Осциллограф из компьютера своими руками

В наличии осциллографы-приставки для подключения к стационарному компьютеру или ноутбуку. Цифровой USB осциллограф с приставкой можно заказать на сайте магазина с доставкой в любой город по России. Низкие цены, наличие осциллографов в наличии!

Схема приставки

Согласитесь, что схема невероятна проста и не потребует много времени для её сборки. Это делитель – ограничитель, который защитит звуковую карту вашего компьютера от опасного напряжения, которое вы можете случайно падать на вход. Делитель может быть на 1, на 10 и на 100. Переменным резистором регулируется чувствительность всей схемы. Подключается приставка к линейному входу звуковой карты ПК.

Больше, чем просто осциллограф

Современные лабораторные цифровые осциллографы обладают непревзойденными возможностями для исследования параметров электрических сигналов. Подобные приборы встречаются во многих промышленных мастерских, однако стоят достаточно дорого и занимают значительное место на рабочем столе. Появление нового технологического решения, воплощенного в жизнь в виде USB-приставки позволило значительно снизить стоимость таких устройств и сделать их более доступными для радиолюбителей – разработчиков, осуществляющих ремонт электронных приборов самостоятельно. Такие приборы по производительности практически не уступают своим настольным собратьям.

USB модели миниатюрны и не требует дополнительных источников питания. Они используют экран монитора как собственный дисплей, и позволяют наблюдать высококачественные осциллограммы с высоким разрешением без искажений. С помощью высокоскоростного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) входной сигнал преобразуется в цифровой и передается на ПК для последующей обработки. Все полученные данные можно сохранить на жесткий диск. Приборы комплектуются профессиональным программным обеспечением с наглядным пользовательским интерфейсом, с помощью которого можно управлять прибором с клавиатуры или посредством мыши.

Для полного анализа неисправностей электронных схем обычно необходимо использовать несколько устройств: логический анализатор, анализатор спектра, самописец, DDS генератор. Некоторые юсб модели содержат в себе набор функций, присущий всем перечисленным выше измерительным приборам, поэтому приобретение такого устройства значительно облегчит Вам жизнь и позволит сэкономить средства. Одной из популярных моделей в данном сегменте выступает Instrustar isds205a – двухканальный осциллограф со встроенным регистратором данных и спектроанализатором.

В ассортименте нашего интернет-магазина представлены USB осциллографы Hantek и осциллографы Instrustar – ведущих мировых производителей. Купить USB осциллограф Вы можете прямо сейчас у нас на сайте. Наши специалисты помогут Вам определиться с выбором подходящей модели и проконсультируют по любому интересующему Вас вопросу.

Купите USB осциллограф и доставим его Вам в любой город России, в том числе в города: Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск, Екатеринбург, Воронеж, Владивосток, Краснодар, Брянск, Ростов-на-Дону, Нижний Новгород, Челябинск, Казань, Красноярск, Омск, Самара, Волгоград, Барнаул и другие. Мы отправляем EMS, почтой России, СДЭК, Деловыми линиями и другими транспортными компаниями. Оплата при получении.

Шаг 1: Используем контроллер Arduino Uno

В интернет-магазинах контроллер Arduino Uno стоит в пределах 20 долларов.

Близкие темы.

Как изготовить кабель-щуп для низкочастотного виртуального осциллографа?

Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты?

Как припаять штекер к экранированному кабелю.

Оглавление.

1. О виртуальных осциллоскопах.
2. Технические данные и область применения.
3. Электрическая схема аппаратной части осциллографа.
4. Защита от «дурака».
5. Как измерить выходное сопротивление линейного выхода?
6. Как измерить входное сопротивление линейного входа?
7. Как рассчитать делитель напряжения (аттенюатор)?
8. Как подобрать или подогнать резисторы делителя напряжения?
9. Конструкция и детали.
10. Как откалибровать виртуальный осциллограф?
11. Как выровнять амплитудно-частотную характеристику адаптера?
12. Что делать, если нет тестера? Или опасные опыты.
13. Дополнительные материалы.

О виртуальных осциллоскопах.

Когда-то у меня была идея фикс: продать аналоговый осциллограф и купить ему на замену цифровой USB осциллоскоп. Но, прошвырнувшись по рынку, обнаружил, что самые бюджетные осциллографы «начинаются» от 250 долларов, да и отзывы о них не очень хорошие. Более же серьёзные приборы стоят в несколько раз дороже.

Так что, решил я ограничиться аналоговым осциллографом, а для построения какой-нибудь эпюры для сайта, использовать виртуальный осциллограф.

Скачал из сети несколько программных осциллографов и попытался что-нибудь померить, но ничего путного из этого не вышло, так как, либо не удавалось откалибровать прибор, либо интерфейс не годился для скриншотов.

Было, уже забросил это дело, но когда подыскивал себе программу для снятия АЧХ, наткнулся на комплект программ «AudioTester». Анализатор из этого комплекта мне не понравился, а вот осциллограф «Osсi» (далее буду его называть «AudioTester») оказался в самый раз.

Этот прибор имеет интерфейс схожий с обычным аналоговым осциллографом, а на экране есть стандартная сетка, которая позволяет измерять амплитуду и длительность. https://oldoctober.com/

Из недостатков можно назвать некоторую нестабильность работы. Программа иногда подвисает и для того, чтобы её сбросить приходится прибегать к помощи Task Manager-а. Но, всё это компенсируется привычным интерфейсом, удобством использования и некоторыми очень полезными функциями, которые я не встречал ни в одной другой программе подобного типа.

Внимание! В комплекте программ «AudioTester» есть генератор низкой частоты. Я не рекомендую его использовать, так как он пытается самостоятельно управлять драйвером аудиокарты, что может привести к необратимому отключению звука. Если Вы решите его использовать позаботьтесь о точке восстановления или о бэкапе ОС. Но, лучше скачайте нормальный генератор из «Дополнительных материалов».

Другую интересную программу виртуального осциллографа «Авангард» написал наш соотечественник Записных О.Л.

У этой программы нет привычной измерительной сетки, да и экран слишком большой для снятия скриншотов, но зато есть встроенный вольтметр амплитудных значений и частотомер, что частично компенсирует указанный выше недостаток.

Частично потому, что на малых уровнях сигнала и вольтметр и частотомер начинают сильно привирать.

Однако для начинающего радиолюбителя, который не привык воспринимать эпюры в Вольтах и миллисекундах на деление, этот осциллограф может вполне сгодиться. Другое полезное свойство осциллографа «Авангард» – возможность независимой калибровки двух имеющихся шкал встроенного вольтметра.

Так что, я расскажу о том, как построить измерительный осциллограф на базе программ «AudioTester» и «Авангард». Конечно, кроме этих программ понадобится и любая встроенная или отдельная, самая бюджетная аудиокарта.

Собственно, все работы сводятся к тому, чтобы изготовить делитель напряжения (аттенюатор), который позволил бы охватить широкий диапазон измеряемых напряжений. Другая функция предлагаемого адаптера – защита входа аудиокарты от повреждения при попадании на вход высокого напряжения.

Вернуться наверх к меню.

Собираем приставку

Можно взять бокс от батареек как я или другой пластиковый корпус.

Шаг 4: Скачиваем программу Oscilloscope

Загрузите и распакуйте программу. Выберите файл для вашей операционной системы:

• windows 32
• windows 64
• linux 32
• linux 64

Запустите exe-файл (например, Windows 64 => oscilloscope_4ch.exe).

Важно: не удаляйте папку «lib» из директории с программой.

На компьютере должна быть установлена программа «Java» не ниже 8-й версии.

Шаг 5: Если oscilloscope_4ch.exe не работает…

Если, по какой-либо причине программа oscilloscope_4ch.exe не работает, выполните следующее:

1. Установите утилиту Processing IDE.
2. Загрузите и разархивируйте скетч Processing source oscilloscope program.
3. Запустите утилиту «Processing IDE» и откройте в ней скетч «oscilloscope_4ch.pde».
4. Запустите программу, нажав на значок с треугольником (см. фото).

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 мм2 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. Скачать архив 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.

Шаг 7: Соединяем выход (~10) со входом (A0), а выход (~9) со входом (A1)

С помощью проводов, подключите цифровой выход 10 контроллера Arduino к его аналоговому входу A0, а выход 9 – к входу A1.

На экране появится сигнал, похожий на тот, который показан на фото. Сигналы на цифровых выходах 9 и 10 задаются блоком «Ger.Sinal» программы: на выходе 9 генерируется ШИМ-сигнал частотой 10 Гц (Т = 100 мс) при Ton = 25 %; на выходе 10 – сигнал, равный удвоенному периоду 2Т (200 мс).

Вы можете самостоятельно настроить значения в блоке «Ger.Sinal», перетаскивая ползунок или щелкая по элементу управления.

Шаг 8: Подсказки

1. Поставьте галочку напротив параметра «Trigger» на Ch-0 (красный), чтобы стабилизировать сигнал.
2. Чтобы удалить изображения сигналов Ch-2 и Ch-3, нажмите на заголовки «Ch-2» и «Ch-3».
3. Чтобы наблюдать фигуры Лиссажу, нажмите на заголовок «XYZ».
4. Чтобы определять частоты, поставьте галочку «detectar freq.» (обнаружить частоту).
5. Чтобы измерить напряжение и время / частоту, нажмите «medir» (измерение).
6. Для изменения значения шкалы регулировки, нажмите между вертикальными линиями или перетащите ползунок, обозначенный двумя треугольничками (см. рисунок).
7. Программа имеет гораздо больше настроек. Исследуйте их самостоятельно.

Шаг 11: Анализируем сигнал от пульта дистанционного управления

Вы можете увидеть ИК-сигнал от пульта дистанционного управления с помощью фототранзистора TIL78.

Соберите схему по рисунку и следуйте следующим инструкциям:

1. Установите значение «dt» равным 2 мс или 100 мкс.
2. Включите «Trigger» канала Ch-0.
3. Увеличьте уровень, перетащив ползунок (см. рисунок).
4. Нажмите кнопку «UMA»: осцилограф перейдет в режим ожидания.
5. Нажмите любую кнопку на пульте дистанционного управления, предварительно направив его на фототранзистор.
6. Анализируйте график.

Как выровнять амплитудно-частотную характеристику адаптера?

Линейный вход аудиокарты, да и сами цепи адаптера обладают некоторой входной ёмкостью. Реактивное сопротивление этой ёмкости изменяет коэффициент деления делителя на высоких частотах.

Чтобы выровнять частотную характеристику адаптера в диапазоне 1:1, нужно подобрать ёмкость конденсатора C1 так, чтобы амплитуда сигнала на частоте 50 Гц была равна амплитуде сигнала частотой 18-20 кГц.

Резисторы R2 и R3 снижают влияние входной ёмкости и создают подъём частотной характеристики в области высоких частот. Компенсировать этот подъём можно путём подбора конденсаторов С2 и С3 в соответствующих диапазонах 1:20 и 1:100.

У подобрал следующие ёмкости: C1 – 39pF, C2 – 10nF, C3 – 0,1nF.

Теперь, когда канал Y верикального отклонения осциллографа откалиброван и линеаризован, можно увидеть, как выглядят те или иные периодические, и не только, сигналы. В «AudioTester-e» есть «ждущая синхронизация развёртки».

Вернуться наверх к меню.

Шаг 14: Хотите больше возможностей?

Скачайте полный проект с сайта GitHub.

Посмотрите видео на YouTube.

Дополнительные материалы.

Скачать комплект программ “AudioTester 1.3”, в составе которого есть осциллограф (275кБ).

Скачать комплект программ “AudioTester 2.2”, в составе которого есть осциллограф (4,5мБ).

Скачать портативный программный осциллограф “Авангард” (277кБ).

Скачать программный портативный генератор низкой частоты (345кБ).

Скачать брошюру Осциллограф ваш помощник (821кБ).