Путеводитель в мир электроники. Книга 2

Цифровые осциллографы содержат на входе аналого-цифровой преобразователь, а также миниатюрный компьютер для обработки сигнала и его представления на экране. Если в любой современный компьютер установить хороший аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и соответствующее программное обеспечение, то он легко превращается в осциллограф. Собственно, этим и занимаются некоторые фирмы, разрабатывая модули АЦП, подключаемые к любому универсальному компьютеру. В этом случае вы получите цифровой осциллограф и ряд других приборов на основе своего компьютера. Правда, цена таких модулей пока довольно высока (от $100 до $1000) и за эти деньги вполне можно приобрести простейший аналоговый осциллограф, но обычно программное обеспечение, идущее в комплекте, позволяет использовать приставку и как анализатор спектра.

В современном бытовом компьютере обязательно есть звуковая карта, а значит есть и АЦП, правда, не такой быстродействующий и совершенный, как в специализированном модуле. Но все же звуковая карта позволяет при помощи программы превратить компьютер в простейший осциллограф. Ниже будет приведен перечень этих программ и их особенности, но следует знать некоторые общие ограничения возможностей такого прибора (ведь звуковая карта изначально для этих целей не предназначалась):

1. На входе звуковой карты имеется конденсатор, что не позволяет наблюдать постоянный уровень сигналов. Это эквивалентно наличию у классического осциллографа только так называемого «закрытого» входа (закрытого для прохождения постоянного тока). А так как на входе усилителя звуковой карты стоят низковольтные развязывающие конденсаторы, подавать переменный сигнал, имеющий уровень постоянной составляющей более 5 В, нельзя. Эту проблему поможет решить простой адаптер, показанный на рис. 16.1.

Рис. 16.1.Адаптер для защиты входов звуковой карты компьютера (а) и назначение гнезд разъемов (б) в карте SB для Creative Live 5.1

Схема позволит подавать на вход звуковой карты сигналы с уровнем постоянной составляющей до 150 В (зависит от рабочего напряжения у примененных конденсаторов). При этом диоды VD1—VD8 (могут использоваться любые кремниевые импульсные) ограничивают амплитуду входного переменного сигнала на уровне 1,2…1,4 В — они не оказывают никакого влияния на нормальный входной сигнал, который не превышает 250 мВ.

2. У большинства звуковых карт ограничен линейный участок усилителя диапазоном напряжений до 100…250 мВ. Это значит, что если сигнал на входе (Line in) имеет уровень больше указанного, то, чтобы его наблюдать без ограничения, необходимо применять внешний делитель напряжения. Превышение амплитуды входного сигнала более 5 В может повредить вход, так что следует проявлять осторожность (приведенный на рис. 16.1 адаптер эту проблему устраняет, позволяя регулировочными резисторами уменьшить сигнал до приемлемого уровня).

3. Входное сопротивление звуковой карты обычно не превышает 14…50 кОм — для профессиональных осциллографов в диапазоне низких частот оно должно быть не менее 1 МОм. Повысить входное сопротивление и одновременно увеличить чувствительность осциллографа на основе звуковой карты несложно: достаточно установить каскад усилителя на полевом транзисторе.

На рис. 16.2 показан один канал такого усилителя. Второй транзистор в схеме включен как эмиттерный повторитель, что улучшает согласование. Усиление у такой схемы небольшое (3…5), но зато полоса намного превышает возможности любой карты (до 100 кГц).

Рис. 16.2. Широкополосный малошумящий входной усилитель сигнала

4. Полоса наблюдаемых сигналов ограничена полосой звуковой карты, а это примерно 10…24000 Гц (любой простейший аналоговый осциллограф имеет полосу не хуже 0…10 МГц). На краях диапазона имеются «завалы», поэтому реальная полоса звуковой карты при неравномерности 1 дБ обычно составляет 100… 19000 Гц (на уровне -3 дБ полоса 15…20500 Гц). Отличие каналов не превышает 0,3 дБ.

5. Для использования карты в качестве измерительного осциллографа ее необходимо откалибровать для каждой конкретной программы. Только в этом случае по показаниям на экране можно будет судить о реальной амплитуде сигнала, т. е. проводить измерения.

6. Еще одна особенность, которую необходимо учитывать, — это отсутствие гальванической развязки между компьютером и цепями измерения. Для большинства измерений это нестрашно, к тому же во многих опасных ситуациях спасет адаптер с защитными диодами и высоковольтным конденсатором, (рис. 16.1), но в некоторых случаях возможно появление высокого напряжения на общем проводе входов. Чтобы не столкнуться с неприятностями (повреждением входа Line in звуковой карты) при любых, даже неграмотно выполняемых подключениях можно установить гальваническую развязку сигналов обоих входов и выходов карты.