Цифровой осциллограф на микросхемах своими руками

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.

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:

Rx=R1*(U1/(U2-U1)).

Пример:

60*(120/(520-120))= 18 кОм.

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

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.

Использование резисторов серии ППР1

Приборы, в состав которых входят элементы этой линейки, весьма популярны. Благодаря высокой чувствительности, применяются для мониторинга электроаппаратуры. Для создания этого измерителя потребуются ЭЛТ, импульсный модулятор, выпрямитель и контакторы с обкладками. Установка кенотрона оправдана точностью полученных показаний. Устройство оперативного типа требует установки контроллера.

Величина сопротивления не выше 34 Ома, а проводимость сигнала с коэффициентом 4,2-4,5 Ом. Через модулятор низкой проводимости выполняют подключение USB-порта. Спектральные расширители для схемы берутся импульсного типа.

Важно! Необходимо организовать стабилизацию напряжения, расширитель закрепить рядом с компаратором, который уменьшит тепловые потери

Схема и сборка устройства

Существует много схем для изготовления цифрового USB-осциллографа своими руками. Не все доступны для неопытного радиолюбителя. Наиболее легким является сборка устройств на основе звуковой карты, так как здесь нужно собрать только делитель для увеличения порога входящего напряжения.

Подключение через USB

USB-осциллограф сложный в изготовлении своими руками, но высокоточный прибор с большим диапазоном по частоте. Детали для него можно приобрести в магазине или заказать через интернет. Список запчастей следующий:

• двусторонняя плата с готовыми дорожками;
• АЦП AD9288−40BRSZ;
• система собирается на процессоре марки CY7C68013A;
• резисторы, трансформаторы, конденсаторы, дроссели — номиналы указаны на схеме;
• паяльник и монтажный фен, паяльная паста, флюс и припой;
• провод с площадью сечения 0,1 мм 2 и лаковым покрытием;
• тороидальный сердечник для изготовления трансформатора;
• чип памяти EEPROM flash 24LC64;
• реле с управляющим напряжением не более 3,3 В;
• операционные усилители AD8065;
• преобразователь постоянного тока DC-DC;
• USB коннектор;
• стеклотекстолит;
• разъемы для щупов, корпус для платы.

Схема устройства приведена ниже.

Так как используется двусторонний монтаж, то самостоятельно плату с дорожками изготовить не получится. Надо обратиться к производственному объединению, выпускающему подобные изделия, и сделать заказ со следующими условиями:

• стеклотекстолит, на котором будет размечена схема, должен иметь толщину не менее 1,5 мм;
• толщина медных дорожек не менее 1 унции (OZ) или 35 мкм;
• сквозная металлизация отверстий;
• лужение контактных площадок для лучшего припаивания элементов.

Получив заказ, можно приступать к сборке. Вначале собирается конвертер DC-DC, для получения двух постоянных напряжений: +5 В и -5 В. Изготавливается он отдельно от основного устройства, а затем подсоединяется экранированным кабелем.

Далее аккуратно припаять элементы схемы. Особенно быть осторожным при пайке микросхем, не допускать увеличения температуры паяльника выше 300°С.

Разместив изготовленное устройство в корпусе, подключить его к компьютеру через USB разъем. После этого перемкнуть перемычку JP1.

Использование аудиокарты

Осциллограф из внешней звуковой карты — малобюджетный и простой в изготовлении осциллоскоп к компьютеру или ноутбуку. Более всего подойдет начинающим радиолюбителям. Можно использовать как внешнее, так и внутреннее звуковое устройство.

Входное напряжение для внутренней звуковой карты компьютера не должно превышать 0,5-2 В. Чтобы измерить сигнал с амплитудой более 2 В, необходимо подать его на компьютер через делитель напряжения. Собирается аттенюатор по следующей схеме.

Подаваемое напряжение уменьшается в 100, 10 или 1 раз, в зависимости от величины. Для этого щупы вставляются в соответствующие разъемы. Точная настройка происходит через подстроечный резистор. Диоды предохраняют от случайной подачи напряжения более 2 В.

