Un osciloscop este un dispozitiv care vă ajută să vedeți dinamica oscilațiilor. Cu ajutorul acestuia, puteți diagnostica diverse defecțiuni și puteți obține datele necesare în electronica radio. Anterior, se foloseau osciloscoape bazate pe tuburi tranzistoare. Acestea erau dispozitive foarte voluminoase care erau conectate exclusiv la un ecran încorporat sau special conceput.
Astăzi, instrumentele pentru măsurarea frecvenței de bază, a caracteristicilor de amplitudine și a formelor semnalului sunt dispozitive convenabile, portabile și mai compacte. Ele sunt adesea efectuate ca o consolă separată conectată la un computer. Această manevră vă permite să scoateți monitorul din pachet, reducând semnificativ costul echipamentului.
Puteți vedea cum arată un dispozitiv clasic privind o fotografie a unui osciloscop în orice motor de căutare. De asemenea, puteți monta acest dispozitiv acasă folosind componente radio și carcase ieftine de la alte echipamente pentru un aspect mai prezentabil.
Cum pot obține un osciloscop?
Echipamentele pot fi obținute în mai multe moduri și totul depinde doar de suma de bani care poate fi cheltuită pentru achiziționarea de echipamente sau piese.
- Cumpărați un dispozitiv gata făcut într-un magazin specializat sau comandați-l online;
- Cumpărați un set de construcție, de exemplu, seturi de componente și carcase radio, care sunt vândute pe site-urile web chineze, sunt acum foarte populare;
- Asamblați independent un dispozitiv portabil cu drepturi depline;
- Montați numai atașamentul și sonda și organizați conexiunea la un computer personal.
Aceste opțiuni sunt listate în ordinea costurilor hardware mai mici. Achiziționarea unui osciloscop gata făcut va costa cel mai mult, deoarece este o unitate deja livrată și funcțională, cu toate funcțiile și setările necesare, iar în caz de funcționare incorectă, puteți contacta centrul de vânzări.
Designerul include un circuit pentru un osciloscop simplu bricolaj, iar prețul este redus prin plata doar a costului componentelor radio. În această categorie, este de asemenea necesar să se facă distincția între modelele mai scumpe și cele mai simple în ceea ce privește configurația și funcționalitatea.
Asamblarea dvs. a dispozitivului conform diagramelor existente și componentelor radio achiziționate în diferite puncte nu poate fi întotdeauna mai ieftină decât achiziționarea unui kit de proiectant, așa că este necesar să evaluați mai întâi costul întreprinderii și justificarea acesteia.
Cea mai ieftină modalitate de a obține un osciloscop este să lipiți doar atașamentul la acesta. Utilizați un monitor de computer pentru ecran, iar programele de captare și transformare a semnalelor primite pot fi descărcate din diverse surse.
Proiectant osciloscop: Model DSO138
Producătorii chinezi au fost întotdeauna renumiți pentru capacitatea lor de a crea electronice pentru nevoi profesionale, cu funcționalități foarte limitate și pentru bani destul de puțini.
Pe de o parte, astfel de dispozitive nu sunt capabile să satisfacă pe deplin o serie de nevoi ale unei persoane implicate în electronica radio pe o bază profesională, dar pentru începătorii și iubitorii de astfel de „jucării” vor fi mai mult decât suficiente.
Unul dintre modelele populare de fabricație chineză de tip osciloscop este considerat a fi DSO138. În primul rând, acest dispozitiv are un cost scăzut și vine cu toate piesele și instrucțiunile necesare, așa că nu ar trebui să existe întrebări despre cum să faci corect un osciloscop cu propriile mâini, folosind documentația inclusă în kit.
Înainte de instalare, trebuie să vă familiarizați cu conținutul pachetului: placă, ecran, sondă, toate componentele radio necesare, instrucțiunile de asamblare și schema de circuit.
Munca este ușurată prin prezența marcajelor corespunzătoare pe aproape toate piesele și pe placa în sine, ceea ce transformă într-adevăr procesul în asamblarea unui set de construcție pentru copii pentru un adult. Diagramele și instrucțiunile arată clar toate datele necesare și le puteți da seama chiar și fără a cunoaște o limbă străină.
Ieșirea ar trebui să fie un dispozitiv cu următoarele caracteristici:
- Tensiune de intrare: DC 9V;
- Tensiune maximă de intrare: 50 Vpp (sondă 1:1)
- Consum de curent 120 mA;
- Lățimea de bandă a semnalului: 0-200KHz;
- Sensibilitate: polarizare electronică cu opțiune de reglare verticală 10mV/div - 5V/Div (1 - 2 - 5);
- Frecvență discretă: 1 Msps;
- Rezistenta de intrare: 1 MOhm;
- Interval de timp: 10 µs / Div - 50s / Div (1 - 2 - 5);
- Precizie de măsurare: 12 biți.
Instrucțiuni pas cu pas pentru asamblarea setului de construcție DSO138
Ar trebui să luați în considerare mai detaliat instrucțiunile detaliate pentru fabricarea unui osciloscop al acestui brand, deoarece alte modele sunt asamblate într-un mod similar.
Este de remarcat faptul că în acest model placa vine imediat cu un microcontroler Cortex™ de 32 de biți lipit pe miezul M3. Acesta operează două intrări de 12 biți cu o caracteristică de 1 μs și funcționează într-un interval de frecvență maxim de până la 72 MHz. Având acest dispozitiv deja instalat, sarcina este oarecum mai ușoară.
Pasul 1. Cel mai convenabil este să începeți instalarea cu componente SMD. Trebuie să țineți cont de regulile atunci când lucrați cu un fier de lipit și o placă: nu supraîncălziți, țineți nu mai mult de 2 secunde, nu conectați diferite părți și piste împreună, utilizați pastă de lipit și lipit.
