Как сделать осциллограф из своего компьютера

Осциллограф из компьютера своими руками

В процессе эксплуатации следует использовать перечисленные ниже рекомендации:

• компьютер вместе с приставкой заземляют перед выполнением измерительных операций;
• используют диапазон, подходящий для определенной амплитуды сигнала;
• прекращают работу при повреждении электрической изоляции, выявлении других опасных неисправностей.

Представленные осциллографы для ПК при правильной сборке и настройке обеспечивают достаточно высокую точность. Впрочем, надо не забывать, что даже специализированные приборы этой категории предназначены скорее для изучения формы сигналов. Такие задачи вполне можно решать с применением рассмотренного в публикации оборудования.

Конструкция и применение

Осциллограф — сложный электрический прибор. Понять принцип его работы поможет блок-схема.

Имеются два луча развертки: по вертикали — Y и по горизонтали — X. По оси X откладывается значения времени, по Y отображается амплитуда сигнала.

На Y подается сигнал с устройства. Далее он проходит через аттенюатор, который изменяет чувствительность контура. Потом, пройдя предварительный усилитель, попадает в линию задержки, которая «придерживает» сигнал пока не сработает генератор развертки. Оконечный усилитель выводит сигнал на экран осциллоскопа. Чем больше входное напряжение, тем больше амплитуда сигнала.

На X подается пилообразное напряжение с генератора развертки, благодаря чему сигнал на осциллографе получается «растянутым» по времени. Меняя размерность генератора, можно получить изображение с разверткой до тысячных долей секунды.

Чтобы развертка запустилась одновременно с поступлением сигнала, в устройстве предусмотрена система синхронизации. Есть 3 возможных источника синхроимпульсов:

1. Измеряемый сигнал. Наиболее часто используемый вариант, особенно при постоянной частоте входящего источника.
2. Электрическая сеть. Частота сети поддерживается с высокой точностью, поэтому через нее возможна синхронизация.
3. Внешний источник. Используется, как лабораторный генератор сигналов, так и смартфон с приложением, генерирующим синхроимпульсы определенной частоты.

Осциллограф визуализирует форму сигнала, что помогает понять причину неисправности. С помощью устройства снимается АЧХ прибора, есть возможность узнать скорость нарастания импульса в цифровых устройствах.

Используются осциллографы при настройке, ремонте электронных девайсов, будь то бытовая техника, ремонт автотранспорта или орбитальная станция.

Преобразование компьютера в осциллограф

Существует два способа преобразования:

1. Первый – заключается в подключении к вводу/выводу платы микроконтроллера PIC цепи. Комплект с соответствующей программой позволит читать цифровые или аналоговые сигналы и возвращать результаты через последовательный порт компьютера. Также можно создавать ШИМ-сигналы, звуковые сигналы, импульсы и управлять ими с компьютера;
2. Второй способ – беззатратный, в каждом ПК имеется встроенные АЦП и звуковая карта. Используя их, можно компьютер переделать в осциллограф с помощью установки ПО и спайкой входного делителя. Подобные программы можно найти легко в интернете. Одна из них – Digital Oscilloscope V3.0.

Приставка к компьютеру

Самодельная приставка с Bluetooth-модулем

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

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

Программа осциллограф для ПК

Опытному радиомастеру и любителю пригодится универсальное измерительное оборудование. Программа осциллограф для ПК поможет изучать форму цифровых и аналоговых сигналов, обрабатывать и сохранять результаты исследований. Такими наборами пользуются любители и профессионалы при настройке, поиске неисправностей и для ремонта усилителей, блоков питания, другой аппаратуры.

Любой персональный компьютер (PC) даже на «медленных» процессорах и с устаревшей операционной системой window xp подходит для совместной работы со специализированными приставками. Однако качественный виртуальный (virtual) осциллоскоп с подключением к стандартному порту usb стоит дорого. Не решает проблему тщательный поиск подходящих моделей техники на зарубежных торговых интернет-площадках. Покупка бывшего в употреблении оборудования сопряжена с повышенными сомнениями и отсутствием реальных гарантий.

Вместе с тем поверхностного изучения темы достаточно для понимания относительной простоты данной проблемы. В каждом ПК есть звуковая карта. Не вызывает чрезмерных сложностей создание регулятора-ограничителя входного сигнала. Измерения можно преобразовать в удобную форму с помощью специальной программы симулятора. Представленные ниже инструкции помогут создать виртуальный осциллограф быстро, без ошибок и лишних затрат.

Преобразование компьютера в осциллограф

Программа для проектирования электропроводки в доме

После уточнения исходных данных компьютера и личных потребностей приступают к выбору электрической схемы.

Для ознакомления с профессиональными решениями можно изучить конструкции серийных измерительных приборов

Схема приставки

Для качественного воспроизведения без богатого практического опыта лучше выбирать относительно простые конструкции. Впрочем, представленная ниже электрическая схема вполне способна обеспечить минимальное искажение сигналов одновременно с выполнением защитных функций.

