Osciloskops ir ierīce, kas palīdz redzēt svārstību dinamiku. Ar tās palīdzību jūs varat diagnosticēt dažādus bojājumus un iegūt nepieciešamos datus radioelektronikā. Iepriekš tika izmantoti osciloskopi, kuru pamatā ir tranzistoru caurules. Tās bija ļoti apjomīgas ierīces, kas tika savienotas tikai ar iebūvētu vai īpaši izstrādātu ekrānu.
Mūsdienās instrumenti pamata frekvences, amplitūdas raksturlielumu un signālu formu mērīšanai ir ērtas, pārnēsājamas un kompaktākas ierīces. Tie bieži tiek veikti kā atsevišķa konsole, kas savienota ar datoru. Šis manevrs ļauj izņemt monitoru no iepakojuma, ievērojami samazinot aprīkojuma izmaksas.
Jūs varat redzēt, kā izskatās klasiska ierīce, jebkurā meklētājprogrammā apskatot osciloskopa fotoattēlu. Varat arī uzstādīt šo ierīci mājās, izmantojot lētus radio komponentus un korpusus no cita aprīkojuma, lai iegūtu reprezentablāku izskatu.
Kā es varu iegūt osciloskopu?
Aprīkojumu var iegūt vairākos veidos un viss ir atkarīgs tikai un vienīgi no naudas summas, ko var iztērēt aprīkojuma vai detaļu iegādei.
- Pērciet gatavu ierīci specializētā veikalā vai pasūtiet to tiešsaistē;
- Pērciet celtniecības komplektu, piemēram, radio komponentu un korpusu komplekti, kas tiek pārdoti Ķīnas tīmekļa vietnēs, tagad ir plaši populāri;
- Patstāvīgi samontējiet pilnvērtīgu portatīvo ierīci;
- Uzstādiet tikai pielikumu un zondi un organizējiet savienojumu ar personālo datoru.
Šīs opcijas ir norādītas zemāku aparatūras izmaksu secībā. Visvairāk izmaksās gatavā osciloskopa iegāde, jo tā ir jau piegādāta un strādājoša iekārta ar visām nepieciešamajām funkcijām un iestatījumiem, un nepareizas darbības gadījumā varat sazināties ar tirdzniecības centru.
Dizaineris ietver ķēdi vienkāršam dari pats osciloskopam, un cena tiek samazināta, maksājot tikai radio komponentu izmaksas. Šajā kategorijā arī konfigurācijas un funkcionalitātes ziņā ir jānošķir dārgāki un vienkāršāki modeļi.
Ierīces salikšana pašam pēc esošajām shēmām un dažādos punktos iegādātās radio komponentes ne vienmēr var izrādīties lētāka nekā dizainera komplekta iegāde, tāpēc vispirms ir jāizvērtē apņemšanās izmaksas un tā pamatojums.
Lētākais veids, kā iegūt osciloskopu, ir pielodēt tikai tā stiprinājumu. Ekrānam izmantojiet datora monitoru, un programmas saņemto signālu uztveršanai un pārveidošanai var lejupielādēt no dažādiem avotiem.
Osciloskopa dizainers: modelis DSO138
Ķīnas ražotāji vienmēr ir bijuši slaveni ar spēju radīt elektroniku profesionālām vajadzībām ar ļoti ierobežotu funkcionalitāti un par diezgan nelielu naudu.
No vienas puses, šādas ierīces nespēj pilnībā apmierināt vairākas profesionāli radioelektronikā iesaistītās personas vajadzības, taču iesācējiem un šādu “rotaļlietu” cienītājiem būs vairāk nekā pietiekami.
Viens no populārajiem Ķīnā ražotajiem osciloskopa tipa modeļiem tiek uzskatīts par DSO138. Pirmkārt, šai ierīcei ir zemas izmaksas, un tai ir visas nepieciešamās detaļas un instrukcijas, tāpēc nevajadzētu rasties jautājumiem par to, kā pareizi izgatavot osciloskopu ar savām rokām, izmantojot komplektā iekļauto dokumentāciju.
Pirms uzstādīšanas jums jāiepazīstas ar iepakojuma saturu: tāfele, ekrāns, zonde, visi nepieciešamie radio komponenti, montāžas instrukcija un shēma.
Darbu atvieglo atbilstošs marķējums uz gandrīz visām detaļām un pats dēlis, kas patiešām pārvērš procesu par bērnu būvkomplekta komplektēšanu pieaugušajam. Diagrammas un instrukcijas skaidri parāda visus nepieciešamos datus, un jūs to varat izdomāt pat nezinot svešvalodu.
Izvadei jābūt ierīcei ar šādām īpašībām:
- Ieejas spriegums: DC 9V;
- Maksimālais ieejas spriegums: 50 Vpp (zonde 1:1)
- Strāvas patēriņš 120 mA;
- Signāla joslas platums: 0-200KHz;
- Jutība: elektroniskā nobīde ar vertikālās regulēšanas iespēju 10mV/div - 5V/Div (1 - 2 - 5);
- Diskrētā frekvence: 1 Msps;
- Ieejas pretestība: 1 MOhm;
- Laika intervāls: 10 µs / Div - 50s / Div (1 - 2 - 5);
- Mērījumu precizitāte: 12 biti.
Soli pa solim instrukcijas DSO138 konstrukcijas komplekta montāžai
Jums vajadzētu sīkāk apsvērt detalizētus norādījumus par šī zīmola osciloskopa ražošanu, jo citi modeļi tiek montēti līdzīgi.
Ir vērts atzīmēt, ka šajā modelī plate uzreiz nāk ar pielodētu 32 bitu Cortex™ mikrokontrolleri uz M3 kodola. Tas darbojas ar divām 12 bitu ieejām ar raksturlielumu 1 μs un darbojas maksimālajā frekvenču diapazonā līdz 72 MHz. Ja šī ierīce jau ir instalēta, tas nedaudz atvieglo uzdevumu.
Solis 1. Visērtāk ir sākt uzstādīšanu ar SMD komponentiem. Strādājot ar lodāmuru un dēli, jāņem vērā noteikumi: nepārkarst, turiet ne ilgāk par 2 sekundēm, nesavienojiet kopā dažādas detaļas un celiņus, izmantojiet lodēšanas pastu un lodmetālu.