Pasul 2. Lipiți condensatorii, inductoarele și rezistențele: trebuie să introduceți partea specificată în spațiul prevăzut pentru aceasta pe placă, să tăiați lungimea în exces a piciorului și să o lipiți pe placă. Principalul lucru este să nu confundați polaritatea condensatoarelor și să nu închideți pistele adiacente cu un fier de lipit sau un lipit.
Pasul 3. Montăm părțile rămase: întrerupătoare și conectori, butoane, LED, cuarț. O atenție deosebită trebuie acordată părții diode și tranzistori. Cuarțul are metal în structura sa, așa că trebuie să vă asigurați că nu există un contact direct al suprafeței sale cu șinele plăcii sau să aveți grijă de căptușeala dielectrică.
Pasul 4. Pe placa de afișare sunt lipiți 3 conectori. După finalizarea manipulărilor cu fierul de lipit, trebuie să clătiți placa cu alcool fără produse auxiliare - fără vată, discuri sau șervețele.
Pasul 5. Uscați placa și verificați cât de bine a fost făcută lipirea. Înainte de a conecta ecranul, trebuie să lipiți doi jumperi la placă. Știfturile mușcate existente ale pieselor vor fi utile pentru aceasta.
Pasul 6. Pentru a verifica funcționarea, trebuie să conectați dispozitivul la o rețea cu un curent de 200 mA și o tensiune de 9 V.
Verificarea constă în preluarea indicatorilor din:
- conector 9 V;
- Punctul de testare 3.3 V.
Dacă toți parametrii corespund valorilor necesare, trebuie să deconectați dispozitivul de la sursa de alimentare și să instalați jumperul JP4.
Pasul 7. Trebuie să introduceți un afișaj în cei 3 conectori disponibili. Trebuie să conectați o sondă de osciloscop la intrare și să porniți singur alimentarea.
Rezultatul instalării și asamblarii corecte va fi apariția pe afișaj a numărului său, tipului de firmware, versiunea și site-ul web al dezvoltatorului. După câteva secunde, veți putea vedea undele sinusoidale și o scară atunci când sonda este oprită.
Consola de calculator
La asamblarea acestui dispozitiv simplu, veți avea nevoie de un număr minim de piese, cunoștințe și abilități. Schema circuitului este foarte simplă, cu excepția faptului că va trebui să faceți singur placa pentru a asambla dispozitivul.
Dimensiunea atașamentului pentru un osciloscop de tip bricolaj va fi aproximativ de dimensiunea unei cutii de chibrituri sau puțin mai mare, așa că cel mai bine este să folosiți un recipient de plastic sau o cutie de baterii de această dimensiune.
După ce ați plasat dispozitivul asamblat cu ieșiri gata făcute în el, puteți începe să organizați munca cu un monitor de computer. Pentru a face acest lucru, descărcați programele Osciloscope și Soundcard Oscilloscope. Puteți să le testați munca și să o alegeți pe cea care vă place cel mai mult.
De asemenea, microfonul conectat va putea transmite unde sonore către oscilatorul conectat, iar programul va reflecta modificările. Acest set-top box este conectat la un microfon sau o intrare de linie și nu necesită drivere suplimentare.
Fotografii DIY cu osciloscop
Este dificil pentru orice radioamator să-și imagineze laboratorul fără un instrument de măsură atât de important ca un osciloscop. Și, într-adevăr, fără un instrument special care vă permite să analizați și să măsurați semnalele care acționează în circuit, repararea celor mai multe dispozitive electronice moderne este imposibilă.
Pe de altă parte, costul acestor dispozitive depășește adesea capacitățile bugetare ale consumatorului mediu, ceea ce îl obligă să caute opțiuni alternative sau să facă un osciloscop cu propriile mâini.
Opțiuni pentru rezolvarea problemei
Puteți evita achiziționarea de produse electronice scumpe în următoarele cazuri:
- Utilizarea unei plăci de sunet (SC) încorporată într-un computer sau laptop în aceste scopuri;
- Realizarea unui osciloscop USB cu propriile mâini;
- Rafinamentul unei tablete obișnuite.
Fiecare dintre opțiunile enumerate mai sus, care vă permit să faceți un osciloscop cu propriile mâini, nu este întotdeauna aplicabilă. Pentru a lucra pe deplin cu atașamente și module auto-asamblate, trebuie îndeplinite următoarele cerințe preliminare:
- Admisibilitatea anumitor restricții asupra semnalelor măsurate (prin frecvența acestora, de exemplu);
- Experiență în manipularea circuitelor electronice complexe;
- Posibilitate de modificare a tabletei.
Astfel, un osciloscop de pe o placă de sunet, în special, nu permite măsurarea proceselor oscilatorii cu frecvențe în afara domeniului său de funcționare (20 Hz-20 kHz). Și pentru a realiza un set-top box USB pentru un computer, veți avea nevoie de ceva experiență în asamblarea și configurarea dispozitivelor electronice complexe (ca atunci când vă conectați la o tabletă obișnuită).
Notă! Opțiunea în care este posibil să se realizeze un osciloscop de pe un laptop sau tabletă folosind cea mai simplă abordare se reduce la primul caz, care implică utilizarea unui întrerupător de circuit încorporat.
Să ne uităm la modul în care fiecare dintre metodele de mai sus este implementată în practică.
Utilizarea PO
Pentru a implementa această metodă de obținere a unei imagini, va trebui să realizați un atașament de dimensiuni mici, format din doar câteva componente electronice accesibile tuturor. Diagrama acestuia poate fi găsită în imaginea de mai jos.
Scopul principal al unui astfel de lanț electronic este de a asigura intrarea în siguranță a semnalului extern studiat la intrarea plăcii de sunet încorporate, care are „propriul” convertor analog-digital (ADC). Diodele semiconductoare utilizate în acesta garantează că amplitudinea semnalului este limitată la un nivel de cel mult 2 volți, iar un divizor format din rezistențe conectate în serie permite furnizarea tensiunilor cu valori mari de amplitudine la intrare.