Конструкцию разместить в металлической коробке для устранения возможных наводок. Провод, подключаемый к звуковой карте, должен быть коротким с медной оплеткой. Для создания второго канала необходимо продублировать устройство. Если на карте есть несколько входов, то выбрать с наименьшим внутренним сопротивлением.

Ниже рассматривается схема с использованием внешней USB звуковой карты стоимостью около 2 долларов.

Кроме адаптера понадобятся:

• сопротивление на 120 кОм:
• коннектор mini Jake;
• щупы для измерений.

После приобретения всех запчастей проделать следующие шаги:

1. Вскрыть аккуратно адаптер, так, чтобы не сломать защелки. Внутри будет небольшая плата.
2. Снять конденсатор C6 и поставить на его место сопротивление на 120 кОм.
3. Припаять к щупам коннекторы mini Jack вместо оригинальных и вставить их в адаптер.
4. Скачатьархив с драйверами устройства и распаковать его в папку. Вставить гаджет в компьютер.
5. Компьютер запросит драйвера на новое устройство.
6. Установить их, указав путь к папке.
7. Нажать на кнопку «Далее» для установки драйверов.

Перед использованием осциллограф необходимо настроить.

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

Программа “Компьютер – осциллограф”

Digital Oscilloscope V3.0 – популярная радиолюбительская программа, которая превратит ваш компьютер в виртуальный осциллограф

Доброго дня уважаемые радиолюбители!Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“

Сегодня на сайте мы рассмотрим простую радиолюбительскую программу, превращающую домашний компьютер в осциллограф.

Есть два способа превращения персонального компьютера в осциллограф. Можно купить или сделать приставку, которую подключать к ПК. Приставка будет представлять собой АЦП, программно-управляемый. А на ПК установить соответствующую программу. Но это затратный способ. Второй способ – без затратный, в любом ПК есть уже АЦП и ЦАП – звуковая карта. Используя ее можно компьютер преобразовать в простой низкочастотный осциллограф, только установкой программного обеспечения, ну и придется спаять простой входной делитель. Таких программ существует не мало. Сегодня мы рассмотрим одну из них – Digital Oscilloscope V3.0.

Digital Oscilloscope V3.0 (149.8 KiB, 61,161 hits)

После запуска программы на экране появится окно внешне очень похожее на обычный осциллограф. Для подачи сигнала используется линейный вход звуковой карты. Подавать на вход обычно нужно сигнал не более 0,5-1 вольт, иначе происходит ограничение, поэтому нужно спаять входной делитель по простой схеме, как показано на рисунке №2.

Диоды КД522 нужны для защиты входа звуковой карты от слишком большого сигнала. После подключения цепи и входного сигнала нужно включить осциллограф. Для этого нажимаем мышкой поле RUN и выбираем START или нажать мышкой треугольник во втором сверху ряду окна. Осциллограф станет показывать сигнал. В нижнем правом углу экрана будут высвечиваться частота и период сигнала. А вот напряжение показанное осциллографом может не соответствовать действительности. При налаживании входного делителя нужно постараться переменным резистором так выставить коэффициент деления, чтобы величина показанного на экране напряжения была максимально реальной.

Назначение органов управления. TIME/DIV – время/деление; TRIGGER – синхронизация; CALIB – уровень; VOLT/DIV – напряжение/деление. И еще одно достоинство этой программы – осциллограф запоминающий – работу можно остановить, а на экране останется осциллограмма которую можно сохранить в памяти ПК или распечатать.

USB-осциллографы

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

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

В настоящее время тяжело угнаться за новейшими технологиями радиоэлектроники. Разнообразные электронные устройства можно теперь модифицировать по своему вкусу из одного в другое. Было бы желание и умение. Даже из старых электронных часов можно сделать простой тестер для многих деталей электросхемы, не говоря уже о планшетах и компьютерах. Многим радиолюбителям и профессионалам часто приходиться пользоваться точными электронными приборами, среди которых очень популярен осциллограф. Такой хороший прибор стоит недёшево. Хотя сделать его своими руками на основе планшета и андроида не составит особого труда даже радиолюбителю.