2. solis. Kondensatorus, induktorus un pretestības lodēt: norādītā daļa jāievieto tai paredzētajā vietā uz tāfeles, nogriež lieko kājas garumu un jāpielodē uz tāfeles. Galvenais ir nesajaukt kondensatoru polaritāti un neaizvērt blakus esošās trases ar lodāmuru vai lodmetālu.
Solis 3. Uzmontējam atlikušās detaļas: slēdžus un savienotājus, pogas, LED, kvarcu. Īpaša uzmanība jāpievērš diodes un tranzistora pusei. Kvarca konstrukcijā ir metāls, tāpēc jums ir jānodrošina, lai tā virsma nesaskartos ar dēļu sliedēm, vai arī jārūpējas par dielektrisko oderi.
4. darbība. Pie displeja paneļa ir pielodēti 3 savienotāji. Pabeidzot manipulācijas ar lodāmuru, dēlis jāizskalo ar spirtu bez palīglīdzekļiem - bez vates, diskiem vai salvetēm.
5. solis. Nosusiniet dēli un pārbaudiet, cik labi tika veikta lodēšana. Pirms ekrāna pievienošanas pie tāfeles jāpielodē divi džemperi. Tam noderēs esošās detaļu nokostās tapas.
6. darbība. Lai pārbaudītu darbību, ierīce jāpievieno tīklam ar strāvu 200 mA un spriegumu 9 V.
Pārbaude sastāv no indikatoru ņemšanas no:
- 9 V savienotājs;
- Testa punkts 3,3 V.
Ja visi parametri atbilst nepieciešamajām vērtībām, ierīce ir jāatvieno no barošanas avota un jāinstalē JP4 džemperis.
7. darbība. 3 pieejamajos savienotājos ir jāievieto displejs. Pie ieejas jāpievieno osciloskopa zonde un pašam jāieslēdz strāva.
Pareizas uzstādīšanas un montāžas rezultāts displejā parādīsies tā numurs, programmaparatūras veids, versija un izstrādātāja vietne. Pēc dažām sekundēm jūs varēsiet redzēt sinusoidālos viļņus un skalu, kad zonde būs izslēgta.
Datora konsole
Saliekot šo vienkāršo ierīci, jums būs nepieciešams minimāls detaļu skaits, zināšanas un prasmes. Shēma ir ļoti vienkārša, izņemot to, ka, lai saliktu ierīci, jums pašam būs jāizgatavo dēlis.
Piestiprinājuma izmērs pašdarinātam osciloskopam būs aptuveni sērkociņu kastītes izmērā vai nedaudz lielāks, tāpēc vislabāk ir izmantot šāda izmēra plastmasas konteineru vai akumulatora kastīti.
Ievietojot tajā salikto ierīci ar gataviem izvadiem, varat sākt organizēt darbu ar datora monitoru. Lai to izdarītu, lejupielādējiet programmas Oscilloscope un Soundcard Oscilloscope. Jūs varat pārbaudīt viņu darbu un izvēlēties sev tīkamāko.
Pieslēgtais mikrofons varēs arī pārraidīt skaņas viļņus uz pievienoto oscilatoru, un programma atspoguļos izmaiņas. Šis televizora pierīce ir pievienota mikrofona vai līnijas ieejai, un tai nav nepieciešami papildu draiveri.
DIY osciloskopa fotogrāfijas
Jebkuram radioamatierim ir grūti iedomāties savu laboratoriju bez tik svarīga mērinstrumenta kā osciloskops. Patiešām, bez īpaša instrumenta, kas ļauj analizēt un izmērīt signālus, kas darbojas ķēdē, modernāko elektronisko ierīču remonts nav iespējams.
No otras puses, šo ierīču izmaksas bieži pārsniedz vidusmēra patērētāja budžeta iespējas, kas liek viņam meklēt alternatīvas iespējas vai izgatavot osciloskopu ar savām rokām.
Problēmas risināšanas iespējas
Jūs varat izvairīties no dārgu elektronisko produktu iegādes šādos gadījumos:
- Šiem nolūkiem datorā vai klēpjdatorā iebūvētas skaņas kartes (SC) izmantošana;
- USB osciloskopa izgatavošana ar savām rokām;
- Parastās tabletes pilnveidošana.
Katra no iepriekš uzskaitītajām iespējām, kas ļauj izgatavot osciloskopu ar savām rokām, ne vienmēr ir piemērojama. Lai pilnībā strādātu ar pašmontētiem pielikumiem un moduļiem, ir jāievēro šādi priekšnoteikumi:
- noteiktu ierobežojumu pieļaujamība izmērītajiem signāliem (piemēram, pēc to frekvences);
- Pieredze sarežģītu elektronisko shēmu apstrādē;
- Tabletes modifikācijas iespēja.
Tādējādi osciloskops no skaņas kartes jo īpaši neļauj izmērīt svārstību procesus ar frekvencēm ārpus tā darbības diapazona (20 Hz-20 kHz). Un, lai izveidotu USB televizora pierīci datoram, jums būs nepieciešama zināma pieredze sarežģītu elektronisko ierīču montāžā un konfigurēšanā (tāpat kā savienojot ar parastu planšetdatoru).
Piezīme! Iespēja, kurā ir iespējams izgatavot osciloskopu no klēpjdatora vai planšetdatora, izmantojot visvienkāršāko pieeju, attiecas uz pirmo gadījumu, kas ietver iebūvēta ķēdes pārtraucēja izmantošanu.
Apskatīsim, kā katra no iepriekš minētajām metodēm tiek īstenota praksē.
PO izmantošana
Lai īstenotu šo attēla iegūšanas metodi, jums būs jāizveido maza izmēra pielikums, kas sastāv tikai no dažiem visiem pieejamiem elektroniskiem komponentiem. Tās diagrammu var atrast zemāk esošajā attēlā.
Šādas elektroniskās ķēdes galvenais mērķis ir nodrošināt pētāmā ārējā signāla drošu ievadi iebūvētās skaņas kartes ieejā, kurai ir savs analogais-digitālais pārveidotājs (ADC). Tajā izmantotās pusvadītāju diodes garantē, ka signāla amplitūda ir ierobežota līdz līmenim, kas nepārsniedz 2 voltus, un dalītājs, kas izgatavots no sērijveidā savienotiem rezistoriem, ļauj ieejai piegādāt spriegumus ar lielām amplitūdas vērtībām.