Un fir cu o mufă de 3,5 mm la capătul de împerechere este lipit de placă cu rezistențe și diode pe partea de ieșire, care este introdusă în priza întreruptorului numită „Intrare liniară”. Semnalul studiat este furnizat la bornele de intrare.
Important! Lungimea cablului de conectare trebuie să fie cât mai scurtă posibil pentru a asigura o distorsiune minimă a semnalului la niveluri măsurate foarte scăzute. Se recomandă utilizarea unui fir cu două fire într-o împletitură de cupru (ecran) ca atare conector.
Deși frecvențele trecute de un astfel de limitator sunt în domeniul de frecvență joasă, această precauție ajută la îmbunătățirea calității transmisiei.
Program pentru obținerea oscilogramelor
Pe lângă echipamentul tehnic, înainte de a începe măsurătorile, trebuie să pregătiți software-ul corespunzător. Aceasta înseamnă că trebuie să instalați pe PC unul dintre utilitarele concepute special pentru obținerea unei imagini de oscilogramă.
Astfel, în doar o oră sau puțin mai mult este posibil să se creeze condiții pentru studierea și analiza semnalelor electrice folosind un PC staționar (laptop).
Finalizarea tabletei
Folosind harta încorporată
Pentru a adapta o tabletă obișnuită pentru înregistrarea oscilogramelor, puteți utiliza metoda descrisă anterior de conectare la o interfață audio. În acest caz, sunt posibile anumite dificultăți, deoarece tableta nu are o intrare de linie discretă pentru un microfon.
Această problemă poate fi rezolvată după cum urmează:
- Trebuie să luați o cască de pe telefon, care ar trebui să aibă un microfon încorporat;
- Apoi ar trebui să clarificați cablarea (pinout) a bornelor de intrare de pe tableta utilizată pentru conectare și să o comparați cu contactele corespunzătoare de pe mufa căștii;
- Dacă se potrivesc, puteți conecta în siguranță sursa de semnal în loc de microfon, folosind atașamentul discutat anterior pe diode și rezistențe;
- În fine, nu mai rămâne decât să instalezi pe tabletă un program special care să poată analiza semnalul la intrarea microfonului și să-și afișeze graficul pe ecran.
Avantajele acestei metode de conectare la un computer sunt ușurința de implementare și costul redus. Dezavantajele sale includ gama redusă de frecvențe măsurate, precum și lipsa unei garanții 100% de siguranță pentru tabletă.
Aceste neajunsuri pot fi depășite prin utilizarea unor set-top box-uri electronice speciale conectate printr-un modul Bluetooth sau printr-un canal Wi-Fi.
Atașament de casă pentru modul Bluetooth
Conexiunea prin Bluetooth se realizează folosind un gadget separat, care este un set-top box cu un microcontroler ADC încorporat. Prin utilizarea unui canal independent de procesare a informațiilor, este posibilă extinderea lățimii de bandă a frecvențelor transmise la 1 MHz; în acest caz, valoarea semnalului de intrare poate ajunge la 10 volți.
Informații suplimentare. Raza de acțiune a unui astfel de atașament auto-realizat poate ajunge la 10 metri.
Cu toate acestea, nu toată lumea este capabilă să asambleze un astfel de dispozitiv convertor acasă, ceea ce limitează în mod semnificativ gama de utilizatori. Pentru oricine nu este pregătit să producă un set-top box pe cont propriu, există o opțiune de a achiziționa un produs finit, care este disponibil pentru vânzare gratuită din 2010.
Caracteristicile de mai sus se potrivesc unui mecanic la domiciliu care repară echipamente de joasă frecvență nu foarte complexe. Pentru operațiuni de reparații care necesită mai multă muncă, pot fi necesare convertoare profesionale cu o lățime de bandă de până la 100 MHz. Aceste capabilități pot fi furnizate de un canal Wi-Fi, deoarece viteza protocolului de schimb de date în acest caz este incomparabil mai mare decât în Bluetooth.
Osciloscoape set-top cu transmisie de date prin Wi-Fi
Opțiunea de transmitere a datelor digitale folosind acest protocol mărește semnificativ randamentul dispozitivului de măsurare. Set-top box-urile care funcționează pe acest principiu și sunt vândute gratuit nu sunt inferioare ca caracteristici față de unele exemple de osciloscoape clasice. Cu toate acestea, costul lor este departe de a fi considerat acceptabil pentru utilizatorii cu venituri medii.
În concluzie, observăm că ținând cont de limitările de mai sus, opțiunea de conectare Wi-Fi este potrivită și doar pentru un număr limitat de utilizatori. Pentru cei care decid să renunțe la această metodă, vă sfătuim să încercați să asamblați un osciloscop digital care să ofere aceleași caracteristici, dar prin conectarea la o intrare USB.
Această opțiune este, de asemenea, foarte dificil de implementat, așa că pentru cei care nu sunt complet încrezători în abilitățile lor, ar fi mai înțelept să achiziționeze un set-top box USB gata făcut, care este disponibil comercial.
Video
Un osciloscop este un dispozitiv portabil conceput pentru testarea microcircuitelor. În plus, multe modele sunt potrivite pentru controlul industrial și pot fi utilizate pentru o varietate de măsurători. Nu puteți face un osciloscop cu propriile mâini fără o diodă zener, care este elementul său principal. Această componentă este instalată în dispozitive de putere variabilă.
În plus, în funcție de modificare, dispozitivele pot include condensatoare, rezistențe și diode. Principalii parametri ai modelului includ numărul de canale. În funcție de acest indicator, lățimea de bandă maximă se modifică. De asemenea, atunci când asamblați un osciloscop, ar trebui să luați în considerare rata de eșantionare și adâncimea memoriei. Pentru a analiza datele primite, dispozitivul este conectat la un computer personal.
