Осциллографический пробник своими руками схемы

Обновлено: 08.07.2024

В радиолюбительской практике часто бывает необходимо проверить состояние сигнала в различных участках устройства. В большинстве случаев это делают с помощью осциллографа. Но такой прибор не всегда имеется под рукой, да и приобрести его под силу не каждому начинающему радиолюбителю. Определенную помощь при отсутствии осциллографа могут оказать различные пробники. Например, такой, о котором рассказывается в предлагаемой статье.

Пробник предназначен для контроля формы сигналов в устройствах, выполненных на цифровых микросхемах. Он позволяет определять постоянный сигнал низкого или высокого уровня и переменный сигнал прямоугольной формы (плавно нарастающий либо спадающий). Пробник работает в диапазоне частот от 0 до 50 кГц.
Определение плавного нарастания или спада сигнала происходит с помощью двух пороговых устройств, которые срабатывают при разных напряжениях входного сигнала. Последовательность срабатывания этих устройств (первое, затем второе или второе, затем первое) и определяет — нарастает входной сигнал или спадает. Запоминание последовательности срабатывания (для осуществления соответствующей индикации) происходит с помощью двух РS-тригтеров (рис. 1).

СХЕМА ПРОБНИКА

Первое пороговое устройство выполнено на транзисторах VТ1 и VТ2. Порог его переключения — 1,5 В. Транзистор VТ1 служит для повышения входного сопротивления устройства. Конденсатор С1 необходим для обострения фронта импульсов, поступающих на транзистор VТ1, на высоких частотах.

Второе устройство выполнено на элементе DD2.1. Порог его переключения -0,5 U_пит.

Первый триггер выполнен на элементах DD1.2 и DD1.3 второй — на элементах DD2.2 и DD2.3. Индикация формы сигнала осуществляется с помощью четырех светодиодов или как в авторском варианте, четырех элементов семисегментного светодиодного индикатора.

Для пояснения работы устройства на рис. 2 представлены временные диаграммы, показывающие состояние сигнала в соответствующих контрольных точках пробника.

Подадим на вход пробника сигнал треугольной, а затем прямоугольной формы (диаграмма А). Дальнейшее преобразование входного сигнала внутри устройства показано на диаграммах В—G. Работа индикаторов в соответствии с входным сигналом показана над диаграммой А.

Диаграммма работы пробника

Низкий уровень входного сигнала устанавливает на выходе элемента DD2.1 (точка В) высокий уровень, который запрещает работу светодиода HL3 (индицирующего высокий уровень входного сигнала). В итоге из четырех светодио-дов светит только HL2, индицируя низкий уровень входного сигнала.

По мере роста напряжения входного сигнала, когда оно достигнет 1,5 В (момент времени t,), сработает первое пороговое устройство, т. е. транзистор VT2 откроется и на входе элемента DD1.1 будет низкий уровень, а на его I выходе — высокий (точка С). Он запретит работу светодиода HL2, установит на выходе элемента DD1.4 низкий уровень (так как на оба его входа будет подан высокий уровень), который включит светодиод HL1 (индицирующий фронт сигнала), не изменит состояния свето-диодов HL3 и HL4 (они выключены).

Таким образом, в пробнике произойдет переключение индикации (с HL2 на HL1) и он будет показывать, что сигнал имеет плавный фронт.

Последующий рост напряжения входного сигнала не вызовет никаких изменений в индикации, поскольку в данной конструкции высоким считается уровень входного сигнала свыше 0,5 U_nит.

Теперь рассмотрим процессы, происходящие при уменьшении напряжения входного сигнала.

При снижении напряжения входного сигнала до 0,5 U_ml (момент времени t3) элемент DD2.1 переключится обратно. На его выходе появится высокий уровень, который запретит работу светодиода HL3, установит на выходе элемента DD2.4 (точка G) низкий уровень (ведь на оба его входа будет подан высокий уровень), который включит светодиод HL4 (индицирующий спад сигнала), не изменит состояния светодиодов HL1 и HL2 (они выключены). Пробник будет показывать, что входной сигнал имеет плавный спад.

Таким образом, все элементы возвращаются в первоначальное состояние, и пробник показывает, что на его входе сигнал низкого уровня.

Поочередное включение светодиодов хорошо заметно, если на вход пробника подавать треугольное напряжение с частотой нескольких герц. При повышении частоты индикация сливается в единый рисунок.

При отсутствии генератора можно воспользоваться переменным резистором, подключив его между источником питания и общим проводом, а сигнал подавать сдвижка резистора на вход пробника. Изменяя движком напряжение от нуля до U_пит и обратно, получим плавно нарастающий, а затем спадающий сигнал, т. е. увидим поочередное включение светодиодов.

Если подавать на вход пробника сигнал прямоугольной формы, светодиоды HL1 и HL4 (фронт и спад) включаются на весьма короткое время, что на глаз практически не заметно. Иначе говоря, пробник индицирует только низкий и высокий уровни, что и соответствует сигналу прямоугольной формы. При частоте входного сигнала в несколько герц светодиоды перемигиваются.

Если амплитуда входного сигнала не превышает 0,5 U_nит пробника, светодиоды высокого уровня и спада включаться не будут. Эту особенность необходимо учитывать при проверке устройств и. в зависимости от напряжения питания проверяемой конструкции, варьировать напряжение питания пробника.

Кроме указанных на схеме, допустимо использовать следующие детали: транзисторы VT1 и VT2 — серий КТ3102, КТ312. КТ342, светодиоды — любые, которые будут светить при токе 2…3 мА, либо семисегментный индикатор АЛС321Б или аналогичный.

Правильно собранная конструкция в налаживании не нуждается. Желательно только проверить работу конструкции, как описано выше, контролируя вольтметром напряжение входного сигнала.

Осциллограф это прибор, помогающий увидеть динамику колебаний. С его помощью можно диагностировать различные поломки и получать необходимые данные в радиоэлектронике. Раньше применялись осциллографы на транзисторных лампах. Это были весьма громоздкие приборы, которые подключались исключительно к встроенному или разработанному специально для них экрану.

Сегодня приборы для снятия основных частотных, амплитудных характеристик и формы сигнала представляют собой удобные портативные и компактнее устройства. Часто их выполняют как отдельную приставку, подключающуюся к компьютеру. Этот манёвр позволяет убрать из комплектации монитор, существенно снизив стоимость оборудования.

Как выглядит классический прибор можно увидеть, рассмотрев фото осциллографа в любой поисковой системе. В домашних условиях также можно смонтировать это устройство, используя недорогие радиодетали и корпуса с другого оборудования для более презентабельного вида.

Краткое содержимое статьи:

Как можно получить осциллограф

Оборудование можно заполучить несколькими способами и все зависит исключительно от размера денежных средств, которые можно потратить на приобретение оборудования или деталей.

Купить готовый прибор в специализированном магазине или заказать его по сети;
Купить конструктор, например, широкой популярностью сейчас пользуются наборы радиодеталей, корпусов, которые продаются на китайских сайтах;
Самостоятельно собрать полноценный портативный прибор;
Смонтировать только приставку и щуп, а подключение организовать к персональному компьютеру.

Эти варианты приведены в порядке снижения затрат на оборудование. Покупка готового осциллографа будет стоить дороже всего, так как это уже доставленный и работающий блок со всеми необходимыми функциями и настройками, а в случае некорректной работы можно обратиться в центр продажи.

В конструктор входит схема простого осциллографа своими руками, а цена снижается за счет оплаты только себестоимости радиодеталей. В этой категории также необходимо различать более дорогие и простые по комплектации и функционалу модели.

Сборка прибора самому по имеющимся схемам и приобретенных в разных точках радиодеталях не всегда может оказаться дешевле, чем приобретение конструктора, поэтому необходимо предварительно оценивать стоимость затеи, ее оправданность.

Наиболее дешевым способом заполучить осциллограф станет спаять только приставку к нему. Для экрана использовать монитор компьютера, а программы для снятия и трансформации получаемых сигналов можно скачать с разных источников.