Vads ar 3,5 mm spraudni savienojuma galā ir pielodēts pie plates ar rezistoriem un diodēm izejas pusē, kas tiek ievietots ķēdes pārtraucēja ligzdā ar nosaukumu “Linear input”. Pētāmais signāls tiek piegādāts ieejas spailēm.
Svarīgs! Savienojuma vada garumam jābūt pēc iespējas īsākam, lai nodrošinātu minimālus signāla kropļojumus ļoti zemos izmērītos līmeņos. Kā šādu savienotāju ieteicams izmantot divdzīslu vadu vara pinumā (ekrānā).
Lai gan šāda ierobežotāja pārraidītās frekvences ir zemo frekvenču diapazonā, šis piesardzības pasākums palīdz uzlabot pārraides kvalitāti.
Programma oscilogrammu iegūšanai
Papildus tehniskajam aprīkojumam pirms mērījumu uzsākšanas jāsagatavo atbilstoša programmatūra. Tas nozīmē, ka datorā jāinstalē kāda no utilītprogrammām, kas īpaši paredzēta oscilogrammas attēla iegūšanai.
Tādējādi tikai stundas vai nedaudz vairāk laika ir iespējams radīt apstākļus elektrisko signālu izpētei un analīzei, izmantojot stacionāru datoru (klēpjdatoru).
Tabletes pabeigšana
Izmantojot iebūvēto karti
Lai pielāgotu parasto planšetdatoru oscilogrammu ierakstīšanai, varat izmantot iepriekš aprakstīto savienojuma metodi ar audio interfeisu. Šajā gadījumā ir iespējamas noteiktas grūtības, jo planšetdatoram nav atsevišķas līnijas ievades mikrofonam.
Šo problēmu var atrisināt šādi:
- No tālruņa jāpaņem austiņas, kurās jābūt iebūvētam mikrofonam;
- Pēc tam noskaidrojiet savienošanai izmantotās planšetdatora ievades spaiļu vadus (pinout) un salīdziniet to ar atbilstošajiem austiņu spraudņa kontaktiem;
- Ja tie sakrīt, varat droši pieslēgt signāla avotu, nevis mikrofonu, izmantojot iepriekš apspriesto pielikumu uz diodēm un rezistoriem;
- Visbeidzot, atliek tikai planšetdatorā instalēt īpašu programmu, kas var analizēt signālu mikrofona ieejā un parādīt tā grafiku ekrānā.
Šīs savienojuma ar datoru metodes priekšrocības ir ieviešanas vienkāršība un zemās izmaksas. Tās trūkumi ietver mazo izmērīto frekvenču diapazonu, kā arī 100% planšetdatora drošības garantijas trūkumu.
Šos trūkumus var novērst, izmantojot īpašus elektroniskos televizora pierīces, kas savienotas, izmantojot Bluetooth moduli vai Wi-Fi kanālu.
Pašdarināts pielikums Bluetooth modulim
Savienojums, izmantojot Bluetooth, tiek veikts, izmantojot atsevišķu sīkrīku, kas ir televizora pierīce ar iebūvētu ADC mikrokontrolleri. Izmantojot neatkarīgu informācijas apstrādes kanālu, ir iespējams paplašināt raidīto frekvenču joslas platumu līdz 1 MHz; šajā gadījumā ieejas signāla vērtība var sasniegt 10 voltus.
Papildus informācija.Šāda paštaisīta stiprinājuma darbības diapazons var sasniegt 10 metrus.
Tomēr ne visi spēj samontēt šādu pārveidotāja ierīci mājās, kas ievērojami ierobežo lietotāju loku. Ikvienam, kurš nav gatavs patstāvīgi izgatavot televizora pierīci, ir iespēja iegādāties gatavu produktu, kas ir pieejams brīvā pārdošanā kopš 2010. gada.
Iepriekš minētie parametri var būt piemēroti mājas mehāniķim, kurš remontē ne pārāk sarežģītu zemfrekvences iekārtu. Lai veiktu darbietilpīgākas remonta darbības, var būt nepieciešami profesionāli pārveidotāji ar joslas platumu līdz 100 MHz. Šīs iespējas var nodrošināt Wi-Fi kanāls, jo datu apmaiņas protokola ātrums šajā gadījumā ir nesalīdzināmi lielāks nekā Bluetooth.
Televizora osciloskopi ar datu pārraidi, izmantojot Wi-Fi
Iespēja pārraidīt digitālos datus, izmantojot šo protokolu, ievērojami paplašina mērīšanas ierīces caurlaidspēju. Televizora pierīces, kas darbojas pēc šī principa un tiek brīvi pārdotas, pēc to īpašībām neatpaliek no dažiem klasisko osciloskopu piemēriem. Tomēr arī to izmaksas ne tuvu nav uzskatāmas par pieņemamām lietotājiem ar vidējiem ienākumiem.
Noslēgumā atzīmējam, ka, ņemot vērā iepriekš minētos ierobežojumus, arī Wi-Fi savienojuma iespēja ir piemērota tikai ierobežotam lietotāju skaitam. Tiem, kas nolemj atteikties no šīs metodes, mēs iesakām mēģināt salikt digitālo osciloskopu, kas nodrošina tādas pašas īpašības, bet pievienojot USB ieeju.
Arī šo iespēju ir ļoti grūti īstenot, tāpēc tiem, kas nav līdz galam pārliecināti par savām spējām, prātīgāk būtu iegādāties jau gatavu USB pierīci, kas ir nopērkama.
Video
Osciloskops ir pārnēsājama ierīce, kas paredzēta mikroshēmu pārbaudei. Turklāt daudzi modeļi ir piemēroti rūpnieciskai kontrolei un var tikt izmantoti dažādiem mērījumiem. Osciloskopu nevar izgatavot ar savām rokām bez zenera diodes, kas ir tā galvenais elements. Šī daļa ir uzstādīta dažādas jaudas ierīcēs.
Turklāt atkarībā no modifikācijas ierīcēs var būt kondensatori, rezistori un diodes. Modeļa galvenie parametri ietver kanālu skaitu. Atkarībā no šī indikatora mainās maksimālais joslas platums. Tāpat, saliekot osciloskopu, jāņem vērā paraugu ņemšanas ātrums un atmiņas dziļums. Lai analizētu saņemtos datus, ierīce ir savienota ar personālo datoru.