Circuitul unui osciloscop simplu
Circuitul unui osciloscop simplu include o diodă zener de 5 V. Debitul său depinde de tipurile de rezistențe care sunt instalate pe cip. Pentru a crește amplitudinea oscilațiilor, se folosesc condensatoare. Puteți face o sondă pentru un osciloscop cu propriile mâini de la orice conductor. În acest caz, portul este selectat separat în magazin. Rezistoarele din primul grup trebuie să reziste la o rezistență minimă în circuit de 2 ohmi. În acest caz, elementele celui de-al doilea grup ar trebui să fie mai puternice. De asemenea, trebuie remarcat faptul că există diode pe circuit. În unele cazuri formează punți.
Model cu un singur canal
Puteți face un osciloscop digital cu un singur canal cu propriile mâini numai folosind o diodă zener de 5 V. Mai mult, modificări mai puternice sunt inacceptabile în acest caz. Acest lucru se datorează faptului că o tensiune maximă crescută în circuit duce la o creștere a frecvenței de eșantionare. Ca urmare, rezistențele din dispozitiv eșuează. Condensatorii pentru sistem sunt selectați numai de tip capacitiv.
Rezistența minimă a rezistenței trebuie să fie de 4 ohmi. Dacă luăm în considerare elementele celui de-al doilea grup, atunci parametrul de transmisie în acest caz ar trebui să fie de 10 Hz. Pentru a-l crește la nivelul dorit, se folosesc diverse tipuri de regulatoare. Unii experți recomandă utilizarea rezistențelor ortogonale pentru osciloscoapele cu un singur canal.
În acest caz, trebuie remarcat faptul că acestea cresc rata de eșantionare destul de repede. Cu toate acestea, există încă aspecte negative într-o astfel de situație și ar trebui luate în considerare. În primul rând, este important de remarcat excitația ascuțită a vibrațiilor. Ca urmare, asimetria semnalului crește. În plus, există probleme cu sensibilitatea dispozitivului. În cele din urmă, acuratețea citirilor poate să nu fie cea mai bună.
Dispozitive cu două canale
Realizarea unui osciloscop cu două canale cu propriile mâini (diagrama este prezentată mai jos) este destul de dificilă. În primul rând, trebuie remarcat faptul că diodele zener în acest caz sunt potrivite atât pentru 5 V, cât și pentru 10 V. În acest caz, condensatorii pentru sistem trebuie să fie utilizați numai de tip închis.
Din acest motiv, lățimea de bandă a dispozitivului poate crește la 9 Hz. Rezistoarele pentru model sunt de obicei folosite de tip ortogonal. În acest caz, ele stabilizează procesul de transmitere a semnalului. Pentru a îndeplini funcții de adăugare, microcircuitele sunt selectate în principal din seria MMK20. Puteți face un divizor pentru un osciloscop cu propriile mâini dintr-un modulator obișnuit. Nu este deosebit de dificil.
Modificări multicanal
Pentru a asambla un osciloscop USB cu propriile mâini (diagrama este prezentată mai jos), veți avea nevoie de o diodă Zener destul de puternică. Problema în acest caz este creșterea debitului circuitului. În unele situații, funcționarea rezistențelor poate fi întreruptă din cauza unei modificări a frecvenței de limitare. Pentru a rezolva această problemă, mulți folosesc divizoare auxiliare. Aceste dispozitive ajută foarte mult la creșterea limitei tensiunii de prag.
Puteți face un divizor folosind un modulator. Condensatorii din sistem trebuie instalați numai lângă dioda zener. Pentru a crește lățimea de bandă, se folosesc rezistențe analogice. Parametrul rezistenței negative fluctuează în medie în jurul valorii de 3 ohmi. Intervalul de blocare depinde numai de puterea diodei zener. Dacă frecvența de limitare scade brusc la pornirea dispozitivului, condensatoarele trebuie înlocuite cu altele mai puternice. În acest caz, unii experți recomandă instalarea de punți de diode. Cu toate acestea, este important să înțelegem că sensibilitatea sistemului în această situație se deteriorează semnificativ.
În plus, este necesar să se facă o sondă pentru dispozitiv. Pentru a vă asigura că osciloscopul nu intră în conflict cu un computer personal, este mai indicat să folosiți un microcircuit de tip MMP20. Puteți face o sondă din orice conductor. În cele din urmă, o persoană va trebui să-i cumpere doar un port. Apoi, folosind un fier de lipit, elementele de mai sus pot fi conectate.
Asamblarea unui dispozitiv de 5 V
La 5 V, un atașament pentru osciloscop cu bricolaj se realizează numai folosind un microcircuit de tip MMP20. Este potrivit atât pentru rezistențele obișnuite, cât și pentru cele puternice. Rezistența maximă în circuit ar trebui să fie de 7 ohmi. În acest caz, lățimea de bandă depinde de viteza de transmisie a semnalului. Divizoarele pentru dispozitive pot fi utilizate într-o varietate de tipuri. Astăzi, analogii statici sunt considerați mai des întâlniți. Lățimea de bandă în această situație va fi în jur de 5 Hz. Pentru a-l crește, este necesar să folosiți tetrode.
Acestea sunt selectate în magazin pe baza parametrului de frecvență de limitare. Pentru a crește amplitudinea tensiunii inverse, mulți experți recomandă instalarea numai a rezistențelor cu autoreglare. În acest caz, viteza de transmisie a semnalului va fi destul de mare. La sfârșitul lucrării, trebuie să faceți o sondă pentru a conecta circuitul la un computer personal.
Osciloscoape 10V
Un osciloscop de tip „do-it-yourself” este realizat cu o diodă zener, precum și cu rezistențe de tip închis. Dacă luăm în considerare parametrii dispozitivului, indicatorul de sensibilitate verticală ar trebui să fie la nivelul de 2 mV. În plus, lățimea de bandă trebuie calculată. Pentru a face acest lucru, se ia capacitatea condensatoarelor și se corelează cu rezistența maximă a sistemului. Rezistoarele pentru dispozitiv sunt cele mai potrivite pentru tipul de câmp. Pentru a minimiza frecvența de eșantionare, mulți experți recomandă utilizarea doar a diodelor de 2 V. Datorită acestui fapt, se pot obține viteze mari de transmisie a semnalului. Pentru ca funcția de urmărire să fie efectuată destul de rapid, microcircuitele sunt instalate ca MMP20.