Эту схему адаптера можно создать быстро без лишних затруднений

Описание:

• резисторы приставки оценивают в совокупности с Rвх компьютера, чтобы правильно рассчитать параметры делителя;
• конденсаторами выравнивают АЧХ;
• стабилитроны, установленные показанным на рисунке образом, предотвращают повреждение звукового входа компьютера при подаче сигнала с большой амплитудой (положение переключателя «1:1»);
• дополнительно защиту по току обеспечивает R1.

Вряд ли можно рассчитывать на полные паспортные данные, особенно при наличии старой компьютерной техники. Скорее всего, придется измерить импеданс на входе звуковой карты. Для этого на выходе этого же блока создают образцовый сигнал (50 Гц, синусоида) с применением специальной программы «Виртуальный генератор». Следующий расчет выполняют по формуле:

Пример:

60*(120/(520-120))= 18 кОм.

Зная входное сопротивление, создают делитель напряжения по одной из представленных схем

К сведению. Установив параллельно «подстроечный» резистор, можно точно регулировать параметры делителя.

Сбор приставки

Чтобы исключить паразитное влияние внешнего электромагнитного излучения, приставку размещают в металлическом корпусе. Создать его можно из подходящего дюралюминиевого листа толщиной 1,5-2 мм. На входе закрепляют разъем типа СР-50, чтобы подключать без проблем типовые щупы. Выход – гибкий кабель с вилкой Jack, которая соответствует входному гнезду аудиокарты компьютера. Для сборки простой электрической схемы вполне подойдет технология навесного монтажа.

Шаг 5: Если oscilloscope_4ch.exe не работает…

Если, по какой-либо причине программа oscilloscope_4ch.exe не работает, выполните следующее:

1. Установите утилиту Processing IDE.
2. Загрузите и разархивируйте скетч Processing source oscilloscope program.
3. Запустите утилиту «Processing IDE» и откройте в ней скетч «oscilloscope_4ch.pde».
4. Запустите программу, нажав на значок с треугольником (см. фото).

Как сделать модель на 15 В

При сборке используют линейные резисторы, сопротивление которых на уровне предела – 5 Мом. Это разрешает стабилитрону работать в щадящем режиме. При выборе конденсаторов предварительно тестером измеряется пороговое напряжение.

Внимание! Полученные результаты тестирования, при использовании для прибора настроечных резисторов, бывают неточными. Использовать подобает линейные резисторы

При сборке не забывают смонтировать порт, присоединяемый через щуп к микросхеме, при этом через шину подключают делитель. Использование вакуумных диодов в сборке позволит контролировать уровень амплитуды колебаний.

Осциллограф на 15 В

Результат

В результате можно сравнить отличия в освещённости при использовании ламп накаливания (красная линия) и энергосберегающих ламп (синяя линия). На горизонтальной оси стоят отметки в миллисекундах (20 миллисекунд = 50 Герц).

Лампы накаливания дают более стабильный свет, видна синусоида с небольшой амплитудой. Разогретая нить накаливания продолжает излучать свет в момент когда ток в электросети переменного тока меняет направление. Частота мерцания равна 100 Герц.

Энергосберегающие лампы дают более мерцающий свет — амплитуда графика в четыре раза больше. График похож на модуль функции синуса, то есть, он уже не такой плавный как синусоида, при смене направления тока видны остроконечные провалы в освещении. На графиках выше так же заметно, что один из полупериодов смещён относительно другого, в результате чего мы видим график с более низкими провалами по освещённости через каждые 20 миллисекунд. График такой функции повторяется с частотой 50 Герц.

Вывод по эксперименту

Вспомните мерцание 60 Герц у старых электронно-лучевых мониторов. Дискомфорт для глаз. Напряжение. Усталость. Энергосберегающие лампы дают резкое мерцание с периодичностью 50 Герц. Вот почему свет от них воспринимается менее комфортно по сравнению со светом от ламп накаливания.

В этом эксперименте сравнивались между собой два графика освещённости моего домашнего-рабочего места полученные с помощью простого фотодиода и осциллографа из четырёх деталей. Это вам не сертифицированные исследования на дорогостоящей аппаратуре. Вы можете продолжать исследования в этом направлении и, тогда, возможно, производители сделают энергосберегающие лампы более комфортными для наших глаз.

Что дальше? Или что ещё почитать?

Как сделать цифровой осциллограф из компьютера своими руками?

Портативный осциллограф на микроконтроллере ATmega32

Осциллограф своими руками. Как сделать осциллограф из звуковой карты. Сделай сам осциллограф. Измерение сигналов с помощью компьютера. Зипись сигналов в компьютер. Звуковая карта — осциллограф. Мерцание энергосберегаюзих. Самый простой осциллограф.

Author: Andrey Illarionov illari.ru Октябрь 2009 г. (дополнено сентябрь 2011)