Vienkārša osciloskopa ķēde
Vienkārša osciloskopa ķēdē ir iekļauta Zener diode 5 V. Tās caurlaidspēja ir atkarīga no mikroshēmā uzstādīto rezistoru veidiem. Lai palielinātu svārstību amplitūdu, tiek izmantoti kondensatori. Osciloskopa zondi ar savām rokām varat izgatavot no jebkura vadītāja. Šajā gadījumā osta tiek izvēlēta atsevišķi veikalā. Pirmās grupas rezistoriem jāiztur minimālā pretestība ķēdē 2 omi. Šajā gadījumā otrās grupas elementiem jābūt jaudīgākiem. Jāņem vērā arī tas, ka ķēdē ir diodes. Dažos gadījumos tie veido tiltus.
Viena kanāla modelis
Vienkanāla digitālo osciloskopu ar savām rokām var izgatavot, tikai izmantojot Zener diode 5 V. Turklāt jaudīgākas modifikācijas šajā gadījumā ir nepieņemamas. Tas ir saistīts ar faktu, ka palielināts maksimālais spriegums ķēdē izraisa paraugu ņemšanas frekvences palielināšanos. Tā rezultātā ierīces rezistori neizdodas. Sistēmas kondensatori tiek izvēlēti tikai kapacitatīvā tipa.
Rezistora minimālajai pretestībai jābūt 4 omi. Ja ņemam vērā otrās grupas elementus, tad pārraides parametram šajā gadījumā jābūt 10 Hz. Lai to palielinātu līdz vēlamajam līmenim, tiek izmantoti dažāda veida regulatori. Daži eksperti iesaka izmantot ortogonālos rezistorus vienkanāla osciloskopiem.
Šajā gadījumā jāatzīmē, ka tie diezgan ātri paaugstina paraugu ņemšanas ātrumu. Tomēr šādā situācijā joprojām ir negatīvi aspekti, un tie ir jāņem vērā. Pirmkārt, ir svarīgi atzīmēt asu vibrāciju ierosmi. Tā rezultātā palielinās signāla asimetrija. Turklāt ir problēmas ar ierīces jutīgumu. Galu galā rādījumu precizitāte var nebūt tā labākā.
Divu kanālu ierīces
Divu kanālu osciloskopa izgatavošana ar savām rokām (diagramma ir parādīta zemāk) ir diezgan sarežģīta. Pirmkārt, jāatzīmē, ka zenera diodes šajā gadījumā ir piemērotas gan 5 V, gan 10 V. Šajā gadījumā sistēmas kondensatori jāizmanto tikai slēgta tipa.
Sakarā ar to ierīces joslas platums var palielināties līdz 9 Hz. Modeļa rezistori parasti tiek izmantoti ortogonālā tipa. Šajā gadījumā tie stabilizē signāla pārraides procesu. Papildinājuma funkciju veikšanai mikroshēmas galvenokārt tiek atlasītas no MMK20 sērijas. Osciloskopa dalītāju var izgatavot ar savām rokām no parastā modulatora. Tas nav īpaši grūti.
Daudzkanālu modifikācijas
Lai ar savām rokām saliktu USB osciloskopu (diagramma ir parādīta zemāk), jums būs nepieciešama diezgan jaudīga zenera diode. Problēma šajā gadījumā ir palielināt ķēdes caurlaidspēju. Dažās situācijās ierobežojošās frekvences maiņas dēļ var tikt traucēta rezistoru darbība. Lai atrisinātu šo problēmu, daudzi izmanto papildu sadalītājus. Šīs ierīces ievērojami palīdz palielināt sliekšņa sprieguma robežu.
Jūs varat izveidot dalītāju, izmantojot modulatoru. Kondensatori sistēmā jāuzstāda tikai Zener diodes tuvumā. Lai palielinātu joslas platumu, tiek izmantoti analogie rezistori. Negatīvās pretestības parametrs svārstās vidēji ap 3 omi. Bloķēšanas diapazons ir atkarīgs tikai no Zener diodes jaudas. Ja ierobežojošā frekvence strauji samazinās, kad ierīce ir ieslēgta, kondensatori jāaizstāj ar jaudīgākiem. Šajā gadījumā daži eksperti iesaka uzstādīt diožu tiltus. Tomēr ir svarīgi saprast, ka sistēmas jutīgums šajā situācijā ievērojami pasliktinās.
Turklāt ir nepieciešams izveidot ierīces zondi. Lai nodrošinātu, ka osciloskops nav pretrunā ar personālo datoru, vēlams izmantot MMP20 tipa mikroshēmu. Jūs varat izgatavot zondi no jebkura vadītāja. Galu galā cilvēkam būs tikai jāpērk viņam osta. Pēc tam, izmantojot lodāmuru, iepriekšminētos elementus var savienot.
5 V ierīces montāža
Pie 5 V osciloskopa stiprinājums tiek veikts pats, izmantojot tikai MMP20 tipa mikroshēmu. Tas ir piemērots gan parastajiem, gan jaudīgajiem rezistoriem. Maksimālajai pretestībai ķēdē jābūt 7 omi. Šajā gadījumā joslas platums ir atkarīgs no signāla pārraides ātruma. Ierīču sadalītājus var izmantot dažāda veida. Mūsdienās statiskie analogi tiek uzskatīti par izplatītākiem. Joslas platums šajā situācijā būs aptuveni 5 Hz. Lai to palielinātu, ir nepieciešams izmantot tetrodes.
Tie tiek atlasīti veikalā, pamatojoties uz ierobežojošo frekvences parametru. Lai palielinātu apgrieztā sprieguma amplitūdu, daudzi eksperti iesaka uzstādīt tikai pašregulējošus rezistorus. Šajā gadījumā signāla pārraides ātrums būs diezgan liels. Darba beigās jums ir jāizveido zonde, lai savienotu ķēdi ar personālo datoru.
10V osciloskopi
Osciloskops, ko dari pats, tiek izgatavots ar Zenera diodi, kā arī slēgta tipa rezistoriem. Ja ņemam vērā ierīces parametrus, vertikālās jutības indikatoram jābūt 2 mV līmenī. Turklāt ir jāaprēķina joslas platums. Lai to izdarītu, tiek ņemta kondensatoru kapacitāte un korelēta ar sistēmas maksimālo pretestību. Ierīces rezistori ir vispiemērotākie lauka tipam. Lai samazinātu paraugu ņemšanas frekvenci, daudzi eksperti iesaka izmantot tikai 2 V diodes, tāpēc var sasniegt lielus signāla pārraides ātrumus. Lai izsekošanas funkcija tiktu veikta diezgan ātri, mikroshēmas tiek uzstādītas kā MMP20.