Dacă planificați moduri de stocare și redare, trebuie să utilizați un alt tip. Măsurătorile cursorului nu vor fi disponibile în acest caz. Principala problemă a acestor osciloscoape poate fi considerată o scădere bruscă a frecvenței de limitare. Acest lucru se datorează de obicei expansiunii rapide a datelor. Problema poate fi rezolvată numai cu utilizarea unui separator de înaltă calitate. În același timp, mulți se bazează și pe o diodă zener. Puteți face un divizor folosind un modulator convențional.
Cum se face un model de 15 V?
Asamblarea unui osciloscop cu propriile mâini folosind rezistențe liniare. Pot rezista la o rezistenta maxima de 5 mm. Din acest motiv, nu există prea multă presiune asupra diodei zener. În plus, trebuie avut grijă atunci când alegeți condensatori pentru dispozitiv. În acest scop, este necesară măsurarea tensiunii de prag. Experții folosesc un tester pentru aceasta.
Dacă utilizați rezistențe de reglare pentru un osciloscop, este posibil să întâlniți o sensibilitate verticală crescută. Astfel, datele obținute în urma testării pot fi incorecte. Având în vedere toate cele de mai sus, este necesar să se utilizeze numai analogi liniari. În plus, trebuie avut grijă să instalați portul, care este conectat la microcircuit printr-o sondă. În acest caz, este mai convenabil să instalați divizorul prin autobuz. Pentru a preveni ca amplitudinea oscilației să fie prea mare, mulți recomandă utilizarea diodelor de tip vid.
Folosind rezistențe din seria PPR1
Realizarea unui osciloscop USB cu propriile mâini folosind aceste rezistențe nu este o sarcină ușoară. În acest caz, este necesar în primul rând să se evalueze capacitatea condensatoarelor. Pentru a vă asigura că tensiunea maximă nu depășește 3 V, este important să nu utilizați mai mult de două diode. În plus, ar trebui să vă amintiți parametrul frecvenței nominale. În medie, această cifră este de 3 Hz. Rezistoarele ortogonale nu sunt potrivite în mod unic pentru un astfel de osciloscop. Modificările de construcție pot fi făcute numai folosind un separator. La sfârșitul lucrării, trebuie să faceți instalarea efectivă a portului.
Modele cu rezistențe PPR3
Puteți face un osciloscop USB cu propriile mâini folosind numai condensatori de rețea. Particularitatea lor este că nivelul rezistenței negative din circuit poate ajunge la 4 ohmi. O mare varietate de microcircuite sunt potrivite pentru astfel de osciloscoape. Dacă luăm versiunea standard a tipului MMP20, atunci este necesar să furnizăm cel puțin trei condensatoare în sistem.
În plus, este important să acordați atenție densității diodelor. În unele cazuri, acest lucru afectează lățimea de bandă. Pentru a stabiliza procesul de divizare, experții recomandă verificarea cu atenție a conductivității rezistențelor înainte de a porni dispozitivul. În cele din urmă, regulatorul este conectat direct la sistem.
Dispozitive cu suprimare a vibrațiilor
Osciloscoapele cu o unitate de suprimare a oscilațiilor sunt folosite destul de rar în zilele noastre. Sunt cele mai potrivite pentru testarea aparatelor electrice. În plus, trebuie remarcată sensibilitatea lor verticală ridicată. În acest caz, parametrul de frecvență limită din circuit nu trebuie să depășească 4 Hz. Din acest motiv, dioda zener nu se supraîncălzește semnificativ în timpul funcționării.
Puteți face singur un osciloscop folosind un microcircuit de tip grilă. În acest caz, este necesar să se decidă tipurile de diode de la început. Mulți oameni în această situație sfătuiesc să folosească numai tipuri analogice. Cu toate acestea, în acest caz, viteza de transmisie a semnalului poate fi redusă semnificativ.
Indiferent de clasa de dispozitive, pentru a analiza anumite semnale, este necesară aducerea semnalelor în studiu la intrările dispozitivelor. Foarte rar este posibil să se aducă sursele lor foarte aproape de intrările osciloscoapelor și analizoarelor. Ele sunt adesea situate la o distanță de o fracțiune de metru până la câțiva metri. Aceasta înseamnă că sunt necesare dispozitive speciale de potrivire, conectate între sursele de semnal și intrările osciloscopului și analizoarelor.
De obicei, sondele sunt utilizate în următoarele scopuri importante:
- conectarea la distanță a osciloscopului la obiectul de studiu;
- reducerea sensibilității canalelor de deviere verticale (uneori orizontale) și studierea semnalelor de nivel înalt (sonde pasive);
- decuplarea circuitelor de măsurare de la unitățile de osciloscop (sonde optice);
- atenuare ridicată a semnalului și cercetare a semnalului în circuite de înaltă tensiune (sonde de înaltă tensiune);
- creșterea rezistenței de intrare și scăderea capacității de intrare (divizoare compensate și sonde repetoare);
- corectarea răspunsului amplitudine-frecvență a sistemului sondă-osciloscop;
- obtinerea de oscilograme curente (sonde de curent);
- selectarea semnalelor antifază și suprimarea semnalelor de mod comun (sonde diferențiale);
- creșterea sensibilității osciloscoapelor (sonde active);
- scopuri speciale (de exemplu, potrivirea ieșirilor surselor de semnal de bandă largă cu intrarea de 50 ohmi a unui osciloscop).
Este destul de evident că rolul sondelor este foarte important și uneori nu este cu nimic inferior importanței osciloscoapelor și analizoarelor în sine. Dar, adesea, rolul sondelor este subestimat și aceasta este o greșeală gravă pentru utilizatorii începători ai acestor dispozitive. Mai jos sunt principalele tipuri de sonde și alte accesorii pentru osciloscoape, analizoare de spectru, analizoare de semnal și analizoare logice.
