Электроника:Эксперименты/Электрические цепи переменного тока/ПК-осциллограф

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


ПК-осциллограф[1]

Оборудование и материалы

  • IBM-совместимый персональный компьютер со звуковой картой под управлением Windows 3.1 или выше
  • Программа Winscope (можно бесплатно загрузить из Интернета)
  • Электронная (музыкальная) «клавиатура»
  • «Моно» (не стерео) штекер наушников для клавиатуры
  • «Моно» (не стерео) разъём для наушников для входа микрофона к звуковой карте компьютера
  • Потенциометр 10 кОм

Программа Winscope, которую я использовал, была написана доктором Константином Зельдовичем для бесплатного личного и академического использования. Он отображает волны сигналов на экране компьютера в ответ на сигналы напряжения переменного тока, интерпретируемые входом микрофона звуковой карты. Аналогичная программа под названием Oscope сделана для операционной системы Linux. Если у вас нет доступа ни к одной из этих программ, вы можете использовать утилиту «звуковой рекордер», которая входит в состав большинства версий Microsoft Windows, для отображения грубых волновых форм.

Ссылки по теме

Цели эксперимента

  • Использовать компьютерную программу для работы в качестве осциллографа
  • Показать основные функции осциллографа

Принципиальная схема

Рис. 1. Схематическая диаграмма: ПО на компьютере в качестве осциллографа.
Рис. 1. Схематическая диаграмма: ПО на компьютере в качестве осциллографа.

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрация: ПО на компьютере в качестве осциллографа.
Рис. 2. Иллюстрация: ПО на компьютере в качестве осциллографа.

Ход эксперимента

Осциллограф является незаменимым измерительным прибором для студентов и профессионалов в области электроники. Ни одна серьёзная лаборатория электроники не может обойтись хотя бы без одного, а то двух приборов. К сожалению, коммерческие осциллографы, как правило, дороги, и практически невозможно спроектировать и построить собственный без другого осциллографа для устранения неполадок! Однако звуковая карта персонального компьютера способна «оцифровывать» низковольтные сигналы переменного тока в диапазоне от нескольких сотен до нескольких тысяч герц с приличным разрешением, и доступно бесплатное программное обеспечение для отображения этих сигналов в форме осциллографа на экране компьютера. Поскольку большинство людей либо имеют персональный компьютер, либо могут приобрести его дешевле, чем осциллограф, это становится реальной альтернативой для экспериментатора с ограниченным бюджетом.

Одно предостережение: если на микрофонный вход звуковой карты подаются сигналы чрезмерного напряжения, вы можете серьёзно повредить компьютер! Напряжение переменного тока, создаваемое музыкальной клавиатурой, слишком низкое, чтобы повредить компьютер через звуковую карту, но другие источники напряжения могут быть опасны для здоровья вашего компьютера. Используйте этот «осциллограф» на свой страх и риск!

Используя расположение клавиатуры и штепселя, описанное в предыдущем эксперименте, подключите выход клавиатуры к внешним клеммам потенциометра 10 кОм. Припаяйте два провода к точкам соединения на входе микрофона звуковой карты, чтобы у вас был набор «щупов» для «осциллографа». Подсоедините эти щупы к потенциометру: между средней клеммой (ползунком) и любой из внешних клемм.

Запустите программу Winscope и щёлкните значок «стрелка» в верхнем левом углу (он похож на стрелку ►, которую можно увидеть на кнопках «Воспроизведение» в магнитофонах и проигрывателях компакт-дисков). Если вы нажмёте клавишу на музыкальной клавиатуре, вы должны увидеть какую-то волновую форму, отображаемую на экране. Выберите «флейту Пана» или какой-либо другой флейтоподобный тембр на музыкальной клавиатуре для получения наилучшей формы синусоиды. Если компьютер отображает кривую, которая выглядит как прямоугольная волна, вам необходимо отрегулировать потенциометр для сигнала с меньшей амплитудой. Почти любая форма волны будет «обрезана» до прямоугольной формы, если она превышает предел амплитуды звуковой карты.

Протестируйте голоса различных инструментов на музыкальной клавиатуре и обратите внимание на различные формы графиков. Обратите внимание, насколько сложны некоторые волны по сравнению с голосом флейты Пана. Поэкспериментируйте с различными элементами управления в окне Winscope, отмечая, как они изменяют внешний вид волны сигнала.

Как тестовый прибор этот «осциллограф» весьма никудышный. У него почти нет возможности производить точные измерения напряжения, хотя его точность частоты на удивление хороша. Он очень ограничен в диапазоне напряжения и частоты, которые он может отображать, что относит его к анализу звуковых тонов низкого и среднего диапазона. Мне не удалось заставить «осциллограф» отображать хорошие прямоугольные волны, по-видимому, из-за его ограниченной частотной характеристики.

Кроме того, конденсатор связи, обнаруженный во входных цепях микрофона звуковой карты, не позволяет ему измерять постоянное напряжение: это, как если бы функция «связь по переменному току» обычного осциллографа была включена. Несмотря на эти недостатки, он полезен в качестве демонстрационного инструмента и для начальных исследований в области анализа сигналов для начинающих изучать электронику.

Для заинтересовавшихся, есть несколько адаптеров осциллографов профессионального качества, изготовленных для персональных компьютеров, производительность которых намного выше, чем у звуковой карты, и они, как правило, продаются дешевле, чем полноценный автономный осциллограф (около 400 долларов США по состоянию на 2002 год).

Radio Shack продаёт один, сделанный Velleman, номер по каталогу 910-3914. Использование компьютера в качестве средства отображения даёт много преимуществ, не последним из которых является возможность легко сохранять изображения осциллограмм в виде цифровых файлов.

См.также

Внешние ссылки