Ja plānojat krātuves un atskaņošanas režīmus, jums ir jāizmanto cits veids. Kursora mērījumi šajā gadījumā nebūs pieejami. Šo osciloskopu galveno problēmu var uzskatīt par strauju ierobežojošās frekvences kritumu. Parasti tas ir saistīts ar strauju datu paplašināšanos. Problēmu var atrisināt, tikai izmantojot augstas kvalitātes sadalītāju. Tajā pašā laikā daudzi paļaujas arī uz zenera diodi. Jūs varat izveidot dalītāju, izmantojot parasto modulatoru.
Kā izveidot 15 V modeli?
Osciloskopa montāža ar savām rokām, izmantojot lineāros rezistorus. Tie var izturēt maksimālo pretestību 5 mm. Sakarā ar to Zener diodei nav liela spiediena. Turklāt, izvēloties ierīces kondensatorus, jābūt uzmanīgiem. Šim nolūkam ir nepieciešams izmērīt sliekšņa spriegumu. Šim nolūkam eksperti izmanto testeri.
Ja osciloskopam izmantojat regulēšanas rezistorus, var rasties paaugstināta vertikālā jutība. Tādējādi testēšanas rezultātā iegūtie dati var būt nepareizi. Ņemot vērā visu iepriekš minēto, ir jāizmanto tikai lineāri analogi. Turklāt jāuzmanās, lai uzstādītu portu, kas ir savienots ar mikroshēmu, izmantojot zondi. Šajā gadījumā dalītāju ir lietderīgāk uzstādīt caur kopni. Lai svārstību amplitūda nebūtu pārāk liela, daudzi iesaka izmantot vakuuma tipa diodes.
Izmantojot PPR1 sērijas rezistorus
USB osciloskopa izgatavošana ar savām rokām, izmantojot šos rezistorus, nav viegls uzdevums. Šajā gadījumā vispirms ir jānovērtē kondensatoru kapacitāte. Lai nodrošinātu, ka maksimālais spriegums nepārsniedz 3 V, ir svarīgi izmantot ne vairāk kā divas diodes. Turklāt jums vajadzētu atcerēties nominālās frekvences parametru. Vidēji šis rādītājs ir 3 Hz. Ortogonālie rezistori nav unikāli piemēroti šādam osciloskopam. Konstrukcijas izmaiņas var veikt tikai, izmantojot sadalītāju. Darba beigās jums ir jāveic faktiskā ostas uzstādīšana.
Modeļi ar PPR3 rezistoriem
USB osciloskopu var izgatavot ar savām rokām, izmantojot tikai režģa kondensatorus. To īpatnība ir tāda, ka negatīvās pretestības līmenis ķēdē var sasniegt 4 omi. Šādiem osciloskopiem ir piemērotas dažādas mikroshēmas. Ja mēs ņemam MMP20 tipa standarta versiju, tad sistēmā ir nepieciešams nodrošināt vismaz trīs kondensatorus.
Turklāt ir svarīgi pievērst uzmanību diožu blīvumam. Dažos gadījumos tas ietekmē joslas platumu. Lai stabilizētu sadalīšanas procesu, eksperti iesaka rūpīgi pārbaudīt rezistoru vadītspēju pirms ierīces ieslēgšanas. Visbeidzot, regulators ir tieši savienots ar sistēmu.
Ierīces ar vibrācijas slāpēšanu
Osciloskopi ar svārstību slāpēšanas ierīci mūsdienās tiek izmantoti diezgan reti. Tie ir vispiemērotākie elektroierīču testēšanai. Turklāt jāatzīmē to augstā vertikālā jutība. Šajā gadījumā ierobežojošais frekvences parametrs ķēdē nedrīkst pārsniegt 4 Hz. Sakarā ar to Zener diode darbības laikā būtiski nepārkarst.
Osciloskopu var izgatavot pats, izmantojot režģa tipa mikroshēmu. Šajā gadījumā pašā sākumā ir jāizlemj par diožu veidiem. Daudzi cilvēki šajā situācijā iesaka izmantot tikai analogos tipus. Tomēr šajā gadījumā signāla pārraides ātrums var ievērojami samazināties.
Neatkarīgi no ierīču klases, lai analizētu noteiktus signālus, pētāmie signāli ir jāievada ierīču ieejās. Ļoti reti ir iespējams tuvināt to avotus osciloskopu un analizatoru ieejām. Tie bieži atrodas attālumā no viena metra daļas līdz vairākiem metriem. Tas nozīmē, ka ir nepieciešamas īpašas saskaņošanas ierīces, kas savienotas starp signāla avotiem un osciloskopa un analizatoru ieejām.
Parasti zondes izmanto šādiem svarīgiem mērķiem:
- attālināts osciloskopa savienojums ar pētāmo objektu;
- vertikālo (dažreiz horizontālo) novirzes kanālu jutīguma samazināšana un augsta līmeņa signālu (pasīvās zondes) izpēte;
- mērīšanas ķēžu atsaiste no osciloskopa blokiem (optiskās zondes);
- augsta signāla vājināšanās un signālu izpēte augstsprieguma ķēdēs (augstsprieguma zondes);
- ieejas pretestības palielināšana un ieejas kapacitātes samazināšana (kompensēti sadalītāji un atkārtotāju zondes);
- zondes-osciloskopa sistēmas amplitūdas-frekvences reakcijas korekcija;
- strāvas oscilogrammu (strāvas zondes) iegūšana;
- pretfāzes signālu atlase un kopējā režīma signālu (diferenciālās zondes) slāpēšana;
- osciloskopu (aktīvās zondes) jutības palielināšana;
- īpašiem nolūkiem (piemēram, platjoslas signāla avotu izejas saskaņošana ar osciloskopa 50 omu ieeju).
Ir pilnīgi skaidrs, ka zondu loma ir ļoti svarīga un dažkārt nekādā ziņā nav zemāka par pašu osciloskopu un analizatoru nozīmi. Bet bieži vien zondes loma tiek novērtēta par zemu, un tā ir nopietna kļūda šo ierīču iesācējiem lietotājiem. Tālāk ir norādīti galvenie zonžu un citu piederumu veidi osciloskopiem, spektra analizatoriem, signālu analizatoriem un loģiskiem analizatoriem.