Конструктор осциллографа: модель DSO138

Китайские производители всегда славились умением создавать электронику для профессиональных потребностей с очень ограниченным функционалом и за довольно небольшие деньги.

Одной из популярных моделей китайского производства типа конструктор осциллографа считается DSO138. Прежде всего, у этого прибора невысокая стоимость, а поставляется он со всем комплектом необходимых деталей и инструкций, поэтому как правильно сделать осциллограф своими руками, используя имеющуюся в комплекте документацию вопросов возникать не должно.

Перед монтажом нужно ознакомиться с содержимым упаковки: плата, экран, щуп, все нужные радиодетали, инструкция для сборки и принципиальная схема.

Облегчает работу наличие практически на всех деталях и самой плате соответствующей маркировки, что действительно превращает процесс в собирание детского конструктора взрослым. На схемах и инструкции хорошо видно все нужные данные и можно разобраться, даже не владея иностранным языком.

Напряжение на входе: DC 9V;
Максимальное напряжение на входе: 50 Vpp (1:1 щуп)
Потребляемый ток 120 мА;
Полоса сигнала: 0-200KHz;
Чувствительность: электронное смещение с опцией вертикальной регулировки 10 мВ / дел — 5В / Div (1 — 2 — 5);
Дискретная частота: 1 Msps;
Сопротивление на входе: 1 MОм;
Временной интервал: 10 мкс / Div — 50s / Div (1 — 2 — 5);
Точность замеров: 12 бит.

Пошаговая инструкция сборки конструктора DSO138

Следует рассмотреть более детально подробные инструкции для изготовления осциллографа данной марки, ведь аналогичным образом осуществляется сборка других моделей.

Стоит отметить, что в данной модели плата поставляется сразу с впаянным 32-битным на M3 ядре микроконтроллере марки Cortex™. Работает он два 12-битных входа с характеристикой 1 μs и работает в максимальном частотном диапазоне до 72 МГц. Наличие этого девайса уже вмонтированным несколько облегчает задачу.

Шаг 1. Удобнее всего начинать монтаж с smd компонентов. Нужно учитывать правила при работе с паяльником и платой: не перегревать, держать не дольше 2 с, не смыкать между собой разные детали и дорожки, пользоваться паяльной пастой и припоем.

Шаг 2. Припаять конденсаторы, дросселя и сопротивления: нужно вставлять указанную деталь в отведенное на плате для нее место, отрезаем лишнюю длину ножки и запаиваем на плате. Главное не перепутать полярность конденсаторов и не сомкнуть паяльником или припоем соседние дорожки.

Шаг 3. Монтируем оставшиеся детали: переключатели и разъемы, кнопки, светодиод, кварц. Особенное внимание следует уделить стороне диодов и транзисторов. Кварц имеет металл в своем строении, потому нужно обеспечить отсутствие прямого контакта его поверхности с дорожками платы или позаботиться о диэлектрической подкладке.

Шаг 4. 3 разъема припаиваются к плате дисплея. После завершения манипуляций с паяльником нужно плату промыть спиртом без вспомогательных средств – никаких ваток, дисков или салфеток.

Шаг 5. Просушить плату и проверить насколько качественно была проведена пайка. Прежде, чем подсоединить экран, нужно припаять две перемычки к плате. В этом пригодятся имеющиеся откушенные выводы деталей.

Шаг 6. Для проверки работы нужно включить прибор в сеть с током от 200 мА и напряжением 9 В.

Если все параметры соответствуют нужным значениям, нужно отключить прибор от питания и установить JP4 перемычку.

Ша г 7. В 3 имеющихся разъему нужно вставить дисплей. К входу нужно подключить щуп для осциллографа, своими руками провести включение питания.

Результатом правильной установки и сборки станет появление на дисплее его номера, типа прошивки, ее версии и сайта разработчика. Спустя несколько секунд можно будет наблюдать синусоидные волны и шкалу при выключенном щупе.