Sonde bazate pe divizor compensat
Cel mai simplu și mai lung tip de sonde sunt sondele pasive cu un divizor de tensiune compensat - Fig. 5.1. Divizorul de tensiune este construit pe rezistențele R1 și R2, iar R2 poate fi pur și simplu rezistența de intrare a osciloscopului.
Orez. 5.1. Circuit divizor compensat
Parametrii divizorului DC sunt calculați folosind formulele:
De exemplu, dacă R2 = 1 MOhm și R1 = 9 MOhm, atunci are RВХ = 10 MOhm și KD = 1/10. Astfel, rezistența de intrare este crescută de 10 ori, dar nivelul de tensiune furnizat la intrarea osciloscopului scade și el de 10 ori.
În cazul general (pe curent alternativ) pentru coeficientul de transfer al divizorului, puteți scrie expresia (τ1= R1C1 și τ2= C2R2):
. (5.3)
Astfel, dacă constantele de timp τ1 și τ2 sunt egale, coeficientul de transfer al divizorului încetează să mai depindă de frecvență și este egal cu valoarea sa la curent continuu. Un astfel de divizor se numește compensat. Capacitatea C2 este capacitatea totală a cablului, a montajului și a capacității de intrare a osciloscopului. În practică, pentru a atinge condiția de compensare, capacitatea C1 (sau C2) trebuie ajustată, de exemplu, utilizând un trimmer cu condensator variabil - trimmer (vezi Fig. 5.2.). Reglarea se realizează cu o șurubelniță specială din plastic inclusă în kitul de accesorii pentru sondă. Include diverse sfaturi, adaptoare, autocolante colorate și alte lucruri mici utile.
Orez. 5.2. Design de sondă pasivă standard HP-9250 bazat pe un divizor compensat de frecvență
Când este compensat, nu există nicio distorsiune a pulsului dreptunghiular (meadru), creată de obicei de calibratorul încorporat în osciloscop (vezi Fig. 5.3). Când vârful pulsului scade, se observă o subcompensare, iar când acesta crește, se observă o supracompensare. Natura oscilogramelor este de asemenea prezentată în Fig. 3 (luat cu un osciloscop TDS 2024 cu o sondă P2200). Se recomandă efectuarea compensării cu cea mai mare imagine posibilă a oscilogramei canalului corespunzător.
Orez. 5.3. Oscilogramele calibratorului de osciloscop Tektronix TDS 2024 impulsuri la diferite grade de compensare (de sus în jos): compensare normală, supracompensare și subcompensare
Când lucrați cu un osciloscop multicanal, ar trebui să utilizați sonde individual pentru fiecare canal. Pentru a face acest lucru, acestea trebuie marcate (dacă acest lucru nu a fost deja făcut din fabrică) cu autocolante de diferite culori, corespunzătoare de obicei culorilor liniilor oscilogramei. Dacă nu respectați această regulă, atunci din cauza variației inevitabile a capacităților de intrare ale fiecărui canal, compensarea va fi inexactă.
Pentru un divizor 1:10, rezistorul R1 ar trebui să fie egal cu 9R2. Aceasta înseamnă că capacitatea C1 trebuie să fie de 9 ori mai mică decât capacitatea de intrare C2. Capacitatea de intrare a divizorului este determinată de conexiunea în serie a C1 și C2:
(5.4)
Valoarea aproximativă este valabilă pentru KD»1 și C1«C2. La KD =10, capacitatea de intrare a divizorului este de aproape 10 ori mai mică decât capacitatea de intrare a osciloscopului. Trebuie amintit că C2 include nu numai capacitatea reală de intrare a osciloscopului, dar și capacitatea lui C1 este crescută cu cantitatea capacității de montare. Prin urmare, de fapt, scăderea capacității de intrare a divizorului în comparație cu capacitatea de intrare a osciloscopului nu va fi atât de vizibilă. Cu toate acestea, tocmai acest lucru explică reducerea semnificativă a distorsiunii fronturilor de impuls atunci când se lucrează cu un divizor.
Creșterea componentei active a rezistenței de intrare a divizorului nu este întotdeauna utilă, deoarece duce, de asemenea, la o modificare a sarcinii dispozitivului testat și se obțin rezultate diferite în absența unui divizor și atunci când îl utilizați. Prin urmare, divizoarele sunt adesea proiectate astfel încât impedanța de intrare a osciloscopului să rămână neschimbată atât atunci când se lucrează fără un divizor, cât și când se lucrează cu acesta. În acest caz, divizorul nu crește impedanța de intrare a osciloscopului, dar reduce totuși capacitatea de intrare.
Cresterea nivelului semnalelor studiate
Tensiunea maximă la intrarea osciloscopului este determinată de produsul dintre numărul de diviziuni ale grilei sale de scară cu coeficientul de abatere verticală. De exemplu, dacă numărul de diviziuni ale reticulelor este 10, iar factorul de abatere este de 5 V/div, atunci oscilația totală a tensiunii la intrare este de 50 V. Acest lucru nu este adesea suficient pentru a studia semnale chiar și la niveluri moderat ridicate - peste zeci de volți.
Majoritatea sondelor vă permit să creșteți tensiunea maximă de testare la curent continuu și frecvență joasă de la zeci de V la 500-600 V. Cu toate acestea, la frecvențe înalte, puterea reactivă (și puterea activă eliberată la pierderea rezistenței condensatoarelor sondei) crește brusc și este necesară reducerea tensiunii maxime la intrarea sondei - Fig.5.4. Dacă nu țineți cont de această circumstanță, puteți pur și simplu să ardeți proba!
Orez. 5.4. Dependența tensiunii maxime la intrarea sondei de frecvență
Tensiunea maximă de intrare a sondei nu trebuie niciodată depășită la frecvențe înalte ale semnalului. Acest lucru poate cauza supraîncălzirea și defectarea sondei.
