Сборка осциллографа из планшета
Для стабилизации сигнала и расширения диапазона входного напряжения можно использовать схему осциллографа для планшета. Она долго и успешно используется для сборки устройств для компьютера.
Для этого применяются стабилитроны КС 119 А с резисторами на 10 и 100 кОм. Первый резистор и стабилитроны подключают параллельно. Второй и более мощный резистор подключается на вход электросхемы. Это расширяет максимальный диапазон напряжений. В конечном счёте пропадают дополнительные помехи и повышается напряжение до 12 вольт.
Особенностью осциллографа из планшета является то, что он работает напрямую со звуковыми импульсами и лишние помехи (экранирование) схемы и щупов в этом случае будут нежелательны.
Нужное программное обеспечение для сборки осциллографа на основе планшета и андроида
Чтобы работать с подобной схемой потребуется программа, которая способна нарисовать графики на основе входящего звукового сигнала. Множество таких вариантов легко найти в «Маркете». С помощью них можно выбрать дополнительную калибровку и добиться максимальной точности для профессионального осциллографа из планшета или другого функционального устройства.
Широкодиапазонная частота с помощью отдельного гаджета
Широкий диапазон частот с помощью отдельного гаджета достигается его приставкой с аналогово-цифровым преобразователем, который обеспечивает передачу сигнала в цифровом варианте. За счёт этого достигается более высокая точность измерений. На практике — это портативный дисплей, который аккумулирует информацию с отдельных устройств.
Измеряем сдвиг фаз
Иногда бывает, что фазы напряжения и тока расходятся (при проходе через конденсаторы, индуктивность). С двухканальным O-scope возможно посмотреть уровень различий.
Сдвиг фаз покажет два процесса в движении, их положение с колебаниями. Измеряют не в ед. времени (горизонталь), а в долях промежутка сигнала (ед. угла). Одинаковому взаимному размещению сигналов соответствует такой же сдвиг, и он не зависит от периода и частоты. Поэтому измерения достовернее при максимальном растяжении периодов на мониторе.
Порядок действий
Этапы (модель С1-83):
- Крутилками со стрелками 2 каналов (по вертикали) развертку ставят на центральную линию (сигнал на входе отсутствует).
- Усил. (вертикаль) на первом канале устанавливают (ступени и плавно) большую амплитуду, на втором — делают ее меньшей.
- Скор. разв. настраивают, чтобы на табло поместился 1 определенный промежуток.
- Уровнем синхронизации выставляют старт графика с временной линии (развертки, т. А), а селектором с горизонтальной чертой с двумя стрелками — чтобы с крайней левой грани экрана (т. А);
- Скор. разв. (ступени и плавно) добиваются финиша графика на крайней правой вертикальной грани.
- Повторяют описанное, растягивая диаграмму на весь монитор, стартовая и финишная точка должны совпадать с полосой развертки.
- Определяют опережение, угол сдвига (φ) зависит от этого. Ниже на первом рис., ток отстает его старт позже (т. А и Б). На соседнем рисунке (б) он первый, его старт не показывается, поэтому смотрят на финиш первого полупериода: первым к 0 придет диаграмма, начавшаяся раньше (отметка Г подходит быстрее В).
φ — модуль угла, промежуток между начальной и финишной точками периода. Далее, φ узнаем по правилу: 1 промежуток любого колебания = 360° (это стабильная пропорция).
Замеры возможны и по концам периодов (Д и Е), но в правом сегменте монитора линейность плохая, вероятность погрешностей увеличивается.
Пример исчисления с графической иллюстрацией:
https://youtube.com/watch?v=Ugr4xbNhTeU
Самодельные варианты современных приставок-осциллографов
Само собой, на форумах наблюдается всплеск разнообразных идей, с помощью которых энтузиасты пытаются осуществить свою давнюю мечту – самостоятельно собрать осциллограф из планшета на «Андроид» с Wi-Fi-каналом. Одни модели получаются удачными, другие нет. Тут уже остается вам решать, попытать ли тоже счастья и сэкономить несколько долларов, собрав прибор самостоятельно, или же приобрести готовый вариант. Если не уверены в своих силах, то лучше не рисковать, чтобы потом не сожалеть о потраченных впустую средствах.
В противном случае – добро пожаловать в одно из сообществ радиолюбителей, в котором вам смогут дать дельный совет. Возможно, впоследствии именно по вашей схеме новички будут собирать свой первый в жизни осциллограф.
Осциллографы на 10 В
В схемах с подобным напряжением применяются резисторы закрытого типа и стабилитрон. Их параметры чувствительности по вертикали подбираются до 2 мВ. При расчёте полосы пропускания максимальное сопротивление устройства согласовывается с ёмкостью проводных конденсаторов. Диоды подбирают с напряжением 2 В, резисторы желательно выбирать полевые. Выбор диодов на такое напряжение позволит снизить частоту дискретизации до минимума и увеличить скорость передачи. Из-за быстрой развёртки данных предельная частота резко падает. Использование стабилитрона или делителя, выполненного из модулятора, поможет решить эту проблему.