Приставка для компьютера

При сборке этого простого прибора понадобится минимальное количество деталей, знаний и навыков. Принципиальная схема очень простая, разве, что нужно будет изготовить самому плату для сборки прибора.

Размеры приставки к осциллографу своими руками будет примерно как коробок для спичек или немножко больше, поэтому лучше всего использовать такого размера пластиковую емкость или бокс от батареек.

Подключенный микрофон также сможет ретранслировать на подключенный осциллятор звуковые волны, программа будет отражать изменения. Подключается такая приставка к микрофонному или линейному входу и не требует никаких дополнительных драйверов.

Фото осциллографов своими руками

Устройство с дисплеем на базе электронно-лучевой трубки, предназначенное для изучения параметров времени и амплитуды электрического сигнала, называется осциллографом. Подача сигнала осуществляется на вход устройства, результат записывается на фотоленту или выводится на экран. Оно возглавляет топ самых необходимых приборов, используемых для настройки и регулировки электронных схем.

Осциллограф и его функции

Это электронный прибор, на экране которого наблюдают за формой сигнала. В процессе работы доступен ряд опций:

фиксирование мгновенных характеристик;
аналогия фазовых смещений и форм сигналов с иными импульсами;
контроль и мониторинг синусоидальных, треугольных и прямоугольных колебаний;
развёртка импульса для измерения времени нарастания.

Проще говоря, это телевизионный приёмник, где отслеживается электросигнал визуально. Зная принципы работы и схему устройства, собирают осциллограф своими руками.

Классифицировать приборы возможно по следующим показателям:

особенности работы и предназначение;
количество сигналов, просматриваемых разом;
способ обработки информации;
вид воспроизводящего устройства.

По особенности работы подразделяются на модели: скоростные, стробоскопические, универсальные, запоминающие и специальные. Количество одновременно подающихся сигналов – один, два и более.

Важно! Многоканальные n-осциллографы высвечивают на экран n-графиков, считывая показания с n-го количества сигнальных входов.

Схема простого осциллографа

Чтобы понять, как устроен прибор, изучают стандартную блок-схему.

В формировании сигнала на экране участвуют два вида отклонения луча: по вертикали и горизонтали. Пользуясь системой координат, эти развёртки обозначили как: Y и Х.

В блоке развёртки по вертикали выполняется обработка сигнала, подающегося в канал через аттенюатор. Он ступенчато регулирует амплитуду исследуемых величин, не допуская превышения должного уровня. Это удерживает изображение в границах дисплея.

Для синхронизации работы узла задающего генератора Х – отклонения с канала вертикальной развёртки на него подаётся сигнал. По умолчанию канал Y работает в открытом режиме. Отклонение луча по вертикали в этом случае в точности совпадает с уровнем сигнала. Помеха постоянной составляющей, при её наличии, будет смещать картинку или же загонять за границы дисплея. Это сильно мешает работе и требует постоянной подстройки ступенчатого регулятора.

Использование режима закрытого входа помогает этого избежать. Закрытый видеовход подразумевает включение конденсатора между ним и схемой. Конденсатор играет роль ёмкостного фильтра для постоянной составляющей входного сигнала.

Канал горизонтальной развёртки (X) подсоединяется к генератору. Тот выдаёт команды для отклонения луча ЭЛТ по горизонтали и действует в четырёх позициях:

К сведению. Окончательное формирование уровней сигналов двух развёрток выполняют оконечные усилители.

Одноканальная модель

Такой прибор имеет один вход – один луч. Структурное строение показано на рис. выше. В состав схемы входят:

экран – ЭЛТ;
блок Y-развёртки: аттенюатор, предварительный усилитель, цепь задержки, начальное усиление синхронизации и оконечный усилитель выхода;
блок Х-развёртки: устройство синхронизации, узел развёртки, выходной усилитель;
схема усиления подсветки;
калибратор;
сетевой блок питания.

В таком приборе сигнал мониторинга подаётся на один вход и отображается движением луча на экране. Этого хватает для проведения измерений ряда параметров.

