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.
Устройство и назначение
Принципиальная схема осциллографа сложна для понимания начинающего радиолюбителя, поэтому рассматривать её нужно не целиком, а предварительно разбив на отдельные блоки:
Каждый блок представляет собой отдельную микросхему, или плату.
Сигнал с исследуемого устройства поступает через вход Y на входной делитель, задающий чувствительность измерительного контура. После прохождения предварительного усилителя и линии задержки он попадает на конечный усилитель, который управляет вертикальным отклонением индикаторного луча. Чем выше уровень сигнала — тем больше отклоняется луч. Так устроен канал вертикального отклонения.
Второй канал — горизонтального отклонения, нужен для синхронизации луча с сигналом. Он позволяет удерживать луч в заданном настройками месте.
Без синхронизации луч уплывет за границы экрана.
Синхронизация бывает трёх видов: от внешнего источника, от сети и от исследуемого сигнала. Если сигнал имеет постоянную частоту, то синхронизацию лучше использовать от него. В качестве внешнего источника обычно выступает лабораторный генератор сигналов. Вместо него для этих целей подойдёт смартфон с установленным на него специальным приложением, которое модулирует импульсный сигнал и выводит его в гнездо для наушников.
Осциллографы применяются при ремонте, проектировании и настройке различных электронных устройств. Сюда входят диагностика систем автомобиля, устранение неисправностей в бытовой технике и многое другое.
Осциллограф измеряет:
- Уровень сигнала.
- Его форму.
- Скорость нарастания импульса.
- Амплитуду.
Также он позволяет развёртывать сигнал до тысячных долей секунды и просматривать его в мельчайших подробностях.
Большинство осциллографов имеют встроенный частотомер.
Осциллографическая приставка к компьютеру
Каждый радиолюбитель в своей деятельности сталкивается с вопросом измерений. Это может быть стрелочный или цифровой мультиметр. Проходит какое-то время и возникает необходимость более серьезных измерений и мультиметра становится недостаточно. Всё чаще посещают мысли приобретения более дорогих приборов, например, осциллографа. Но, имея компьютер, мы можем использовать компромиссное решение, а именно — собрать низкобюджетную осциллографическую приставку, которую можно рекомендовать даже студентам.
В данной статье мы рассматриваем практические аспекты сборки осциллографической приставки и использования соответствующего приложения. Для этого мы использовали бесплатно предоставляемые схему и программу LPTScope 1.2
Основой приставки является широкораспространенный АЦП, выпускаемый фирмами Analog Devices (AD7820), National Semiconductor (ADC0820), Texas Instruments (TLC0820). Данные АЦП являются полными аналогами между собой, т.е. pin-to-pin, что легко выяснить по документации.
Для получения компактной приставки нами был приобретен АЦП AD7820LR в корпусе SOIC20 для поверхностного монтажа. Этот корпус довольно легко распаять остро заточенным паяльником. Также под этот корпус просто сделать печатную плату с шириной проводников 0,8 мм.
Ниже рисунок односторонней печатной платы (вид со стороны пайки; печатать в зеркале).
Конструктивно печатная плата впаивается между рядами выводов 25-контактного разъема (вилка или «папа»).
Для внешнего питания используется подходящий блок питания с выходным стабилизированным напряжением 5 вольт / 100 мА.
Теперь рассмотрим работу осциллографической приставки на практике. Первое, что пришло в голову, проанализировать сигналы c разных пультов дистанционного управления, принимаемых инфракрасным приемником типа TSOP1736. Для этого датчик подключили к приставке и с самой приставки взяли питание. А саму приставку подключили к компьютеру с помощью удлинительного шнура.
Ниже фото подключенного датчика.
Всё довольно информативно. Мы наблюдаем бифазное кодирование («Манчестерский» код). С помощью указателя мыши мы можем измерить длительности импульсов (на картинке зеленые цифры 1,79 миллисекунд).
Максимальное разрешение, которое предоставляет программа и приставка, — 1,73 микросекунды на 1 экранный пиксель. Строго говоря, это совсем неплохо для моей практики работы с микроконтроллерами, где минимальная длительность сигнала (в огромной массе проектов) составляет 1 микросекунду.
К сведению: у меня в Setup BIOS в разделе Integrated Peripherals / Parallel Port Mode установлен режим SPP (Standard Parallel Port), т.е. выбрана работа в режиме стандартного параллельного порта.
Преобразование компьютера в осциллограф
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.
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.
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.
DIY-осциллограф из звуковой карты за $1
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.
- 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:
