Accesorio de osciloscopio de dos canales para PC. Esquema, descripción

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Accesorio de osciloscopio de dos canales para PC. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.

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Se sabe que es muy problemático configurar bien algunos dispositivos sin un osciloscopio. Sin embargo, los osciloscopios son bastante caros, por lo que si tiene una computadora compatible con IBM, es mucho más económico construir un decodificador relativamente simple para ella, como el que se describe en el artículo a continuación.

El accesorio de osciloscopio de dos canales propuesto para una PC está diseñado para observar y estudiar la forma de las señales eléctricas, medir las características de tiempo y amplitud de los procesos eléctricos. El ancho de banda de cada canal es de 0...50 MHz, el factor de desviación del haz es de 0,1...20 V/div., la impedancia de entrada es de 1 MΩ, la capacidad de entrada es de 20 pF, la duración del barrido es de 0,1 ms/ división Requisitos mínimos de PC: 100, VGA, puerto de impresora, MS DOS 386.

En las bandas de alta frecuencia, el dispositivo funciona según el principio estroboscópico, en las bandas de baja frecuencia, en tiempo real. El software permite el funcionamiento en modo analizador de espectro. El número de muestras de la señal que se muestra en la pantalla en el modo normal es 256, en el modo analizador de espectro: 128. El programa usa el puerto LPT1 (ver tabla): el puerto base es 378H. puerto de señal de estado de la impresora (entrada) 379H, puerto de señal de control (salida) 37AH. El programa asume que el estado de los bits del puerto es estándar y corresponde a los estados de las señales en los pines del conector de la impresora [1].

Accesorio de osciloscopio de dos canales para PC

El diagrama esquemático del accesorio se muestra en la fig. una.

(haga clic para agrandar)

Las señales estudiadas a través de los enchufes de entrada XW1 y XW2 se alimentan a divisores resistivos-capacitivos, que consisten en interruptores 1SA2, 2SA2, resistencias 1R1-1R8, 2R1-2R8 y condensadores 1C2-1C9, 2C2-2C9, que determinan el tramo vertical máximo ( los prefijos 1 y 2 aquí y abajo denotan la pertenencia de los elementos a los canales 1 y 2, respectivamente). Los interruptores MOS del microcircuito 1DA1 están conectados a las salidas de los divisores a través de repetidores en los transistores 1VT2, 2VT1 y 2VT2, 1VT1 (dos de sus direcciones se usan en el canal 1, el resto en el canal 2). Las teclas se abren mediante pulsos con una duración de aproximadamente 10 que no provienen del moldeador en el disparador DD1.2, y los condensadores 1C10 y 2C10 se cargan a través de ellos, a los que se conectan las entradas no inversoras del amplificador operacional 1DA2 y 2DA2. conectado. Los voltajes en los capacitores, correspondientes a los voltajes de las señales en el momento de abrir las llaves, son amplificados por el amplificador operacional 10 veces. La duración del pulso de apertura corresponde a la duración mínima del frente de la señal de entrada, que se visualizará sin distorsión, es decir, determina el ancho de banda de las frecuencias pasadas

Un ADC de aproximación dual sucesiva está conectado a las salidas del amplificador operacional. Contiene comparadores 1DA3, 2DA3 y un DAC ensamblados en elementos de microcircuito DD2, DD3 y una matriz R-2R que consta de resistencias R12-R19, R21 - R28. Las salidas de los comparadores se conectan a los pines 13 y 15 del conector de la impresora XP1. Los valores de señal en estos pines corresponden a los bits 3 y 4 del puerto 379H. Las entradas DAC están conectadas a los pines XP2 9-1, por lo que el valor de la señal de salida DAC se puede establecer escribiendo un número de 378 a 0 (dentro de 255...0,5 V) en el puerto 4,5H.

La medición de voltajes en las salidas de los amplificadores operacionales 1DA2 y 2DA2 implementados en el programa por aproximación sucesiva se realiza de la siguiente manera. En primer lugar, se configura el número 378' en el puerto 2H (2,5 V en la salida del DAC) y se comprueba el estado de las salidas del comparador (bit 3 y 4 del puerto 379H). Si el comparador funcionó, se agrega 26 al número especificado, si no, el segundo se resta del primero. Luego se verifica nuevamente el estado de los comparadores, se suma o resta 25. El procedimiento se repite hasta que se suma o resta 2r. Los números resultantes corresponden a los valores de voltaje en las salidas 1DA2 y 2DA2. El divisor R20R29 establece los límites para cambiar el voltaje en la salida del DAC de 0,5 a 4,5 V. Para evitar que el modelador de pulsos se dispare al determinar los voltajes en las salidas del amplificador operacional, se aplica un registro de 1,2 al entrada D del disparador DD0 en este momento escribir en un puerto igual a 2 µs es 2x40 µs.

