Цифровой осциллограф программа. Простейший осциллограф из компьютера

Осциллограф – это очень важный прибор, который используется в радиотехнических лабораториях, занимающихся изготовлением и испытанием многих приборов. Но также они могут применяться и в обычных радиомастерских. Основная задача приборов такого типа – обнаружение и исправление электронных схем, отладка их работы, а главное – недопущение проблем при изготовлении новых схем.

Существенный недостаток осциллографов – достаточно высокая цена. Поэтому купить их могут далеко не все желающие. Вот почему возникает вопрос, ? Хоть и известно много вариантов такого изготовления, но в каждом способе задействован один основной элемент – звуковая карта ПК. К ней присоединяется адаптер, благодаря которому согласовываются уровни измеряемых сигналов.

Программное обеспечение

Данный прибор работает благодаря определенной программе. Она передает на экран сигналы, которые визуализируются. Таким образом, преобразуются измеряемые импульсы. Выбор утилитов достаточно большой, но при этом не все они могут работать стабильно хорошо.

Наибольшую популярность приобрела проверенная программа Osci. Благодаря ней, осциллограф работает в нормальном режиме. В программе есть интерфейс, на экране установлена сетка, благодаря которой можно измерить сигнал по длине и амплитуде. Эта сетка особенная, поскольку она обеспечивает дополнительные функции. Благодаря выбору данной программы появляется ряд положительных аспектов, которые не могут гарантировать другие программы.

Технические данные

Для сооружения из компьютера осциллографа необходимо собрать так называемый делитель напряжения или аттенюатор. Данный аппарат позволяет охватить большой диапазон измеряемого напряжения, защитить от повреждений входной порт звуковой платы. Повреждения такого уровня возникают в основном из-за высокого напряжения.

Практически все аудиокарты имеют напряжение входа не более 2-х вольт. Осциллограф, сделанный из компьютера, ограничен в возможностях звуковой платы. Если рассматривать бюджетные карты, то для них этот показатель держится на уровне 0,1 Гц- 20 кГц.

Напряжение в нижней его точке – 1 мВ. Столь невысокий показатель объясняется ограничением уровня фона и шума. Параметры верхнего напряжения – до 500 вольт. Его ограничивают параметры адаптера.

Преимущества и недостатки осциллографов

Никакой радиолюбитель не может обойтись без осциллографа. Хотя данный аппарат продается по достаточно высокой цене. Но при этом у него есть как преимущества, так и ряд недостатков.

Основной плюс осциллографа, созданного собственноручно из компьютера, это его низкая цена. То есть на его переоборудование придется потратить совсем немного денег. А вот недостатков можно насчитать несколько:
1. Высокая чувствительность. Аппарат реагирует на помеха даже низкого уровня. Это приводит к появлению больших погрешностей.
2. Амплитуда звукового сигнала до 2В. Вход звуковой карты не способен выдержать больший показатель. Поэтому звуковая карта может довольно быстро выйти из строя. Однако этого можно избежать.
3. Неспособность постоянно измерять напряжение. Это, по сути, не является существенным недостатком.

Создание осциллографа

Поскольку некоторые осциллографы не допускают сигнал выше 2В, а у некоторых он не превышает показателя в 1В, то нужно постараться устранить эту проблему, поскольку такой амплитуды явно недостаточно. Решение проблемы кроется в увеличении пределов, с которым справляется адаптер. Современная программа, обеспечивающая работу осциллографа, позволяет добиться таких пределов измерения – 12,5 и 250 Вольт.

Если сигнал, амплитуда которого 250 Вольт не нужна, поэтому можно изготовить адаптер с двумя каналами. Для этого устанавливается защита, которая контролирует работу прибора, то есть не допускает ошибочные включения, если показатель напряжения довольно высокий.

Для уменьшения влияния на осциллограф из компьютера воздействующих внешних помех необходимо поместить плату в корпус, выполненный из металла. После к данному корпусу присоединяется общий провод.

Процесс настройки звуковой карты сопровождается отключением усиления микрофона. Для этого громкость на нем делается средняя или ниже среднего уровня. Как только вся работа выполнена, можно приступать к измерению импульсов вторичной обработки трансформатора. Если все проделано верно, то , сможет отобразить на экране осциллограммы даже самых низких частот. Благодаря установленной программе можно будет с легкостью определить уровень частоты сигнала.