Схема на 10 В
Дополнительные возможности
Существуют многоканальные осциллографы, у которых имеется несколько входов Y и, соответственно, можно наблюдать сразу несколько сигналов. Для чего нужен многоканальный осциллограф? Он незаменим для определения фазовых сдвигов колебаний относительно друг друга и их сравнения.
Четырехканальный прибор
Для увеличения входного диапазона применяются входные делители 1:10 или 1:100, которые поднимают допустимое верхнее значение сигнала в 10 и 100 раз, соответственно. Этот факт нужно учитывать при измерениях в дальнейшем. Наличие входного делителя при этом пропорционально увеличивает и входное сопротивление прибора.
Внешний делитель
Цифровые осциллографы избавляют от необходимости ручного подсчета амплитуды и частоты, выводя эти значения на экран. Кроме того, они позволяют заносить изображение в память и передавать его на внешнее печатающее устройство.
При отсутствии дополнительных входов Y для определения фазовых сдвигов нужен осциллограф, у которого предусмотрен вход Х с отключенным внутренним генератором развертки. Подавая колебания на входы X и Y, можно сравнивать фазы и частоты по так называемым фигурам Лиссажу.
Фигуры Лиссажу
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:
- Измеряемый сигнал. Наиболее часто используемый вариант, особенно при постоянной частоте входящего источника.
- Электрическая сеть. Частота сети поддерживается с высокой точностью, поэтому через нее возможна синхронизация.
- Внешний источник. Используется, как лабораторный генератор сигналов, так и смартфон с приложением, генерирующим синхроимпульсы определенной частоты.
Советуем изучить Мощные магниты
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.
Что необходимо для создания осциллографа
Если вам нужен более точный осциллограф из ПК, то придётся сделать специальную USB-приставку. Это чуть более сложная задача – пользователю желательно владеть такими базовыми навыками радиолюбителя как построение схем, спайка, а также знать, где приобретать необходимые материалы.
- MCP1700;
- STM32F042Fx;
- MCP6S21.
В том случае, если целью работы с прибором не является что-то серьёзное, более простым и быстрым вариантом будет простой осциллограф из звуковой карты, не требующий дополнительных манипуляций со схемами.
Программы
Без специального программного обеспечения ничего работать не будет – к счастью, всё необходимое любой желающий может найти в интернете и скачать. Заниматься запуском программ необходимо после настройки оборудования.
Разобраться в работе программ будет несложно – большинство из них адаптированы под русскоязычную аудиторию и русский интерфейс поддерживают.
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:
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.
Блок питания 0…30 В / 3A
Набор для сборки регулируемого блока питания…
Подробнее
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: 6 678)
На что обратить внимание в Oscilloscope, ориентиры для выбора
Рассмотрим основы характеристик O-Scope, которые послужат также ориентирами, как выбрать осциллограф, надежную его модель.
Способы, чтобы проверить осциллограф:
- встроенным генератором (Калибровка), все цифровые модели имеют его. Включают режим и смотрят, есть ли синусоида. Если магазин специализированный, там должен быть внешний генератор для проверки;
- старые осциллографы начинают подвирать со временем, как проверить их есть простой способ: взять эталонный источник, например, ту же батарейку 1.5 В;
- экран должен быть достаточной яркости, луч без артефактов;
- дотронуться до щупа: фаза покажет синусоиду (правда с большими помехами), земля — ровную линию;
- посредством ПК, специальным ПО.
Полоса пропускания
Это минимальная и максимальная частоты, амплитудность, то есть диапазон, который может измерить прибор. Достаточно учесть верхнюю черту; нижнюю рисуют все устройства.
Частота дискретизации (Sampling rate)
У цифровых моделей. Данный параметр связан с предыдущим. Чем выше, тем лучше (например, у Siglent SDS — 1×109). Это число считываний за единицу времени, определяет максимальные частоты без потерь на экране. У приборов с несколькими каналами может уменьшаться при задействовании их всех (при покупке надо учесть).
По теореме Котельникова част. дискр. должна превышать в 2 раза верхнюю рамку пропускания, но на практике потребуется превышение в 4–5 раза. На этом и основывается выбор
Пример для изделия с полосой до 200–800 МГц (важно учесть параметр при использовании 2 и больше каналов)
Число каналов
Многие модели способны обрабатывать больше сигналов вместе, одновременно раздельно показывая их на мониторе. Обычно от 2 до 4. Иногда включение других каналов сказывается на производительности. Выбор осциллографа рекомендовано делать среди изделий с двумя каналами, что позволит сравнивать исследуемые величины, исчислять фазные сдвиги. Три и больше входа, это хорошо, но для обычных задач иногда чрезмерно, цена прибора возрастет многократно.
