PC용 XNUMX채널 오실로스코프 부착. 계획, 설명

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PC용 XNUMX채널 오실로스코프 연결 장치입니다. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전

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오실로스코프 없이 일부 장치를 잘 설정하는 것은 매우 문제가 있는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 오실로스코프는 상당히 고가이므로 IBM 호환 컴퓨터가 있는 경우 아래 기사에 설명된 것과 같이 비교적 간단한 셋톱 박스를 구축하는 것이 훨씬 저렴합니다.

제안된 PC용 0채널 오실로스코프 부착물은 전기 신호의 모양을 관찰 및 연구하고 전기 프로세스의 시간 및 진폭 특성을 측정하도록 설계되었습니다. 각 채널의 대역폭은 50~0,1MHz, 빔 편향 계수는 20~1V/div., 입력 저항은 20MOhm, 입력 커패시턴스는 0,1pF, 스윕 지속 시간은 100μs~ 386ms/div. 최소 PC 요구 사항: 3.3, VGA, 프린터 포트, MS DOS XNUMX.

고주파 범위에서 장치는 저주파 범위에서 스트로보스코프 원리에 따라 실시간으로 작동합니다. 이 소프트웨어를 사용하면 스펙트럼 분석기 모드에서 작동할 수 있습니다. 일반 모드에서 화면에 표시되는 신호 샘플 수는 256개이고 스펙트럼 분석기 모드에서는 128개입니다. 이 프로그램은 포트 LPT1(표 참조): 기본 포트 378H를 사용합니다. 프린터 상태 신호 포트(입력) 379H, 제어 신호 포트(출력) 37AN. 프로그램은 포트 비트의 상태가 표준이고 프린터 커넥터[1] 핀의 신호 상태에 해당한다고 가정합니다.

PC에 XNUMX채널 오실로스코프 부착

부착물의 개략도는 그림 1에 나와 있습니다. 하나.

(확대하려면 클릭하십시오)

연구 중인 신호는 입력 잭 XW1 및 XW2를 통해 스위치 1SA2, 2SA2, 저항기 1R1-1R8, 2R1-2R8 및 커패시터 1С2-1С9, 2С2-2С9로 구성된 저항 용량 분배기로 공급되며, 이는 최대 수직 범위(접두사)를 결정합니다. 여기와 아래의 1과 2는 요소가 각각 채널 1과 2에 속함을 나타냅니다. 1DA1 마이크로 회로의 MOS 스위치는 트랜지스터 1VT2, 2VT1 및 2VT2, 1VT1의 리피터를 통해 분배기의 출력에 연결됩니다 (두 방향은 채널 1에 사용되고 나머지 방향은 채널 2에 사용됨). 키는 트리거 DD10의 드라이버에서 나오는 약 1.2ns 지속 시간의 펄스에 의해 열리고 이를 통해 커패시터 1C10 및 2C10이 충전되어 연산 증폭기 1DA2 및 2DA2가 연결되었습니다. 키가 열리는 순간의 신호 전압에 해당하는 커패시터의 전압은 연산 증폭기에 의해 10배 증폭됩니다. 개방 펄스의 지속 시간은 왜곡 없이 표시되는 입력 신호 전면의 최소 지속 시간에 해당합니다. 즉, 전송된 주파수의 대역폭을 결정합니다.

이중 연속 근사 ADC는 연산 증폭기의 출력에 연결됩니다. 여기에는 비교기 1DA3, 2DA3과 미세 회로 DD2, DD3 요소 및 저항 R2-R12, R19-R21로 구성된 R-28R 매트릭스에 조립된 DAC가 포함되어 있습니다. 비교기의 출력은 XP13 프린터 커넥터의 핀 15과 1에 연결됩니다. 이 핀의 신호 값은 3H 포트의 비트 4과 379에 해당합니다. DAC 입력은 핀 2-9 XP1에 연결되므로 DAC 출력 신호의 값은 포트 378H에 0~255(0,5~4,5V 이내)의 숫자를 써서 설정할 수 있습니다.