La sincronización se lleva a cabo en el canal 1 utilizando el comparador DA1, cuya entrada inversora está conectada a través de los condensadores C1 y C2 a la salida del repetidor en los transistores 1VT1 y 1VT2. Para aumentar la inmunidad al ruido, se introducen las resistencias R2 y R3, que configuran el comparador a una histéresis de 20 mV. El nivel de sincronización está regulado por una resistencia variable R4

El tiempo de retardo desde el momento en que se dispara el comparador DA1 hasta el momento en que se abren las teclas del chip 1DA1 se establece por software y hardware en los rangos de alta frecuencia y por software en los de baja frecuencia. En el primer caso, el programa, cuando está listo para recibir el siguiente valor de las señales de entrada, establece y luego elimina la señal "Reset" del disparador DD1.1 (bit 7 del puerto 37A = "1/0", pin 1 del conector de la impresora = '0/1'). El gatillo "amartillado" de esta manera se activa cuando se cambia el comparador DA1 y se cierra el transistor VT3 Como resultado, uno de los condensadores de ajuste de tiempo C2-C8 comienza a cargarse desde la fuente de corriente hecha en los elementos VT9. R7, R21.Cuando el voltaje en él alcanza el valor de voltaje en la salida del DAC, el comparador DA2 se activa e inicia el modelador de pulsos (001.2, R11, C22), que controla las teclas del chip 1DA1. Salidas 2DA0 y 11DA0 .Los valores de voltaje se registran en la memoria, el siguiente valor se establece en el DAC, el gatillo DD379 se "amartilla" nuevamente y el ciclo se repite hasta que se presiona una tecla

En los elementos VT1, R5, R6, VD1, C3, C6, se implementa un nodo para determinar la presencia de sincronización. 1, y después de "armar" el gatillo DD10, el programa espera que se dispare el comparador DA1. De lo contrario, este gatillo se inicia desde el programa configurando secuencialmente las señales "Reset" y "Set" (bits 1, 379 de puerto 1A - "1.1/2", pines 4, 7 del conector de la impresora = "37/10").

Los valores de 0 a 255 se establecen mediante programación en la salida DAC, respectivamente, el retraso desde el momento de la sincronización hasta el momento de abrir las teclas cambia del valor mínimo al máximo, y se forma la imagen de la señal. El período de barrido T (en segundos por división) está determinado por la fórmula T \u2d CU / 4,5I, donde C es la capacitancia del capacitor conectado en faradios; U - 0 V - tensión máxima del DAC I 001 2 A - corriente de colector del transistor VTXNUMX

Con una gran capacitancia del capacitor de ajuste de tiempo, la imagen de la señal se forma demasiado lentamente, por lo tanto, el programa implementa un procedimiento para determinar su capacitancia, que verifica cuántas veces el programa puede leer los valores de la señal durante su carga. ser abierto varias veces En este caso, los valores intermedios se establecen en la salida DAC, y el disparador DD1 se inicia desde el programa configurando secuencialmente las señales "Reset" y "Set".

Si se selecciona una duración de barrido superior a 5 ms/div. (interruptor SA2 en la posición inferior, según el esquema), el software genera el retraso después de cambiar el comparador DA1. El programa "sabe" esto por el valor cero del bit 2 del puerto 379H. El disparador DD1.1 se inicia desde el programa configurando secuencialmente las señales "Reset" y "Set" a intervalos específicos. El tiempo de barrido se configura desde el teclado usando las teclas "0" - "9".

El cambio de haz vertical se cambia por las resistencias variables 1R13 y 2R13, la duración del barrido (suavemente) - por la resistencia R28.

programa escrito en Turbo Pascal. Implementa una transformada rápida de Fourier (analizador de espectro). La señal que se muestra en la pantalla se convierte. Para que el espectro se muestre correctamente, es necesario que en la pantalla quepa un número entero de periodos de señal. Esto se puede lograr seleccionando la duración del barrido con una resistencia variable R8. La subrutina para conversión rápida en Fortran se da en [2]. Allí también puede encontrar una explicación del método para determinar el espectro de la señal a través de la transformada de Fourier.

Para alimentar el decodificador, se requiere una fuente de voltajes estabilizados +12, +5 y -6 V. El consumo de corriente en los circuitos de +12 y -6 V no excede 50, en el circuito de +5 V - 150mA El nivel de ondulación no debe exceder 1 mV. Puede usar una fuente de alimentación (adaptador) de fabricación china para 3 ... 12 V, 1A, modificándola, como se muestra en la fig. 2.