Вот так довольно просто сделать современный прибор из компьютера. Осциллограф будет вырисовывать осциллограммы, которые помогут в работе и опытах, проводимых в радиотехнических и домашних лабораториях.

Виртуальный осциллограф "РадиоМастер" позволяет исследовать переменные напряжения в звуковом диапазоне частот: от 30..50 Гц до 10..20 Кгц по двум каналам с амплитудой от нескольких милливольт до десятков вольт. Перед реальным осциллографом такой прибор имеет преимущества: он позволяет легко определять амплитуду сигналов, запоминать осциллограммы в графических файлах. Недостатком прибора является невозможность увидеть и измерить постоянную составляющую сигналов.

На панели прибора располагаются органы управления, типичные для реальных осциллографов, а также специальные средства настройки и кнопки для работы в режиме запоминания осциллограмм. Все элементы панели снабжены всплывающими комментариями, и Вы легко с ними разберетесь. В скобках комментариев указаны клавиши, дублирующие экранные органы управления.

Характеристики осциллографа в значительной степени зависят от параметров звуковой карты Вашего компьютера. Так со старыми типами карт, у которых частота дискретизации не более 44,1 кГц, частотный диапазон прибора ограничен сверху. Используя имеющийся на панели переключатель частоты дискретизации, опробуйте свою звуковую карту, и остановитесь на наивысшем возможном значении. Уже при 96 кГц можно уверенно рассматривать сигналы до 20 кГц.

Разрядность АЦП установлена равной 16, что обеспечивает достаточно высокую точность.

Диапазон измеряемых осциллографом напряжений определятся резистивными делителями, смонтированными на кабеле (см. схему в помощи программы - "?"). При R1 =0 все напряжение поступает на вход АЦП звуковой карты, следовательно можно без искажений рассматривать сигналы амплитудой не более 500..600 мВ. При использовании резисторов указанных на схеме номиналов получается диапазон напряжений до 25 В, что обычно достаточно в любительской практике.

Если ваша звуковая карта не имеет линейного входа, используйте вход микрофона, но при этом будет потерян один канал осциллографирования. Не забудьте указать выбранный вход звуковой карты в установках Windows. Соответствующий регулятор громкости установите в положение максимума, регулятор баланса в нейтральное положение.

Программа опробована под Win98 и WinXP.

Кол-во закачек: 53972
freeware | russian| Размер: 241 Кб

Дата публикации: 29.04.2005

Мнения читателей

• андрей / 23.02.2015 - 16:45
  спасибо большое! здесь некоторые утверждают, что осциллограф за 100 тысяч намного круче. согласен. но пока я не купил осциллограф за 100тыр, буду пользоваться этим.
• 9898 / 13.02.2014 - 13:56
  прогу скачал.все работает.работае медленно. не вижу смысла этой проги в ней и графика нет.не качайте посоны
• геннадий / 23.05.2013 - 15:19
  скачал на бук,был удивлен,когда на экране забегали синусоиды,оказалось микрофон включен и ловит любые колебания,так что все скачивается и все работает,осталось кусок кабеля и делитель повесить.
• / 20.01.2013 - 11:14
• Синклер / 14.09.2012 - 09:13
  Фигня какая то для дворца пионеров Спектралаб позволяет тупо файл писать ВЕСЬ сигнал а потом не спеша посматривать интересные его места
• Betti / 18.01.2012 - 15:21
  It"s about time somenoe wrote about this.
• SevaSDT / 12.12.2011 - 11:57
  А у меня не пашет... :(
• sk3pif / 26.08.2011 - 05:20
  
• sk3pif / 26.08.2011 - 05:17
  Более свежую версию можно найти на сайте разработчика: http://www.zapisnyh.narod.ru/dwnld.htm
• sk3pif / 26.08.2011 - 05:15
  Более свежая версия на сайте разработчика http://www.zapisnyh.narod.ru/dwnld.htm
• Алексей / 25.08.2011 - 15:09
  На сайте RadioMaster видел подробную инфу за эту прогу
• ден / 13.05.2011 - 17:09
  спасибо большое класс!!!
• Михаил / 25.04.2011 - 04:28
  Спасибо,у меня был подобный,но там все надписи на панели были на английском-трудноразбираться.
• Александр / 27.02.2011 - 23:47
  Спасибо,давно искал
• / 22.02.2011 - 12:22
• max12312 / 14.02.2011 - 11:32
  пасбо огромное автору, для любительских целей оч удобная прога
• Сергей / 05.02.2011 - 20:04
  Классная вещь.
• tulroja / 26.03.2010 - 07:49
  pod xubuntu 904 pod winom na Fujitsu Simens Amilo M ot vstroennogo mikrofona pliashet boaldenno. 10q
• Qvin / 04.02.2010 - 03:32
  Хорошая программа очень помогла при настройке измерителя RLC-2!Она наче специально написана под етот прибор!http://pro-radio.ru/measure/6873-219/
• 12val12 / 25.01.2010 - 15:34
  "Уже при 96 кГц можно уверенно рассматривать сигналы до 20 кГц." пять точек на период...пля "уверенно рассматривать " 10 точек на период минимум а если узкий пик то не факт что выборка попадёт на момент пика либо входной фильт размажет

1

Виртуальные цифровые запоминающие осциллографы (ВЦЗО) объединяют возможности аналогичных автономных осциллографов с гибкостью и удобством ПК, что позволяет эффективно автоматизировать измерительные задачи. При использовании устройств сбора данных для создания многоканального виртуального осциллографа сигналы записываются в файлы на жестком диске ПК.

Для измерения амплитудных и временных параметров исследуемого сигнала используется специальный курсор, который может передвигаться по изображению сигнала. В программе предусмотрено автоматическое вычисление среднего, среднеквадратического значений сигнала, отображение на экране минимального и максимального значений сигнала. Для более подробного наблюдения формы сигнала используется растяжка изображения, интерполяция (сигнал изображается непрерывной линией, а не точками), наложение масштабной сетки.

Программа обработки сигнала является многооконной. В окнах кроме исследуемых сигналов могут быть отображены, например, суммарный сигнал u 1 (t )+u 2 (t ); сигнал произведенияu 1 (t )u 2 (t ) и др. Сигнал каждого окна можно перенести на экран ПК для более подробного анализа. Сигналы могут быть сжаты или расширены во времени.

Двухканальные осциллографы компании National Instruments с частотой дискретизации 20 МГц могут быть использованы с интерфейсамиCompact PCI ;PCMCIA иISA . На рис. 7.3 представлена упрощенная схема платы для создания двухканального виртуального ЦЗО. Плата содержит: внутреннюю шину ввода-вывода; 8-разрядный АЦП в каждом канале с частотой выборки 20 млн выб./с (20 МГц); оперативное запоминающее устройство (буферную память типаFIFO , где запись информации выполняется в последовательности поступления выборок); выход на шину ПК. Программируемое постоянное запоминающее устройство хранит и перепрограммирует режимы работы осциллографа. Калибровочные ЦАП используются для калибровки каналов «В/дел. ». Таймер – генератор временной выборки – обеспечивает необходимую частоту выборки. Синхронную работу всех блоков реализует синхронизатор.

Синхронизатор работает в режимах внутренней и внешней синхронизации, а также обладает расширенными возможностями записи сигнала. Имеется дополнительная шина синхронизации.

Рис. 7.3. Структурная схема платы двухканального цифрового запоминающего осциллографа National Instruments

Длительность записи напрямую зависит от объема памяти, отведенной под хранение оцифрованных выборок для обработки и отображения на экране. Длительность записи ограничивает максимальную продолжительность одиночного захвата сигнала. Например, при буфере на 1000 выборок и частоте дискретизации 20 МГц продолжительность захвата составляет 50 мкс. При буфере 100000 выборок и частоте 20 МГц продолжительность захвата составляет 5 мс. Использование шины PCI увеличивает число выборок до нескольких миллионов на канал, так как они немедленно переносятся в системную память компьютера. Осциллограф имеет аналоговый и цифровой запуск. Программное обеспечение поставляется вместе с платой. Интерфейс программы представляет собой панель, с которой можно управлять осциллографом без предварительного программирования.