Zondes, kuru pamatā ir kompensēts dalītājs
Vienkāršākais un ilgāk izmantotais zondes veids ir pasīvās zondes ar kompensētu sprieguma dalītāju - 5.1.att. Sprieguma dalītājs ir veidots uz rezistoriem R1 un R2, un R2 var vienkārši būt osciloskopa ieejas pretestība.
Rīsi. 5.1. Kompensētā dalītāja ķēde
Līdzstrāvas dalītāja parametrus aprēķina, izmantojot šādas formulas:
Piemēram, ja R2 = 1 MOhm un R1 = 9 MOhm, tad tam ir RВХ = 10 MOhm un KD = 1/10. Tādējādi ieejas pretestība tiek palielināta 10 reizes, bet sprieguma līmenis, kas tiek piegādāts osciloskopa ieejai, samazinās arī 10 reizes.
Vispārīgā gadījumā (pie maiņstrāvas) dalītāja pārvades koeficientam varat uzrakstīt izteiksmi (τ1= R1C1 un τ2= C2R2):
. (5.3)
Tādējādi, ja laika konstantes τ1 un τ2 ir vienādas, dalītāja pārneses koeficients pārstāj būt atkarīgs no frekvences un ir vienāds ar tā vērtību pie līdzstrāvas. Šādu dalītāju sauc par kompensētu. Kapacitāte C2 ir osciloskopa kabeļa, stiprinājuma un ieejas kapacitātes kopējā kapacitāte. Praksē kompensācijas nosacījuma sasniegšanai ir jāregulē kapacitāte C1 (vai C2), piemēram, izmantojot mainīga kondensatora trimmeri - trimmeri (skat. 5.2. att.). Regulēšana tiek veikta ar speciālu plastmasas skrūvgriezi, kas iekļauts zondes piederumu komplektā. Tajā iekļauti dažādi uzgaļi, adapteri, krāsainas uzlīmes un citi noderīgi sīkumi.
Rīsi. 5.2. HP-9250 standarta pasīvās zondes dizains, kas balstīts uz frekvences kompensētu dalītāju
Kompensējot, nav taisnstūra impulsa (meandera) izkropļojumu, ko parasti rada osciloskopā iebūvētais kalibrators (sk. 5.3. att.). Kad pulsa maksimums samazinās, tiek novērota nepietiekama kompensācija, un, kad tā paaugstinās, tiek novērota pārmērīga kompensācija. Oscilogrammu raksturs ir parādīts arī attēlā. 3 (uzņemts ar osciloskopu TDS 2024 ar zondi P2200). Kompensāciju ieteicams veikt ar pēc iespējas lielāku attiecīgā kanāla oscilogrammas attēlu.
Rīsi. 5.3. Tektronix TDS 2024 osciloskopa kalibratora impulsu oscilogrammas ar dažādām kompensācijas pakāpēm (no augšas uz leju): normāla kompensācija, pārmērīga kompensācija un nepietiekama kompensācija
Strādājot ar daudzkanālu osciloskopu, zondes jāizmanto katram kanālam atsevišķi. Lai to izdarītu, tie ir jāmarķē (ja tas jau nav izdarīts rūpnīcā) ar dažādu krāsu uzlīmēm, kas parasti atbilst oscilogrammas līniju krāsām. Ja jūs neievērosit šo noteikumu, katra kanāla ieejas kapacitātes neizbēgamo izmaiņu dēļ kompensācija būs neprecīza.
Dalītājam 1:10 rezistoram R1 jābūt vienādam ar 9R2. Tas nozīmē, ka kapacitātei C1 jābūt 9 reizes mazākai par ieejas kapacitāti C2. Dalītāja ieejas kapacitāti nosaka C1 un C2 virknes savienojums:
(5.4)
Aptuvenā vērtība ir derīga KD»1 un C1«C2. Pie KD =10 dalītāja ieejas kapacitāte ir gandrīz 10 reizes mazāka nekā osciloskopa ieejas kapacitāte. Jāatceras, ka C2 ietver ne tikai patieso osciloskopa ieejas kapacitāti, bet arī C1 kapacitāti palielina par montāžas kapacitātes lielumu. Tāpēc faktiski dalītāja ieejas kapacitātes samazināšanās, salīdzinot ar osciloskopa ieejas kapacitāti, nebūs tik jūtama. Tomēr tieši tas izskaidro ievērojamo impulsu frontes kropļojumu samazināšanos, strādājot ar dalītāju.
Dalītāja ieejas pretestības aktīvās sastāvdaļas palielināšana ne vienmēr ir lietderīga, jo tā arī izraisa pārbaudāmās ierīces slodzes izmaiņas un tiek iegūti atšķirīgi rezultāti, ja nav dalītāja un to lieto. Tāpēc dalītāji bieži tiek veidoti tā, lai osciloskopa ieejas pretestība paliktu nemainīga gan strādājot bez dalītāja, gan strādājot ar to. Šajā gadījumā dalītājs nepalielina osciloskopa ieejas pretestību, bet tomēr samazina ieejas kapacitāti.
Pētīto signālu līmeņa paaugstināšana
Maksimālo spriegumu pie osciloskopa ieejas nosaka tā skalas režģa dalījumu skaita reizinājums ar vertikālās novirzes koeficientu. Piemēram, ja režģa iedalījumu skaits ir 10 un novirzes koeficients ir 5 V/div, tad kopējā sprieguma svārstība ieejā ir 50 V. Ar to bieži vien nepietiek, lai pētītu pat vidēji augsta līmeņa signālus - virs desmitiem. no voltiem.
Lielākā daļa zondu ļauj palielināt maksimālo pārbaudes spriegumu pie līdzstrāvas un zemas frekvences no desmitiem V līdz 500-600 V. Tomēr augstās frekvencēs reaktīvā jauda (un aktīvā jauda, kas atbrīvota pie zondes kondensatoru zudumu pretestības) strauji palielinās un nepieciešams samazināt maksimālo spriegumu zondes ieejā - 5.4.att. Ja neņemat vērā šo apstākli, varat vienkārši sadedzināt paraugu!
Rīsi. 5.4. Zondes ieejas maksimālā sprieguma atkarība no frekvences
Pie augstām signāla frekvencēm nekad nedrīkst pārsniegt zondes maksimālo ieejas spriegumu. Tas var izraisīt zondes pārkaršanu un neveiksmi.