Двухканальные устройства

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

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

Многоканальные модификации

Современные аппараты выполняют мониторинг импульсов по нескольким каналам. Различают входы: аналоговые, цифровые или смешанные. Модели со смешанными каналами обрабатывают оба вида сигнала с выводом картинки на монитор.

Сборка устройства на 5 В

Полноценный цифровой прибор этой линейки без собственного дисплея называется USB oscilloscope. Продаются наборы комплектующих материалов для изучения работы с подобными устройствами. В комплект входят:

Подключается к ПК через шнур USB. Собранный из набора измеритель подойдёт для приобретения начальных навыков. В самодельных схемах такая приставка собирается на микросхеме ММР20.

Осциллографы на 10 В

В схемах с подобным напряжением применяются резисторы закрытого типа и стабилитрон. Их параметры чувствительности по вертикали подбираются до 2 мВ. При расчёте полосы пропускания максимальное сопротивление устройства согласовывается с ёмкостью проводных конденсаторов. Диоды подбирают с напряжением 2 В, резисторы желательно выбирать полевые. Выбор диодов на такое напряжение позволит снизить частоту дискретизации до минимума и увеличить скорость передачи. Из-за быстрой развёртки данных предельная частота резко падает. Использование стабилитрона или делителя, выполненного из модулятора, поможет решить эту проблему.

Как сделать модель на 15 В

При сборке используют линейные резисторы, сопротивление которых на уровне предела – 5 Мом. Это разрешает стабилитрону работать в щадящем режиме. При выборе конденсаторов предварительно тестером измеряется пороговое напряжение.

Внимание! Полученные результаты тестирования, при использовании для прибора настроечных резисторов, бывают неточными. Использовать подобает линейные резисторы.

При сборке не забывают смонтировать порт, присоединяемый через щуп к микросхеме, при этом через шину подключают делитель. Использование вакуумных диодов в сборке позволит контролировать уровень амплитуды колебаний.

Использование резисторов серии ППР1

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

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

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

Модели с резисторами ППР3

Выполнить сборку схемы с этими резисторами допустимо с применением сеточных конденсаторов. Сопротивление ёмкостной цепи Rц возможно до 4 Ом. В сборку на микросхеме ММР20 устанавливают не менее 3 шт. Важно делать проверку проводимости ППР3 до включения схемы.

Устройства с подавлением колебаний

Определение зашумленности сигнала и подавление выполняет отдельный узел. Схемы, включающие в себе такой блок, имеют значения предельной частоты не выше 4 Гц. В этом случае используются аналоговые диоды и микросборки сеточного типа.

Недостатков в таком методе больше, чем плюсов. Минусы:

не даёт точности измерений;
разрешает мерить только высокочастотные сигналы;
нельзя померить переходные процессы при постоянном напряжении;
подвергается опасности вход гаджета.

Плюсов мало:

20 минут времени на монтаж;
сборка несложная.

Трудно назвать эту приставку хорошим измерительным прибором.

Сборка осциллографа из планшета

Программное обеспечение для осциллографа на планшете и андроиде

Широкодиапазонная частота с помощью отдельного гаджета

Расширить частотный диапазон позволит применение отдельного устройства. Оно включает в себя преобразователь аналога в цифру. Дальнейшая подача импульсов происходит в цифровом формате. Точность измерений повышается. Выпускается в виде портативного прибора с дисплеем.

вluetooth-канал;
передача данных с помощью Wi-Fi.

Это позволит обойтись без контактной привязки гаджета с приставкой.

Bluetooth-канал

У подключения через Bluetooth присутствуют ограничения:

у тестируемой частоты граница – 1 МГц;
U щупа = 10 В;
зона покрытия – 10 м.

Это ограничивает ресурс при применении подключений такого типа.

Передача данных с помощью Wi-Fi

Подключить осциллограф из планшета фирмы Linux или иного производителя допустимо посредством беспроводной сети – wi fi канала. Пакет измерений выдаётся на планшет без промедления и для неограниченного количества участников проекта. Наличие опции записи позволяет работать с информацией в версиях офлайн и онлайн. Дальность соединения выше, чем у Bluetooth.