Accesorio de osciloscopio de dos canales para PC

El prefijo está montado en una placa de pruebas convencional. Al repetir, se debe tener en cuenta que el dispositivo es sensible a las pastillas externas e internas. Por ejemplo, la penetración de la señal de entrada en la cadena de tiempo puede provocar la distorsión de la señal observada. Por tanto, la instalación debe realizarse de forma que la conexión de estos circuitos decodificadores entre sí y la penetración de señales externas en ellos sea mínima. Los condensadores C4, C5 deben soldarse directamente a los terminales del comparador DA1, los elementos 1DA1,1, 10C2, 10C1, 2DA2, 2DA1 deben colocarse uno al lado del otro. Las resistencias 1R1-8R2, 1R2-8R1, los condensadores 1C1-9C2, 1C2-9C7, C21-CXNUMX deben montarse en los interruptores correspondientes.

Las siguientes piezas se pueden utilizar en el archivo adjunto. Resistencias R12-R19, R21-R28: con una desviación permitida del valor nominal de no más de ± 0,25%, por ejemplo, C2-29. El valor de las resistencias R12-R19, R28 es 1 ... 10 kOhm, R21-R27 - 0,5 ... 5 kOhm, y la resistencia de este último debe ser exactamente dos veces menor que la primera (esto se puede lograr conexión en paralelo de resistencias con un valor nominal primero). El resto de resistencias son de cualquier tipo con una tolerancia de ± 5%. Como ajuste de tiempo (C7-C21, 1C1 -1C8, 2C1-2C8) es deseable utilizar condensadores con la menor desviación posible de los valores nominales y un TKE pequeño.

Transistores 1VT1, 2VT1: transistores de campo de alta frecuencia con un voltaje de corte de al menos 5 V (KP303G-KP303E, KP307Zh, etc.), 1VT2, 2VT2: estructuras npn de alta frecuencia con un coeficiente de transferencia de corriente estática h21e de al al menos 50 (KT316D, KT325B, KT325V), VT1, VT2: cualquier estructura relevante con h21e no menos de 400, VT3: con una corriente de pulso de colector de al menos 300 mA y una frecuencia de operación de al menos 200 MHz (KT3117A, 2N2222) .

Las corrientes de entrada de los amplificadores operacionales 1DA2 y 2DA2 no deben superar los 0,1 nA, la velocidad de respuesta del voltaje de salida debe ser de al menos 20 V/μs (KR544UD2A, LF356). Comparadores 1DA3, 2DA3, DA2 - con una ganancia de voltaje de al menos 105, corrientes de entrada de no más de 0,5 μA y un tiempo de conmutación de no más de 0,5 μs (KR554SAZ, LM211N, K521SAZ), DA1 - con un tiempo de conmutación de no más de 15 ns ( KR597CA2, AM686).

Como chip DD1, puede usar KR1594TM2 (74ACT74N), KR1533TM2 (74ALS74AN), DD2, DD3 -KR1594LN1 (74ACT04N), KR1554LN1 (74AC04N), KR1564LN1 (74HC04N). Cuando se usa KR1594TM2, la banda de frecuencia es 0 ... 50 MHz (en este caso, el capacitor C22 no está instalado y R11 se reemplaza con una resistencia con una resistencia de 4,7 kOhm), KR1533TM2 - 0 ... 15 MHz. El uso del microcircuito KR1564LN1 requiere un cambio en los valores de las resistencias R12 - R19, R28nR21 - R27: la resistencia del primero debe ser de al menos 5 kOhm, la segunda, de al menos 2,5 kOhm (manteniendo el relación 2R/R).

La resistencia de las teclas MOS de canal abierto 1DA1 no debe ser superior a 100 ohmios, el tiempo de encendido / apagado no debe ser superior a 10 (KR590KN8, SD5002).

La configuración del decodificador comienza con la verificación de los modos del repetidor de entrada. Si los voltajes en los emisores 1VT1, 2VT1 superan los 1,5 ... 2,5 V, se seleccionan las resistencias 1R9 o 2R9. Luego, utilizando una fuente de señal con una frecuencia calibrada, seleccionando los condensadores C7-C21 y la resistencia R9, los valores requeridos de la frecuencia de barrido se establecen en rangos de alta frecuencia (se establece mediante programación en los de baja frecuencia) .

Cuando se trabaja con un accesorio, se deben tener en cuenta las características del efecto estroboscópico, que se expresan, por ejemplo, en una distorsión significativa de la forma de onda con modulación de amplitud, si la frecuencia de la oscilación de modulación está cerca de la frecuencia de muestreo. Además, el comparador DA2 introduce un retraso de unos 300 ns, lo que puede dificultar la observación de los bordes de las señales con un ciclo de trabajo grande. El decodificador puede brindar el mayor beneficio cuando se usa en tiempo real, como un osciloscopio de almacenamiento, así como con una duración de barrido de menos de 1 μs / div. - como alternativa a los costosos dispositivos de alta frecuencia.

Literatura

Guk M. Interfaces de PC: un libro de referencia. - San Petersburgo: Peter Kom, 1999.
Gonorovsky I. S. Circuitos y señales de ingeniería de radio: un libro de texto para universidades. - M.: Radio y comunicación, 1986.

Autor: A.Khabarov, Kovrov, región de Vladimir

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