Осциллограф снабжен специальными схемами контроля: функционирования отдельных блоков; пути прохождения данных; работы синхронизатора; ЦАП; усилителей и др. Ниже приводятся ориентировочные данные виртуальных осциллографов компании National Instruments (PCI -5102,PXI -5102,DAQCard -5102,AT -5102).

На рис. 7.4 показаны структурная схема и внешний вид модуля PC S 500 фирмыVelleman , подключаемого кIBM -совместимому компьютеру, а также соединительные кабели и компакт-диск с программойPC Lab 2000 под операционные системыWindows 95/98.

Рис. 7.4. Внешний модуль PC S500:

а) – упрощенная структурная схема; б) – внешний вид

Плата имеет два Y -входа для реализации двухканального цифрового запоминающего осциллографа. Аналоговые измеряемые сигналы преобразуются в цифровые. Время выборки АЦП задается таймером. Записанные в ОЗУ цифровые данные передаются через параллельный принтерный порт в компьютер для последующей обработки, запоминания и отображения на экране дисплея.

Программная часть, заложенная в памяти компьютера, создает на экране дисплея компьютера виртуальную переднюю панель осциллографа, полностью эмулирующую панель стационарного ЦЗО. Такая панель может быть перепрограммирована и оптимизирована для конкретных задач. Управление процессом измерения реализуется при помощи мыши. Горизонтальные и вертикальные курсоры позволяют выполнять измерения амплитудных и временных параметров сигнала. На экране высвечиваются соответствующие коэффициенты отклонения и развертки, мгновенные значения сигнала, временные интервалы, среднеквадратическое значение сигнала, частота.

Программное обеспечение позволяет реализовать: анализатор спектра (и показать на экране частотный спектр сигнала с использованием быстрого преобразования Фурье); автоматическую запись медленно протекающих процессов; функциональный генератор сигналов (с библиотекой специальных функций и волновым редактором, позволяющим создавать колебания любой формы); анализатор частотных характеристик усилителя, фильтра и т.д.

Ниже приводятся характеристики виртуального двухканального ЦЗО, реализованного на плате PC S 500.

Минимальные системные требования для подключения S500 к ПК: IBM-совместимый компьютер под управлением Windows 95/98, NT4; VGA-видеокарта с разрешением 600 х 800; жесткий диск на 3 Мбайт; мышь или устройство указания; устройство для чтения компакт-дисков; свободный параллельный порт.

Основные возможности программного обеспечения:

сохранение данных и экранной информации;

просмотр сохраненных изображений;

стандартный интерфейс Windows , копирование, вставка удаленного текста;

широкие возможности измерения сигнала с использованием маркеров;

прямое считывание истинного среднеквадратического значения сигнала, затухания в децибелах и частоты;

возможность растяжения изображения на экране;

применение математических функций к сигналу;

выбор цвета сигнала на экране;

добавление текста на экран.

PCS 500A - двухканальный осциллограф фирмыVelleman в серии PC совместимых осциллографов. Отличительные особенностиPCS 500A : внешний триггер, улучшенная входная чувствительность, улучшенная временная развертка осциллографа, расширенный частотный диапазон спектроанализатора.

Стандартная комплектация PCS 500A : прибор, две пары щупов, адаптер, кабель параллельного интерфейса, программное обеспечение, инструкция.

Подробные технические характеристики PCS500A:

Источ. сигнала: кан. 1, кан. 2, триггер или своб. запуск

Частота дискретизации: 1 Гвыб./с

Врем. развертка: 20 нс -100 мс/дел.

Входн. чувствит.: 5 мВ -15 В/дел.

Част, стробиров.: 1.25 кГц - 50 МГц при повт. 1 ГГц

Интерполяция: линейная или сглаженная

Длина записи: 4096 выб./канал

Частотн. диапазон: 0..1-2 кГц до 25 МГц

Принцип действия: БПФ (быст. преобр. Фурье)

БПФ разрешение: 2048 строк

БПФ входн. каналы: канал 1 или канал 2

Доп. функции: функция масштабир.

Маркеры: для напряжения и частоты

Временной масштаб: 20 мс/дел. - 2000 с/дел.