USB осциллограф своими руками схема

Используя источник 5 В и подключение через шнур usb, можно самостоятельно собрать такую схему.

Создание подобных приборов самостоятельно оправдано при измерениях, не требующих точных результатов. Подход к решению вопроса – это использование уже готовой полноценной приставки.

Хорошее, дорогое оборудование — роскошь для радиолюбителя. А китайские измерительные устройства, во-первых, низкокачественные, во-вторых, каких-то денег, да стоят.

Лайфхак для начинающих радиолюбителей и не только: как создать простейший адаптер небольшого диапазона частот, выполняющий функции цифрового осциллографа своими руками.

Все что Вам понадобится: самостоятельно спаянный делитель для осциллографа, звуковая карта, компьютер (ноутбук) и специальное программное обеспечение для визуализации сигнала на экране монитора.

Осциллограф применяется для ремонта и настройки различной аудио-аппаратуры и не только. Работает по принципу исследования параметров сигналов, подаваемых на вход прибора. Незаменим для настройки микросхем и диагностике датчиков.

Хотя, самостоятельно разработанный осциллограф будет значительно уступать профессиональному прибору, он прекрасно справится с такими функциями, как измерение параметров источников питания и усилителей.

Реализация

Для того чтобы соорудить осциллограф, необходимо собрать приставку, в которую должны быть включены 8 полупроводниковых диодов, 3 резистора и один аттенюатор, штекер для подключения к звуковой карте (LINE-IN), все как показано на схеме осциллографа своими руками.

Плата собрана именно по такому принципу, чтобы защитить звуковую карту от скачков напряжения, которые могут поступить на ее вход вместе с исследуемым цифровым сигналом.

Диоды не пропускают сигналы с амплитудой более 2В, а комбинация последовательно соединенных резисторов, образующих делитель, разрешает высокое входное напряжение.

Цифровой сигнал, подлежащий диагностике, поступает на входные клеммы приставки.

Собранная схема имеет линейный вход к звуковой карте через специальный штекер. Здесь важна длина соединительного провода.

Чем провод короче, тем меньше ошибок возникает при измерении сигнала, так как на низких измеряемых уровнях высока вероятность появления высокой погрешности искажений.

Лучше всего использовать двухжильный провод. На фото осциллографа, сделанного своими руками хорошо видно, что используется электрический провод в медной оплетке.

Программное обеспечение

Аппаратная часть готова, теперь необходимо подготовить программную среду, чтобы увидеть результаты измерений на экране компьютера. К счастью, сегодня существует множество программ, работающих с осциллографами.

Современные утилиты оснащены всеми необходимыми функциями для исследования и анализа сигналов, с которыми работает осциллограф.

Организация осциллографа через планшет

Сложность создания датчика для осциллографа через планшет заключается в отсутствии у последнего дискретного линейного входа. Поэтому дополнительным устройством служит телефонная гарнитура со входом для микрофона.

Разводка входных клемм у планшета и телефона должны совпадать. Тогда в клемму для микрофона подсоединяется источник сигнала по схеме, рассмотренной выше.

Так же, как в случае с компьютером (ноутбуком), необходимо установить специальное программное обеспечение для работы с полученным сигналом.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

Щуп для компьютерного осциллографа

Даже имея массу различных промышленных кабелей, не лишним будет изготовить своими руками кабель-щуп для осциллографа, работающий на низкой частоте.

Преимуществом самодельного кабеля данного типа является его гибкость и небольшой размером, что очень удобно.

Калибровка компьютерного осциллографа

Если что-то пошло нет так, можно выполнить ремонт осциллографа, сделанного своими руками, произведя его калибровку.

Цифровой мультиметр.
Аналоговый прибор, типа стрелочный тестер (ампервольт).

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

Так как аналоговые приборы дают высокую погрешность измерений переменных напряжений, величиной до 1В, калибровку выполняем на напряжении максимальной амплитуды.