триггера должен быть установлен на ребро, что обычно является хорошим выбором для прямоугольных волн, подобных этой.
Попробуйте поиграть с этими ручками достаточно, чтобы отобразить один период вашей волны на экране.
Или попробуйте уменьшить масштаб времени, чтобы показать десятки квадратов.
Компенсация ослабленного зонда
Если ваш датчик установлен на 10X, и у вас нет идеально квадратной формы волны, как показано выше, вам может потребоваться , чтобы компенсировать ваш датчик . Большинство зондов имеют утопленную головку винта, которую можно вращать для регулировки шунтирующей емкости зонда.
Попробуйте использовать маленькую отвертку, чтобы повернуть этот триммер, и посмотрите, что происходит с осциллограммой.
Отрегулируйте подравнивающий колпачок на рукоятке зонда, пока не получите прямоугольных волны с прямыми кромками Компенсация необходима только в том случае, если ваш зонд ослаблен (например, в 10 раз), и в этом случае это критично (особенно если вы не знаете, кто последний использовал ваш прицел!).
Советы по зондированию, запуску и масштабированию
После того, как вы компенсировали свой датчик, пришло время измерить реальный сигнал! Найдите источник сигнала (генератор частоты? Terror-Min?) И возвращайтесь.
Первым ключом к исследованию сигнала является нахождение надежной и надежной точки заземления . Прикрепите зажим заземления к известному заземлению, иногда вам, возможно, придется использовать небольшой провод для соединения между зажимом заземления и точкой заземления вашей цепи.Затем подключите наконечник зонда к тестируемому сигналу. Наконечники пробников существуют в различных форм-факторах — подпружиненный зажим, острие, крючки и т. Д. — попробуйте найти такой, который не требует, чтобы вы постоянно держали его на месте.
⚡ Направляйся! Будьте осторожны, где вы размещаете заземляющий зажим при проверке неизолированной цепи (например, не с батарейным питанием или с использованием изолированного источника питания). При проверке цепи, которая заземлена на заземление, обязательно подключите зажим заземления к той стороне цепи , которая подключена к заземлению .Это почти всегда отрицательная сторона / сторона заземления цепи, но иногда это может быть другая точка. Если точка, к которой подключен зажим заземления, имеет разность потенциалов напряжения, вы создадите прямое короткое замыкание и можете повредить вашу цепь, ваш осциллограф и, возможно, себя! Для дополнительной безопасности при тестировании цепей, подключенных к сети, подключите его к источнику питания через изолирующий трансформатор.Как только ваш сигнал появится на экране, вы можете начать с настройки горизонтальной и вертикальной шкал, по крайней мере, на «приблизительный уровень» вашего сигнала.Если вы исследуете прямоугольную волну 5 В 1 кГц, вам, вероятно, понадобится вольт / деление где-то около 0,5-1 В, и установите секунды / деление примерно на 100 мкс (14 делений будут показывать около полутора периодов).
Если часть вашей волны поднимается или опускается на экране, вы можете отрегулировать вертикальное положение на , чтобы переместить его вверх или вниз. Если ваш сигнал только постоянного тока, вы можете отрегулировать уровень 0 В в нижней части дисплея.
После того, как весы приблизятся, ваша форма волны может нуждаться в некотором срабатывании. Запуск по краю — где прицел пытается начать сканирование, когда видит, что напряжение (или падение) превышает заданное значение — это самый простой тип для использования. Используя граничный триггер, попытайтесь установить уровень триггера на точку на вашей форме волны, которая видит только один раз за период .
Теперь достаточно масштабировать, позиционировать, запускать и повторять , пока вы не найдете именно то, что вам нужно.
Измерьте дважды, отрежьте один раз
С сигналом, ограниченным, сработавшим и масштабированным, наступает время для измерения переходных процессов, периодов и других свойств формы сигнала.Некоторые области имеют больше инструментов измерения, чем другие, но все они по крайней мере будут иметь деления, из которых вы сможете по крайней мере оценить амплитуду и частоту.
Многие прицелы поддерживают различные автоматические измерительные инструменты, они могут даже постоянно отображать самую важную информацию, такую как частота. Чтобы получить максимальную отдачу от своей области, вы захотите изучить все функции измерения , которые он поддерживает. Большинство областей автоматически рассчитают для вас частоту, амплитуду, коэффициент заполнения, среднее напряжение и множество других волновых характеристик.
Использование измерительных инструментов прицела для определения V PP , V Max , частоты, периода и рабочего цикла.
Третий измерительный инструмент, который предоставляют многие области, — это курсора, . Курсоры — это подвижные маркеры на экране, которые можно размещать на оси времени или напряжения. Курсоры обычно идут парами, поэтому вы можете измерить разницу между ними.
Измерение звона прямоугольной волны с помощью курсоров.
После того, как вы измерили искомое количество, вы можете начать вносить коррективы в свою схему и измерить еще! Некоторые области также поддерживают , сохраняя , , печатая , или , сохраняя сигнал, так что вы можете вспомнить его и вспомнить те хорошие времена, когда вы измеряли этот сигнал.
Чтобы узнать больше о том, что может сделать ваш прицел, обратитесь к руководству пользователя!