Un tip de sondă pasivă este sonda de înaltă tensiune. Ele au de obicei un raport de divizare de 1/100 sau 1/1000 și o impedanță de intrare de 10 sau 100 MΩ. Rezistoarele de divizare a sondei de putere redusă pot rezista, de obicei, la tensiuni de până la 500-600 V. Prin urmare, în sondele de înaltă tensiune, rezistorul R1 (și condensatorul C1) trebuie să fie realizate folosind componente conectate în serie. Acest lucru mărește dimensiunea capului de măsurare al sondei.
O vedere a sondei de înaltă tensiune Tektronix P6015A este prezentată în Fig. 5.5. Sonda are un corp bine izolat, cu un inel proeminent care împiedică alunecarea degetelor în circuitul a cărui formă de undă de tensiune este înregistrată. Sonda poate fi utilizată la tensiuni de până la 20 kV la DC și până la 40 kV la impulsuri cu ciclu de lucru ridicat. Gama de frecvență a unui osciloscop cu o astfel de sondă este limitată la 75 MHz, ceea ce este mai mult decât suficient pentru măsurători în circuite de înaltă tensiune.
Orez. 5.5. Aspectul sondei de înaltă tensiune Tektronix P6015A
Când lucrați cu sonde de înaltă tensiune, trebuie luate cele mai mari precauții posibile. Mai întâi conectați firul de împământare și abia apoi conectați acul sondei la punctul în care doriți să obțineți o formă de undă de tensiune. Se recomandă să fixați sonda și, în general, să vă îndepărtați mâinile de pe ea atunci când efectuați măsurători.
Sondele de înaltă tensiune sunt disponibile atât pentru osciloscoapele digitale, cât și pentru cele analogice. De exemplu, sonda HV-P30 este disponibilă pentru osciloscoapele analogice cu bandă largă unice din seria ACK7000/8000, cu lățime de bandă de până la 50 MHz, raport de împărțire 1/100, tensiune sinusoidală de 30 kV vârf la vârf și până la 40 kV de vârf. tensiunea impulsului. Impedanță de intrare a sondei 100 MΩ, capacitate de intrare 7 pF, lungime cablu 4 m, conector de ieșire BNC. O altă sondă, HV-P60, are un raport de diviziune de 1/2000 și poate fi utilizată la tensiuni maxime de până la 60 kV pentru undă sinusoidală și până la 80 kV pentru semnal de impuls. Rezistența de intrare a sondei este de 1000 MΩ, capacitatea de intrare este de 5 pF. Seriozitatea acestor produse este demonstrată în mod elocvent de prețul lor ridicat - aproximativ 66.000 și 124.000 de ruble (conform listei de prețuri a companiei Elix).
Sonde cu corecție a răspunsului în frecvență
Sondele pasive sunt adesea folosite pentru a corecta răspunsul în frecvență al osciloscoapelor. Uneori, aceasta este o corecție menită să extindă banda de frecvență, dar mai des se rezolvă problema inversă - îngustarea benzii de frecvență pentru a reduce influența zgomotului la observarea semnalelor de nivel scăzut și eliminarea vârfurilor rapide pe marginile semnalelor pulsate.
Aceste sonde (P2200) sunt incluse cu osciloscoapele comerciale din seria Tektronix TDS 1000B/2000B. Aspectul lor este prezentat în Fig. 5.6.
Principalii parametri ai sondelor sunt prezentați în tabel. 5.1.
Tabelul 5.1. Parametrii de bază ai sondelor pasive P2200
Orez. 5.6. Sondă pasivă P2200 cu filtru trece-jos încorporat în poziția comutatorului divizat 1/10
De la masă 5.1 arată clar că utilizarea unei sonde cu un raport de diviziune de 1/1 este recomandabilă numai atunci când se studiază dispozitivele de joasă frecvență, când o bandă de frecvență de până la 6,5 MHz este suficientă. În toate celelalte cazuri, este recomandabil să lucrați cu sonda la un raport de diviziune de 1/10. În acest caz, capacitatea de intrare este redusă de la 110 pF la aproximativ 15 pF, iar banda de frecvență este extinsă de la 6,5 MHz la 200 MHz. Oscilogramele unei unde pătrate cu o frecvență de 10 MHz, prezentate în Fig. 5.7, ilustrează bine gradul de distorsiune al oscilogramelor la rapoarte de diviziune de 1/10 și 1/1. În ambele cazuri, a fost folosită o conexiune standard de sondă cu un vârf de interblocare și un fir lung de împământare (10 cm) cu o clemă crocodișcă. O undă pătrată cu un timp de creștere de 5 ns a fost obținută de la un generator Tektronix AFG 3101.
Orez. 5.7. Forme de undă pătrată de 10 MHz folosind un osciloscop Tektronix TDS 2024B de 200 MHz cu sonde P2200 la rapoarte de diviziune 1/10 (forma de undă superioară) și 1/1 (forma de undă inferioară).
Este ușor de observat că, în ambele cazuri, oscilogramele semnalului observat (și pentru generatoarele AFG 3101 la o frecvență de 10 MHz este aproape de ideal și are vârfuri netede, fără un indiciu de „sunet”) sunt foarte distorsionate. Cu toate acestea, natura distorsiunii este diferită. Cu o poziție de divizor de 1/10, forma semnalului este aproape de un meandre și are fronturi de scurtă durată, dar este distorsionată de oscilațiile amortizate care apar din cauza inductanței unui fir lung de împământare - Fig. 8. Și în poziția divizor 1/1, oscilațiile amortizate au dispărut, dar o creștere semnificativă a constantei de timp a sistemului sondă-osciloscop a fost clar observată. Drept urmare, în loc de un meandru, se observă pulsuri din dinți de ferăstrău cu creștere și scădere exponențială.
Orez. 5.8. Schema de conectare a sondei la sarcina RL
Sondele cu corecție încorporată trebuie utilizate strict în scopul propus, ținând cont de diferența puternică a caracteristicilor de frecvență la diferite poziții ale divizorului de tensiune.