Эквивалентная частота дискретизации
Когда недостаточно реальной част. дискр., итоговая картинка реконструируется по нескольким последовательным измерениям. Пример: анализируется сигнал 200 МГц на модели с част. дискр. 1 млрд. выборок/сек. (1 GSa/s) — получают всего 5 измерений. По теор. Котельникова этого хватает, но можно детализировать (алгоритмическим методом) и активировать опцию: будет не 1 GSa/s, а уже 2 GSa/s.
Глубина памяти
Всегда есть в цифровых моделях (DSO=Digital Storage Oscilloscope). Чем ниже скорость развертки, тем точнее показатели и тем больше значений приходится сохранять прибору в памяти. Чем глубже память — тем лучше. Но иногда наблюдается негативный момент: при медленных измерениях прибор подтормаживает, выбирая изделие, надо поинтересоваться этим нюансом.
Обновление экрана
Чем чаще обновляется монитор, тем короче «мертвое время», требуемое для обработки захватываемой информации, более оперативно происходит обновление осциллограмм. Больше шансов, что аппарат покажет малозаметный артефакт. Впрочем, это имеет значение только для фанатов-электронщиков.
Максимальное входное напряжение (питание)
Любой прибор имеет предел по мощности питания, при превышении которого без дополнительных мер он просто сгорит, выйдет из строя. Нужно учитывать параметры обслуживаемых цепей. Пример: макс. напр. в режиме щупа 1:1 — 40 В, в режиме 1:10 — 400 В, то есть лезть в цепь с 400 В и больше без предохранительных мер уже небезопасно.
Какие бывают цифровые осциллографы
Благодаря точности наблюдений и функциональности цифровые осциллографы более востребованы, чем аналоговые.
В конструкцию входит аналого-цифровой преобразователь. Благодаря АЦП измеряемый сигнал оцифровывается, в памяти устройства сохраняют захваченные выборки, а информация отображается на экране.
Возможности цифрового устройства:
- обработка сигнала, который поступает на входные каналы;
- отображение результатов исследований на экране;
- сохранение в записи процессов для упрощенного масштабирования и растяжки;
- отметка событий, которые происходят во времени;
- расчет средних значений и прочие математические действия. измерение амплитуды, периодов, время нарастания/спада импульса, и др.
Рисунок 1. Осциллограф эконом-класса с верхней полосой пропускания до 100 МГц
Типы осциллографов:
- Запоминающие обычные цифровые устройства (DSO). Характеризуются обширным временем для хранения данных, расширенными пределами скорости считывания информации. Замедленно воспроизводят события, происходящие в сигнале. Среди моделей запоминающих осциллографов можно видеть и карманные и стационарные устройства.
- Люминофорные цифровые приборы (DPO) имитируют изменение процессов, показывают подробности изменений модулированных сигналов на экране, как у аналоговых моделей. Сигналы анализируются и запоминаются.
- Стробоскопические цифровые приборы. Работают на эффекте последовательного стробирования сигнала. Повторение сигнала заставляет выбирать мгновенное значение в новой точке. Приборы характеризуются большой полосой пропускания. Исследуют короткие периодические сигналы.
- Портативные осциллографы – это модифицированные приборы небольшого размера, веса, незначительным расходом электроэнергии. Применяются для научных исследований в промышленности, для поиска неисправностей автомобилей и оборудования. Магазин «Суперайс» предлагает широкий модельный ряд портативного оборудования.
Рисунок 2. Портативный осциллограф JINHAN JDS2012A со встроенным мультиметром
Прибор на базе ПК или виртуальный USB-осциллограф – обладают технологическими преимуществами и легким подключением к компьютеру. К достоинствам устройства относятся:
- сохранение данных на накопитель и работа с ними в текстовом формате;
- высокая скорость переработки информации в электронный текстовый вид;
- удобная эксплуатация из-за небольших габаритов;
- совмещение в одном устройстве нескольких приборов: осциллографа, цифрового анализатора, генератора сигналов и генератора цифровых последовательностей.
Рисунок 3. 8-канальный USB осциллограф Hantek DSO-1008A
Недостаток USB-осциллографа – погрешности и худшие характеристики в отличие от стационарного оборудования. Для большинства осциллографов характерно отсутствие гальванической развязки
Присутствует риск сжечь компьютер при неосторожном обращении с прибором. Ознакомьтесь с моделями USB-осциллографов, представленных в каталоге магазина «Суперайс»
Радиолюбитель
Простая схема низкочастотного осциллографа, в которой можно использовать любую электронно-лучевую трубку
Доброго дня уважаемые радиолюбители! Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“
В этой статье мы рассмотрим очередную простую радиолюбительскую схему – низкочастотный осциллограф.