프로그램에 구현된 연산 증폭기 1DA2 및 2DA2의 출력 전압 측정은 연속 근사법을 통해 다음과 같이 수행됩니다. 먼저 숫자 378'가 포트 2H(DAC 출력 - 2,5V)로 설정되고 비교기 출력 상태가 확인됩니다(포트 3H의 비트 4 및 379). 비교기가 작동하면 표시된 숫자에 26이 추가되고, 그렇지 않으면 첫 번째에서 두 번째가 뺍니다. 그런 다음 비교기의 상태를 다시 확인하여 25를 더하거나 빼는 과정을 2g가 더하거나 뺄 때까지 반복합니다. 결과 숫자는 출력 1DA2 및 2DA2의 전압 값에 해당합니다. 분배기 R20R29는 DAC 출력의 전압을 0,5V에서 4,5V로 변경하기 위한 제한을 설정합니다. 연산 증폭기 출력의 전압을 결정할 때 펄스 셰이퍼가 트리거되는 것을 방지하기 위해 로그 1,2이 입력 D에 적용됩니다. 이때 DD0를 트리거하십시오. 2 µs 포트에 쓰는 시간이 있는 ADC 변환 시간은 2x40 µs입니다.

동기화는 비교기 DA1을 사용하여 채널 1에서 수행되며, 반전 입력은 커패시터 C1 및 C2를 통해 트랜지스터 1VT1 및 1VT2의 중계기 출력에 연결됩니다. 잡음 내성을 높이기 위해 비교기를 2mV의 히스테리시스로 설정하는 저항 R3 및 R20이 도입되었습니다. 동기화 레벨은 가변 저항 R4에 의해 제어됩니다.

비교기 DA1이 트리거되는 순간부터 1DA1 마이크로 회로의 키가 열리는 순간까지의 시간 지연은 고주파수 범위의 소프트웨어 및 하드웨어와 저주파 범위의 소프트웨어에서 설정됩니다. 첫 번째 경우, 프로그램은 입력 신호의 다음 값을 수신할 준비가 되면 DD1.1 트리거에서 "재설정" 신호를 설정한 다음 제거합니다(포트 7A의 비트 37 = "1/0", 프린터 커넥터의 핀 1 = '0/1'). 이러한 방식으로 "충전된" 트리거는 비교기 DA1이 전환되고 트랜지스터 VT3이 닫힐 때 트리거됩니다. 결과적으로 요소 VT2.R8, R9에 생성된 전류 소스로부터 타이밍 커패시터 C7-C21 중 하나가 시작됩니다. 전압이 DAC 출력의 전압 값에 도달하면 비교기 DA2가 트리거되고 001.2DA11 칩의 키를 제어하는 펄스 셰이퍼(22, R1, C1)가 시작됩니다. 프로그램이 트리거링을 결정합니다. 프린터 커넥터의 핀 2(포트 0H의 비트 11)에 있는 값 0으로 비교기 DA379의 그 후 출력 1DA2 및 2DA2의 전압을 결정하는 서브루틴입니다. 전압 값은 메모리에 기록되고 다음 DAC에 값이 설정되면 트리거 DD1.1이 다시 "콕"되고 아무 키나 누를 때까지 사이클이 반복됩니다.

동기화 여부를 결정하는 노드는 요소 VT1, R5, R6, VD1, C3, C6에 구현됩니다. 비교기 DA1이 XP10 커넥터의 핀 1(포트 1H의 비트 379)에서 주기적으로 트리거되면 논리 신호는 다음과 같습니다. 현재의. 1, 트리거 DD1.1을 "코킹"한 후 프로그램은 비교기 DA2가 작동할 때까지 기다립니다. 그렇지 않으면 이 트리거는 "Reset" 및 "Set" 신호(비트 4, 7)를 순차적으로 설정하여 프로그램에서 시작됩니다. 포트 37A - "10/01", 프린터 커넥터의 핀 1, 17 = "01/10").