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

Подгонка резисторов

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. Затем:

• Чтобы подогнать резисторы в домашних условиях, надо просто использовать обычную наждачную бумагу «нулевку».
• Изначально у резистора, у которого находится меньшее сопротивление, бережно удаляется защитный слой краски.
• Затем нужно подпаять резистор к концам, они и подклеиваются к мультиметру. С помощью аккуратных движений наждачкой показатели сопротивления резистора выводятся до нужного значения.

После, когда резистор полностью подогнан, место пропила покрывают слоем специального защитного лака.

Сегодня этот способ наиболее быстрый и простой, но при этом дает хорошие результаты, что и сделало его оптимальным для домашних условий.

Что нужно учесть

Существует ряд правил, которые необходимо выполнять в любом случае, если решили проводить эти работы:

• Используемый компьютер для осциллографа обязательно нужно заземлить.
• Нельзя подключать заземление к розетке. Оно подсоединяется через специальный корпус линейного входного разъема с корпусом системного блока. В данном случае, независимо, попадаете ли вы в фазу или ноль, у вас не будет замыкания.

Говоря иначе, в розетку может подсоединяться только провод, который соединяется с резистором, и находится в схеме адаптера с номинальным значением один мегом. Если же вы попробуете включить в сеть провод, который контактирует с корпусом, то почти во всех случаях это обязательно приведет к самым плачевным последствиям.

Осциллограф из планшета на «Андроид»

Bluetooth-канал

В настоящее время электронного прогресса в магазинах появляются приставки, которые выполняют функции осциллографа. Они передают сигнал с помощь Bluetooth-канала на планшет или смартфон. Такой осциллограф — приставка, подключаемая, к планшету через Bluetooth имеет свои особенности. Предел измеряемой частоты, составляющий 1 МГц, напряжение щупа 10 В и радиус действия порядка 10 метров не всегда хватают для профессионального диапазона рабочей деятельности. В таких случаях можно использовать осциллограф — приставку с передачей данных с помощью Wi-Fi.

Передача данных с помощью Wi-Fi

Wi-Fi значительно расширяет возможности измерительных устройств. Такой вид обмена информацией между планшетом и приставкой особо популярен. Это не дань моде, а чистая практичность. Поскольку измеряемая информация передаётся без задержек на планшет, который моментально выводит любой график на свой монитор.

Понятное пользовательское меню позволяет быстро и легко ориентироваться в управлении и настройках электронного устройства. А записывающее устройство позволяет воспроизводить и передавать информацию в реальном времени и во все точки для всех участников этого процесса.

Обычно вместе с покупной осциллограф — приставкой поставляется и диск с программным обеспечением. Эти драйвера и программу можно быстро скачать на планшет или смартфон. Если такого диска нет — найдите эти данные в магазине приложений или поищите в интернете на форумах и специализированных сайтах.

EDUCATIONAL GOALS FOR DCACLAB

The DCACLab is implemented for the purposes of developing and reinforcing knowledge and skills necessary for supporting mastery of objectives of the lesson. It allows the learner to apply scientific methods, respond to questions, gather the necessary materials, follow procedures, use tools and equipment, as well as draw conclusions. The virtual lab experience involves hands-on activities plus virtual experiences in a lab-like setting. This lab, therefore, provides learners with virtual experiences that engage them in a realistic manner as they maintain the integrity of similar hands-on lab activities. Thus, the educational goals for DCACLab can be summarized in point form as follows in terms of what the learner should be able to do at the end of the lab:

•  Explain the basic electricity relationships.
•  Create circuits out of schematic drawings.
•  Make use of a voltmeter and ammeter to take circuit readings.
•  Provide a logical explanation of the measurements as well as the circuit relationships.
•  Explain basic electricity relationships both in parallel and series circuits.
•  Develop a theory for explaining the circuit measurements.
•  Find the resistance of different objects using the virtual lab.
•  Discuss the charging and discharging processes of a capacitor in a circuit.
•  Explain how an inductor behaves in a circuit.