Эта радиолюбительская конструкция выполнена по простой и легкой в повторении схеме (единственная сложность – намотка силового трансформатора). Схема осциллографа такова, что в ней можно использовать практически любую осциллографическую электронно-лучевую трубку, которую удастся приобрести.
Канал горизонтального отклонения собран на трех транзисторах VT1-VT3, первые два из них образуют синхронизируемый высоковольтный мультивибратор, а третий – генератор пилообразного напряжения. На коллекторе VT3 образуется пилообразное напряжение, а на коллекторе VT2 импульсы гашения обратного хода луча. Пилообразное напряжение поступает на горизонтальные отклоняющие пластины, а импульсы гашения – на модулятор ЭЛТ. Усилитель вертикального отклонения выполнен на транзисторах VT4, VT5. Резисторы R1-R5 образуют входной делитель и регулятор усиления “Y”. Для работы каскада на коллектор VT5 нужно подать отрицательное напряжение 10 вольт. Каскад сделанный по такой схеме отличается хорошей линейностью и большим коэффициентом усиления. Система питания ЭЛТ обычная, путем подачи отрицательного напряжения около 1200 вольт на катод относительно заземленного второго анода. Резисторы R23 и R24 служат для центровки изображения, они изменяют постоянное напряжение смещения на отклоняющих пластинах.
Детали. Трансформатор питания содержит: сетевая обмотка №5 1000 витков ПЭВ 0,16; высоковольтная обмотка состоит из двух частей №1 3400 витков, №2 1100 витков провода ПЭВ 0,06. Эту обмотку надо делать с особой тщательностью, сначала наматывают слой №2 а затем №1, оба слоя наматываются в одну сторону, между слоями необходимо проложить лакоткань. Выводы этих обмоток надо сделать с разных сторон каркаса. Обмотка №3 выполнена проводом ПЭВ 0,43 и содержит 30 витков. Обмотка №4 – 60 витков ПЭВ 0,16. Вместо диодов КД209 можно использовать любые кремниевые выпрямительные диоды, на обратное напряжение не ниже 400 вольт. Диод VD2 – любой выпрямительный. Стабилитрон КС210Ж – любым другим на напряжение стабилизации 10-11 вольт. Переменные резисторы – СП-2. Переключатель S2 галетный на 11 положений. При желании можно сделать 11 положений переключения развертки подобрав соответствующие конденсаторы (вместо С4-С6), например: 2,2 мкФ; 0,47 мкФ; 0,22 мкФ; 0,1 мкФ; 0,047 мкФ; 4700 р; 2200 р; 1000 р; 470 р; 180 р. Источник питания должен выдавать: на С14 +10 вольт, на С16 +250…270 вольт, на С17 -1000…-1300 вольт. При исправных деталях прибор функционирует сразу, налаживание сводится только к калибровке входного делителя и частоты развертки. Если генератор “пилы” не хочет работать – необходимо подобрать R10.
Аналоговые осциллографы
Наиболее распространенными приборами среди электриков и энергетиков являются аналоговые осциллографы благодаря своей простоте, надежности и невысокой цене. Наиболее типичным представителем класса является двухканальный осциллограф Matrix модели MOS-620CH, производимый на крупнейшем заводе в г Шенжень (Китай). Благодаря своей простоте и надежности, а процент брака по данной продукции практически сведен к нулю, позволяет выполнять задачи, которые ставятся перед приборами подобного класса. Несмотря на кажущуюся простоту — осциллограф обеспечивает полосу от 0 до 20 МГц и чувствительность от 5 милливольт на деление. Недостатки данной модели свойственны всем аналоговым осциллографам — большие габариты и масса (8 кг), необходимость сетевого питания 220 Вольт, 35 Ватт, невозможность записи, анализа и передачи на компьютер записанных форм сигналов.
Виды
У цифровых моделей есть функция записи и архивирования, что расширяет возможности. Для сопоставления результатов онлайн используют аппараты с несколькими каналами. Есть экземпляры, подключаемые к ПК и комбинации с другими измерительными девайсами.
Выбор аналоговых моделей (кроме простых и учебных) подразумевает наличие познаний во множестве настроек, регулировка усложненная. С другой стороны, такие приборы дают углубленную практику.
Цифровые модели — это рекомендованный выбор, на таком аппарате можно быстро освоить основы. Это вычислительные комплексы, с ними получение данных, интерпретация проще и намного быстрее. Есть также модели аналогово-цифровые.
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:
- Измеряемый сигнал. Наиболее часто используемый вариант, особенно при постоянной частоте входящего источника.
- Электрическая сеть. Частота сети поддерживается с высокой точностью, поэтому через нее возможна синхронизация.
- 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.