Contabilizarea parametrilor sondei
Prezentăm datele tipice ale circuitului în Fig. 5.8: rezistența internă a sursei de semnal Ri=50 Ohm, rezistența de sarcină RL>>Ri, rezistența de intrare a sondei RP=10 MOhm, capacitatea de intrare a sondei CP=15 pF. Cu astfel de date ale elementelor de circuit, acesta degenerează într-un circuit oscilator în serie care conține rezistența R≈Ri, inductanța firului de masă L≈LG (aproximativ 100-120 nH) și capacitatea C≈CP.
Dacă la intrarea unui astfel de circuit se aplică o cădere ideală de tensiune E, atunci dependența de timp a tensiunii la C (și intrarea osciloscopului) va arăta astfel:
(5.5)
Calculele arată că această dependență poate avea o depășire semnificativă la L mare și R mic, ceea ce este observat în oscilograma superioară din Fig. 5.7. La α/δ=1, această creștere nu este mai mare de 4% din amplitudinea diferenței, ceea ce este un indicator complet satisfăcător. Pentru a face acest lucru, valoarea L=LG trebuie aleasă egală cu:
De exemplu, dacă C=15 pF și R=50 Ohm, atunci L=19 nH. Pentru a reduce L la o astfel de valoare (de la ordinul tipic de 100-120 nH pentru un fir de împământare de 10 cm lungime), este necesar să scurtați firul de masă (eventual semnal) la o lungime mai mică de 2 cm. Pentru a face acest lucru , scoateți duza din capul sondei și abandonați utilizarea firelor de împământare standard. Începutul sondei în acest caz va fi reprezentat de un ac de contact și o bandă de masă cilindrică (Fig. 5.9) cu inductanță scăzută.
Orez. 5.9. Cap de sondă cu vârful scos (stânga) și adaptor la conectorul coaxial (dreapta)
Eficacitatea măsurilor utilizate pentru combaterea soneriei este ilustrată în Fig. 5.10. Afișează forme de undă ale unei unde pătrate de 10 MHz când sonda este pornită normal și când sonda este pornită cu vârful scos și fără firul lung de împământare. Eliminarea aproape completă a proceselor oscilatorii amortizate evidente pe oscilograma inferioară este clar vizibilă. Mici fluctuații în partea superioară sunt asociate cu procesele de undă în cablul coaxial de conectare, care în astfel de sonde funcționează fără potrivire la ieșire, ceea ce dă naștere la reflexii de semnal.
Orez. 5.10. Oscilograme ale unei unde pătrate de 10 MHz când sonda este pornită în mod normal (forma de undă superioară) și pornită cu duza scoasă și fără un fir lung de împământare (forma de undă inferioară)
Pentru a obține oscilograme cu timpi de creștere și de sonerie extrem de scurti, trebuie luate măsuri pentru a minimiza inductanța circuitului măsurat: îndepărtarea vârfului sondei și conectarea sondei folosind un ac și o inserție de împământare cilindrică. Trebuie luate toate măsurile posibile pentru a reduce inductanța circuitului în care este observat semnalul.
Parametrii importanți ai sistemului sondă-osciloscop sunt timpul de creștere a sistemului (la nivelurile 0,1 și 0,9) și lățimea de bandă sau frecvența maximă (la nivelul de declinare a sensibilității de 3 dB). Dacă folosim valoarea cunoscută a frecvenței de rezonanță a circuitului
, (5.7)
atunci putem exprima valoarea lui R prin frecvența de rezonanță a circuitului, care determină frecvența limită a căii sistemului de deviere:
. (5.8)
Este ușor de demonstrat că timpul în care tensiunea u(t) atinge valoarea E a amplitudinii căderii va fi egal cu:
. (5.10)
Această valoare este de obicei luată ca timp de stabilire a sondei cu răspuns tranzitoriu optim. Timpul total de creștere al unui osciloscop cu o sondă poate fi estimat astfel:
, (5.11)
unde tosc este timpul de creștere al osciloscopului (când un semnal este aplicat direct la intrarea canalului corespunzător). Frecvența limită superioară fmax (care este și banda de frecvență) este definită ca
. (5.12).
De exemplu, un osciloscop cu t0=1 ns are fmax=350 MHz. Uneori, multiplicatorul de 0,35 este crescut la 0,4-0,45, deoarece răspunsul în frecvență al multor osciloscoape moderne cu fmax>1 GHz diferă de Gaussian, care se caracterizează printr-un multiplicator de 0,35.
Nu uitați de un alt parametru important al sondelor - timpul de întârziere a semnalului tз. Acest timp este determinat, în primul rând, de timpul de întârziere liniar (pe 1 m lungime cablu) și lungimea cablului. De obicei variază de la unități la zeci de ns. Pentru a preveni ca întârzierea să afecteze poziția relativă a oscilogramelor pe ecranul unui osciloscop multicanal, trebuie să utilizați sonde de același tip cu cabluri de aceeași lungime pe toate canalele.
Conectarea sondelor la sursele de semnal
Conectarea sondelor la punctele dorite ale dispozitivelor studiate se poate face folosind diferite vârfuri, duze, cârlige și „micro-crocodili”, care sunt adesea incluse în kitul de accesorii pentru sondă. Cu toate acestea, cel mai adesea cele mai precise măsurători se fac atunci când se conectează folosind acul sondei primare - vezi fig. 5.11 sau două ace. Atunci când se dezvoltă dispozitive de înaltă frecvență și impulsuri pe o placă de circuit imprimat, în acest scop sunt prevăzute plăcuțe speciale de contact sau găuri metalizate.
Orez. 5.11. Conectarea sondei la plăcuțele de contact ale plăcii de circuit imprimat a dispozitivului testat
Este deosebit de important în timpul nostru să conectați sondele la plăcuțele de contact ale plăcilor de circuite imprimate miniaturale, circuitelor integrate hibride și monolitice)