DAC의 출력에는 0에서 255까지의 값이 프로그래밍되어 있으므로 동기화 순간부터 키를 여는 순간까지의 지연이 최소값에서 최대 값으로 변경되고 신호 이미지가 형성됩니다. . 스위프 기간 T(구간당 초)는 공식 T = CU/2I로 결정됩니다. 여기서 C는 연결된 커패시터의 커패시턴스(패럿)입니다. U - 4,5 V - 최대 DAC 전압 I 0 001 A - 트랜지스터 VT2의 콜렉터 전류

타이밍 커패시터의 커패시턴스가 크면 신호 이미지가 너무 느리게 형성되므로 프로그램은 커패시턴스를 결정하는 절차를 구현하여 프로그램이 충전 중에 신호 값을 몇 번 읽을 수 있는지 확인합니다. 이 시간이 길면 (긴 스윕 기간이 설정됨) 비교기 DA1을 전환 한 후 스위치 키 1DA2가 여러 번 열릴 수 있습니다.이 경우 DAC 출력에 중간 값이 설정되고 트리거 DD1.1 .XNUMX은 "Reset" 및 "Set" 신호를 순차적으로 설정하여 프로그램에서 시작됩니다.

5ms/div보다 큰 스윕 기간을 선택한 경우. (다이어그램에 따르면 스위치 SA2는 아래쪽 위치에 있음) 비교기 DA1을 전환한 후 지연은 소프트웨어에 의해 생성됩니다. 프로그램은 포트 2H의 비트 379의 1.1 값을 통해 이에 대해 "학습"합니다. 트리거 DD0은 지정된 간격으로 "재설정" 및 "설정" 신호를 순차적으로 설정하여 프로그램에서 시작됩니다. 스윕 시간은 "9" - "XNUMX" 키를 사용하여 키보드에서 설정됩니다.

수직 빔 이동은 가변 저항 1R13 및 2R13에 의해 변경되고, 스위프 지속 시간(부드럽게)은 저항 R28에 의해 변경됩니다.

프로그램 터보 파스칼로 작성되었습니다. 고속 푸리에 변환(스펙트럼 분석기)을 구현합니다. 화면에 표시되는 신호가 변환됩니다. 스펙트럼이 올바르게 표시되기 위해서는 정수의 신호 주기가 화면에 맞아야 합니다. 이것은 가변 저항 R8로 스위프 지속 시간을 선택하여 달성할 수 있습니다. Fortran에서 빠른 변환을 위한 서브루틴은 [2]에 나와 있습니다. 여기에서 푸리에 변환을 통해 신호 스펙트럼을 결정하는 방법에 대한 설명도 찾을 수 있습니다.

셋톱 박스에 전원을 공급하려면 +12, +5 및 -6V의 안정화된 전압 소스가 필요합니다. +12 및 -6V 회로의 전류 소비는 +50V 회로에서 5을 초과하지 않습니다. 150mA. 리플 수준은 1mV를 초과해서는 안 됩니다. 중국산 전원(어댑터) 3...12V, 1A를 그림과 같이 개조하여 사용할 수 있습니다. 2.

PC에 XNUMX채널 오실로스코프 부착

부착물은 일반 브레드보드에 장착됩니다. 반복할 때 장치가 외부 및 내부 간섭에 민감하다는 점을 고려해야 합니다. 예를 들어, 입력 신호가 타이밍 회로에 침투하면 관찰된 신호의 모양이 왜곡될 수 있습니다. 따라서 이러한 셋톱박스 회로의 연결과 외부 신호의 침투를 최소화하는 방식으로 설치를 수행해야 합니다. 커패시터 C4, C5는 비교기 DA1의 단자에 직접 납땜해야하며 요소 1DA1,1, 10C2, 10C1, 2DA2, 2DA1는 근처에 배치해야합니다. 해당 스위치에 저항기 1R1-8R2, 1R2-8R1, 커패시터 1С1-9С2, 1С2-9С7, С21-СXNUMX을 장착하는 것이 좋습니다.