ANALOG MULTIMETERStudents can experiment with this multimeter that measures Selection Knob can be used to easily set the required meter and choose from several ranges of value. Meters to choose from are:

AC Voltmeter

DC Voltmeter

Amperemeter

Ohmmeter

OSCILLOSCOPE VOLTAGE MEASUREMENT

Oscilloscope, measure time delta between two peaks

This handy oscilloscope can measure voltage by using realistic leads!

Oscilloscope measure phase shift

The oscilloscope can measure current also.

OSCILLOSCOPE TIME/DIV, VOLT/DIV SETTING

Multiple functions for each oscilloscope channel.

Students can easily observe the different settings of time base or volts/div that is found in the real oscilloscope, and can chose from multiple functions for each channel.

The oscilloscope has multiple functionalities, it can show voltage, ampere and root mean square (RMS). RMS voltage is the most common way to calculate the voltage of an AC circuit. DCAClab calculates RMS by sampling the input voltage and doing the sum-of-the-squares, simulating the high quality voltmeters, both AC meter and oscilloscope has RMS, the oscilloscope plots a dashed line to indicate the RMS.

Experiment with multiple wattmeters simultaneously.

A B C D RESISTOR COLOR BANDS

Set resistance using color bands Tolerance is randomly generated according to the selected color of band D Students can change colors of resistor and see the simulation in real time.

RESISTANCE DIRECT VALUE

Users can set resistance by writing the value and setting value unit (nano, micro, milli, kilo, mega, giga) Tune slider allows setting modifying value using (nano, micro, milli)

CIRCUIT ANALYSIS USING KIRCHHOFF CURRENT LAW

Current Animation

Easy dynamic circuit analysis forKirchhoff’s current law

for schools sales

We are selling DCACLab through FastSpring, our payment processor. FastSpring (which is a US company) will be the vendor in the transaction and their company information will be on your invoice.

W-9 form can be downloaded here: https://www.fastspring.com/w9.pdf

Двухканальные устройства

Когда требуется сравнить два вида сигнала, применяют такие приборы. Выделяют две разновидности:

1. Двухканальные – для наблюдения импульсов с идентичных Y-каналов. Переключая тумблером, поочерёдно подают выходные сигналы на пластины ЭЛТ. Наблюдают отдельно каждый сигнал входов Y1-Y2 или совместно. Второй – при каждом обратном ходе развёртки.
2. Двухлучевые – у них в наличии два отдельных Y-канала и двухлучевое исполнение ЭЛТ. У такого прибора совместный запуск генератора горизонтальной развёртки, включение вертикальной развёртки происходит для каждого канала отдельно. Это разрешает видеть 2 осциллограммы одновременно.

Сборка карманного осциллографа на основе «Андроида»

Замеряемая частота должна быть слышимой человеческим ухом, а уровень сигнала не должен превышать стандартного микрофонного звука. В этом случае, собрать осциллограф на основе «Андроида» своими руками можно и без дополнительных модулей. Разбираем гарнитуру, на которой присутствует микрофон. При отсутствии этой гарнитуры необходимо приобрести звуковой штекер на 3,5 мм с четырьмя контактами. Щупы припаять согласно разъёмам вашего гаджета.

Загрузить программное обеспечение из «Маркета», которое будет замерять частоту микрофонного входа и вырисовывать график на основе этого сигнала. Представленных вариантов будет достаточно, чтобы выбрать оптимальный. После калибровки приложения — осциллограф будет готов к использованию.

Плюсы и минусы «Андроидной» сборки:

• Плюсы: простота и дешевизна; минимальная затрата времени на осуществление этого проекта.
• Минусы: низкое качество звукового тракта гаджета, существенно влияет на диапазон измеряемых частот; отсутствие защитных элементов, которые предохраняют смартфон и планшет от случайных подключений щупов к точкам повышенного напряжения электросхемы; большая погрешность при измерении сигнала, в случае дешёвого устройства.