Pasīvās zondes veids ir augstsprieguma zonde. Tiem parasti ir dalījuma attiecība 1/100 vai 1/1000 un ieejas pretestība 10 vai 100 MΩ. Mazjaudas zondes dalītāju rezistori parasti bez pārrāvuma var izturēt spriegumu līdz 500-600 V. Tāpēc augstsprieguma zondēs rezistors R1 (un kondensators C1) jāizgatavo, izmantojot virknē savienotus komponentus. Tas palielina zondes mērīšanas galviņas izmēru.
Tektronix P6015A augstsprieguma zondes skats ir parādīts attēlā. 5.5. Zondei ir labi izolēts korpuss ar izvirzītu gredzenu, kas neļauj pirkstiem ieslīdēt ķēdē, kuras sprieguma viļņu forma tiek reģistrēta. Zondi var izmantot pie sprieguma līdz 20 kV pie līdzstrāvas un līdz 40 kV pie augsta darba cikla impulsiem. Osciloskopa ar šādu zondi frekvenču diapazons ir ierobežots līdz 75 MHz, kas ir vairāk nekā pietiekams mērījumiem augstsprieguma ķēdēs.
Rīsi. 5.5. Augstsprieguma zondes Tektronix P6015A izskats
Strādājot ar augstsprieguma zondēm, ir jāievēro visi iespējamie piesardzības pasākumi. Vispirms pievienojiet zemējuma vadu un tikai pēc tam pievienojiet zondes adatu vietai, kurā vēlaties iegūt sprieguma viļņu formu. Veicot mērījumus, ieteicams nostiprināt zondi un parasti noņemt rokas no tās.
Augstsprieguma zondes ir pieejamas gan digitālajiem, gan analogajiem osciloskopiem. Piemēram, zonde HV-P30 ir pieejama unikālajiem ACK7000/8000 sērijas platjoslas analogajiem osciloskopiem ar joslas platumu līdz 50 MHz, sadalīšanas attiecību 1/100, 30 kV no maksimuma līdz maksimumam sinusoidālo viļņu spriegumu un līdz 40 kV maksimumu. impulsa spriegums. Zondes ieejas pretestība 100 MΩ, ieejas kapacitāte 7 pF, kabeļa garums 4 m, BNC izejas savienotājs. Vēl vienai zondei HV-P60 ir dalījuma attiecība 1/2000, un to var izmantot pie maksimālā sprieguma līdz 60 kV sinusoidālajam viļņam un līdz 80 kV impulsa signālam. Zondes ieejas pretestība ir 1000 MΩ, ieejas kapacitāte ir 5 pF. Šo produktu nopietnību daiļrunīgi pierāda to augstā cena - aptuveni 66 000 un 124 000 rubļu (saskaņā ar uzņēmuma Elix cenrādi).
Zondes ar frekvences reakcijas korekciju
Pasīvās zondes bieži izmanto, lai koriģētu osciloskopu frekvences reakciju. Dažkārt tas ir labojums, kas paredzēts frekvenču joslas paplašināšanai, bet biežāk tiek atrisināta apgrieztā problēma - frekvenču joslas sašaurināšanās, lai samazinātu trokšņa ietekmi, novērojot zema līmeņa signālus, un novēršot straujus pīķus impulsa signālu malās.
Šīs zondes (P2200) ir iekļautas Tektronix TDS 1000B/2000B sērijas komerciālajos osciloskopos. To izskats ir parādīts attēlā. 5.6.
Galvenie zondes parametri ir norādīti tabulā. 5.1.
5.1. tabula. P2200 pasīvo zondes pamatparametri
Rīsi. 5.6. P2200 pasīvā zonde ar iebūvētu zemfrekvences filtru 1/10 dalīšanas slēdža pozīcijā
No galda 5.1 skaidri parāda, ka zondi ar dalījuma attiecību 1/1 ieteicams izmantot tikai pētot zemfrekvences ierīces, kad pietiek ar frekvenču joslu līdz 6,5 MHz. Visos citos gadījumos ir vēlams strādāt ar zondi ar dalījuma attiecību 1/10. Šajā gadījumā ieejas kapacitāte tiek samazināta no 110 pF līdz aptuveni 15 pF, un frekvenču josla tiek paplašināta no 6,5 MHz līdz 200 MHz. Kvadrātviļņa oscilogrammas ar frekvenci 10 MHz, parādītas attēlā. 5.7, labi ilustrē oscilogrammu izkropļojumu pakāpi pie dalījuma attiecībām 1/10 un 1/1. Abos gadījumos tika izmantots standarta zondes savienojums ar bloķējošu galu un garu zemējuma vadu (10 cm) ar aligatora klipsi. Kvadrātveida vilnis ar pieauguma laiku 5 ns tika iegūts no Tektronix AFG 3101 ģeneratora.
Rīsi. 5.7. 10 MHz kvadrātveida viļņu viļņu formas, izmantojot 200 MHz Tektronix TDS 2024B osciloskopu ar P2200 zondēm ar 1/10 (augšējā viļņa forma) un 1/1 (apakšējā viļņu forma) dalījuma attiecību.
Ir viegli pamanīt, ka abos gadījumos novērotā signāla oscilogrammas (un AFG 3101 ģeneratoriem ar frekvenci 10 MHz tas ir tuvu ideālam un ar gludām virsotnēm bez “zvana” piezīmes) ir ļoti izkropļotas. Tomēr izkropļojuma raksturs ir atšķirīgs. Ar dalītāja pozīciju 1/10 signāla forma ir tuvu meanderam un tai ir īslaicīgas frontes, bet to izkropļo slāpētās svārstības, kas rodas gara zemējuma vada induktivitātes dēļ - att. 8. Un 1/1 dalītāja pozīcijā slāpētās svārstības pazuda, bet bija skaidri manāms ievērojams zondes-osciloskopa sistēmas laika konstantes pieaugums. Rezultātā līkuma vietā tiek novēroti zāģa zoba impulsi ar eksponenciālu kāpumu un kritumu.
Rīsi. 5.8. Shēma zondes savienošanai ar RL slodzi
Zondes ar iebūvētu korekciju jāizmanto stingri paredzētajam mērķim, ņemot vērā spēcīgo frekvenču raksturlielumu atšķirību dažādās sprieguma dalītāja pozīcijās.