첨부 파일에 사용할 수 있는 부품은 다음과 같습니다. 저항 R12-R19, R21-R28 - 공칭 값의 허용 편차가 ± 0,25% 이하(예: C2-29)입니다. 저항 R12-R19, R28의 값은 1 ... 10kOhm, R21-R27 - 0,5 ... 5kOhm이고 후자의 저항은 첫 번째 저항보다 정확히 5배 작아야 합니다(이는 다음을 통해 달성할 수 있습니다. 공칭 먼저 저항의 병렬 연결). 나머지 저항은 허용 오차가 ± 7%인 모든 유형입니다. 시간 설정(C21-C1, 1C1-8C2, 1C2-8CXNUMX)으로 공칭 값과 작은 TKE에서 가능한 한 편차가 가장 작은 커패시터를 사용하는 것이 바람직합니다.

트랜지스터 1VT1, 2VT1 - 차단 전압이 5V 이상인 고주파 전계 효과 트랜지스터(KP303G-KP303E, KP307Zh 등), 1VT2, 2VT2 - 정적 전류 전달 계수가 h21e인 고주파 npn 구조 최소 50(KT316D, KT325B, KT325V) , VT1, VT2 - h21e가 최소 400인 해당 구조, VT3 - 펄스 콜렉터 전류가 최소 300mA이고 작동 주파수가 최소 200MHz(KT3117A, 2N2222).

연산 증폭기 1DA2 및 2DA2의 입력 전류는 0,1nA 이하여야 하며, 출력 전압 상승률은 20V/μs 이상이어야 합니다(KR544UD2A, LF356). 비교기 1DA3, 2DA3, DA2 - 최소 105의 전압 이득, 0,5μA 이하의 입력 전류 및 0,5μs 이하의 스위칭 시간(KR554SAZ, LM211N, K521SAZ), DA1 - 스위칭 시간이 더 이상 15 이상(KR597CA2, AM686).

DD1 마이크로 회로로는 KR1594TM2(74ACT74N), KR1533TM2(74ALS74AN), DD2, DD3 -KR1594LN1(74ACT04N), KR1554LN1(74AC04N), KR1564LN1(74HC04N)을 사용할 수 있습니다. KR1594TM2를 사용할 때 주파수 대역은 0~50MHz(이 경우 커패시터 C22는 설치되지 않고 R11은 저항이 4,7kOhm인 저항으로 교체됨), KR1533TM2 - 0~15MHz입니다. KR1564LN1 마이크로 회로를 사용하려면 저항 R12 - R19, R28nR21 - R27의 값을 변경해야 합니다. 전자의 저항은 최소 5kOhm이어야 하고 후자는 최소 2,5kOhm이어야 합니다(2R/R 비율을 유지하면서). .

개방 채널 MOS 키 1DA1의 저항은 100옴, 온/오프 시간은 10을 넘지 않아야 합니다(KR590KN8, SD5002).

셋톱박스 설정은 입력 리피터 모드를 확인하는 것으로 시작됩니다. 이미 터 1VT1, 2VT1의 전압이 1,5 ... 2,5V를 초과하면 저항 1R9 또는 2R9가 선택됩니다. 그런 다음 보정된 주파수가 있는 신호 소스를 사용하여 커패시터 C7-C21 및 저항 R9를 선택하여 필요한 스위프 주파수 값을 고주파수 범위에서 설정합니다(저주파 영역에서 프로그래밍 방식으로 설정됨) .

부착물로 작업할 때, 예를 들어 변조 진동의 주파수가 샘플링 주파수에 가까울 경우 진폭 변조 신호 모양의 상당한 왜곡으로 표현되는 스트로보스코프 효과의 특징을 고려해야 합니다. 또한 DA2 비교기에는 약 300ns의 지연이 발생하므로 듀티 사이클이 높은 신호의 에지를 관찰할 때 어려울 수 있습니다. 셋톱박스는 저장 오실로스코프와 1 µs/div 미만의 스위프 지속 시간으로 실시간으로 사용될 때 가장 유용할 수 있습니다. - 값비싼 고주파 장치의 대안.

문학

국엠 PC 인터페이스: 참고서. - 상트페테르부르크: Peter Kom, 1999.
Gonorovsky I. S. 라디오 엔지니어링 회로 및 신호: 대학 교과서. - M.: 라디오 및 통신, 1986.

저자: A.Khabarov, Kovrov, Vladimir 지역

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