Zondes parametru uzskaite
Attēlā mēs piedāvājam tipiskus ķēdes datus. 5.8: signāla avota iekšējā pretestība Ri=50 Ohm, slodzes pretestība RL>>Ri, zondes ieejas pretestība RP=10 MOhm, zondes ieejas kapacitāte CP=15 pF. Ar šādiem shēmas elementu datiem tas deģenerējas virknē oscilācijas ķēdē, kas satur pretestību R≈Ri, zemējuma vada induktivitāti L≈LG (apmēram 100-120 nH) un kapacitāti C≈CP.
Ja šādas ķēdes ieejai tiek piemērots ideāls sprieguma kritums E, tad sprieguma atkarība no laika pie C (un osciloskopa ieejas) izskatīsies šādi:
(5.5)
Aprēķini liecina, ka šai atkarībai var būt ievērojams pārsniegums lielajā L un mazajā R, kas ir novērots augšējā oscilogrammā attēlā. 5.7. Pie α/δ=1 šis pārspriegums nav lielāks par 4% no starpības amplitūdas, kas ir pilnīgi apmierinošs rādītājs. Lai to izdarītu, vērtība L=LG ir jāizvēlas vienāda ar:
Piemēram, ja C = 15 pF un R = 50 omi, tad L = 19 nH. Lai samazinātu L līdz šādai vērtībai (no parastās kārtas 100-120 nH 10 cm garam zemējuma vadam), ir nepieciešams saīsināt zemējuma (iespējams, signāla) vadu līdz garumam, kas mazāks par 2 cm. , noņemiet sprauslu no zondes galvas un pārtrauciet izmantot standarta zemējuma vadus. Zondes sākums šajā gadījumā tiks attēlots ar kontakta adatu un cilindrisku zemējuma sloksni (5.9. att.) ar zemu induktivitāti.
Rīsi. 5.9. Zondes galva ar noņemtu galu (pa kreisi) un adapteri koaksiālajam savienotājam (pa labi)
Zvanošanas apkarošanai izmantoto pasākumu efektivitāte ir parādīta attēlā. 5.10. Tas parāda 10 MHz kvadrātveida viļņu formas, kad zonde ir ieslēgta normāli un kad zonde ir ieslēgta ar noņemtu galu un bez garā zemējuma vada. Ir skaidri redzama gandrīz pilnīga acīmredzamu slāpētu svārstību procesu likvidēšana apakšējā oscilogrammā. Nelielas svārstības augšpusē ir saistītas ar viļņu procesiem savienojošajā koaksiālajā kabelī, kas šādās zondēs darbojas bez saskaņošanas izejā, kas rada signāla atstarojumus.
Rīsi. 5.10. 10 MHz kvadrātveida viļņa oscilogrammas, kad zonde ir normāli ieslēgta (augšējā viļņa forma) un ieslēgta ar noņemtu sprauslu un bez gara zemējuma vada (apakšējā viļņa forma)
Lai iegūtu oscilogrammas ar ārkārtīgi īsu kāpuma laiku un zvana signālu, jāveic pasākumi, lai samazinātu izmērītās ķēdes induktivitāti: jānoņem zondes uzgalis un jāpievieno zonde, izmantojot adatu un cilindrisku zemējuma ieliktni. Jāveic visi iespējamie pasākumi, lai samazinātu ķēdes induktivitāti, kurā tiek novērots signāls.
Svarīgi zondes-osciloskopa sistēmas parametri ir sistēmas pieauguma laiks (pie 0,1 un 0,9 līmeņiem) un joslas platums vai maksimālā frekvence (pie 3 dB jutības pieauguma līmeņa). Ja izmantojam zināmo ķēdes rezonanses frekvences vērtību
, (5.7)
tad mēs varam izteikt R vērtību caur ķēdes rezonanses frekvenci, kas nosaka novirzes sistēmas ceļa ierobežojošo frekvenci:
. (5.8)
Ir viegli pierādīt, ka laiks, kad spriegums u(t) sasniedz krituma amplitūdas vērtību E, būs vienāds ar:
. (5.10)
Šo vērtību parasti uzskata par zondes nostādināšanas laiku ar optimālu pārejošu reakciju. Osciloskopa ar zondi kopējo pieauguma laiku var aprēķināt šādi:
, (5.11)
kur tosc ir osciloskopa pieauguma laiks (kad signāls tiek pievadīts tieši uz attiecīgā kanāla ieeju). Augšējā robežfrekvence fmax (kas ir arī frekvenču josla) ir definēta kā
. (5.12).
Piemēram, osciloskopam ar t0=1 ns ir fmax=350 MHz. Dažreiz reizinātājs 0,35 tiek palielināts līdz 0,4-0,45, jo daudzu mūsdienu osciloskopu frekvences reakcija ar fmax>1 GHz atšķiras no Gausa, ko raksturo reizinātājs 0,35.
Neaizmirstiet par vēl vienu svarīgu zondes parametru - signāla aiztures laiku tз. Šo laiku, pirmkārt, nosaka lineārais aizkaves laiks (uz 1 m kabeļa garuma) un kabeļa garums. Parasti tas svārstās no vienībām līdz desmitiem ns. Lai kavēšanās neietekmētu oscilogrammu relatīvo stāvokli daudzkanālu osciloskopa ekrānā, visos kanālos jāizmanto viena veida zondes ar vienāda garuma kabeļiem.
Zondes savienošana ar signāla avotiem
Zondes pievienošanu vēlamajiem pētāmo ierīču punktiem var veikt, izmantojot dažādus uzgaļus, sprauslas, āķus un “mikrokrokodilus”, kas bieži vien ir iekļauti zondes piederumu komplektā. Tomēr visbiežāk visprecīzākie mērījumi tiek veikti, savienojot, izmantojot primāro zondes adatu - skatīt att. 5.11 vai divas adatas. Izstrādājot augstfrekvences un impulsu ierīces uz iespiedshēmas plates, šim nolūkam ir paredzēti speciāli kontaktu paliktņi vai metalizēti caurumi.
Rīsi. 5.11. Zondes pievienošana pārbaudāmās ierīces iespiedshēmas plates kontaktu paliktņiem
Mūsdienās īpaši svarīgi ir savienot zondes ar miniatūras iespiedshēmas plates, hibrīda un monolītu integrālo shēmu kontaktu paliktņiem)