Макс. время записи: 9.4 ч/экран

Мин., макс. част, выбор.: 1 выб./20 с, 100 выб./с

Запись данных: автом. в течении 1 года и более

Доп. функции: функция масштабирования

Маркеры: для времени и напряжения

Осциллограф Фурье анализатор Самописец

Входной импеданс: 1 МОм/ЗО пФ

Мах входное напряж.: 100 В (пост, перем.)

Частот, характер. ±3 дБ: 0 Гц - 50 МГц

Напряжение питания: 9-10 В/1000 мА

Размеры: 230 х 165 х 45 мм

Windows 95, 98, 2000 или NT

SVGA видеокарта (мин. 800 х 600)

Принтерный порт LPT1, LPT2 или LPT3

Арифметический сопроцессор для спектроанализатора.

В ЗАО «Центр АЦП» разработан виртуальный цифровой двухканальный запоминающий осциллограф ЦЗО-01. Его основные характеристики: частота дискретизации 50 МГц; полоса пропускания 0–50 МГц; входной импеданс 1 МОм, 17 пФ; разрядность АЦП 8; объем памяти 256 К; диапазон измеряемых напряжений ± 50 мВ ±50 В; сохранение сигнала в памяти 262144 отсчетов (реальное время); запись предыстории. Программные функции: автоматическое измерение амплитуды, частоты, скорости нарастания. Кроме того, печать графиков, запись файлов в двоичномASCII формате и одновременный просмотр всего массива данных на экране.

На рис. 7.5 показаны лицевые панели осциллографов, реализованные пользователем.

Рис. 7.5. Лицевые панели осциллографов

Осциллограф является самым важным инструментом для наблюдения и измерения параметров электронных схем. Это устройство, изображения которого представляют собой графическое отображение напряжения (по вертикальной оси) в зависимости от времени (по горизонтальной оси).

Функциональные особенности

Основная функция осциллографа заключается в предоставлении графика напряжения с течением времени. Обычно ось Y представляет собой напряжение, а ось X – время. Это бывает полезно:

• для измерения таких параметров, как тактовые частоты, рабочие циклы сигналов с широтно-импульсной модуляцией, задержкой распространения или временем нарастания и спада сигналов, получаемых с датчиков;
• для предупреждения пользователя о наличии сбоев в системе или перехватчиках;
• для исследования (наблюдения, записи, измерения) амплитудных и временных параметров.

Для информации. Диапазоны измерения огромны. К примеру, на относительно дешевом осциллографе можно регулировать от 5 мВ/см до 5 В/см (по вертикальной шкале) и от 2 мкс/см до 20 с/см (по горизонтали).

Другие функции устройства:

1. Показывать и вычислять частоту и амплитуду осциллирующего сигнала;
2. Показывать напряжение и время. Эта функция наиболее часто используется в экспериментальных лабораториях;
3. Помогать устранять любые неисправные компоненты проекта, просмотрев ожидаемый результат;
4. Показывать изменение переменного или постоянного напряжения.

Для лучшего понимания функций устройства необходимо ознакомиться с используемыми терминами и с тем, что они собой представляют:

1. Полоса пропускания указывает диапазон частот, который может точно измерить устройство;
2. Точность усиления показывает, насколько точно вертикальная система ослабляет или усиливает сигнал. Величина указывается в процентной ошибке;
3. Временная база или горизонтальная точность указывает, насколько точно горизонтальная система отображает синхронизацию сигнала. Это отображается как процентная погрешность;
4. Время нарастания – еще один способ описания полезного частотного диапазона прибора. Время нарастания необходимо учитывать при измерении импульсов и ступеней. Прибор не может точно отображать импульсы со временем нарастания быстрее, чем указанное время нарастания осциллографа;
5. Вертикальная чувствительность показывает, насколько вертикальный усилитель может усилить слабый сигнал. Вертикальная чувствительность обычно указывается в мВ/дел (милливольтах на деление). Наименьшее напряжение, которое может обнаружить осциллограф общего назначения, обычно составляет около 1 мВ на вертикальное деление экрана;
6. Скорость развертки – этот параметр указывает на то, как быстро трассировка может проходить по экрану. Это обычно указывается в нс/дел (наносекундах за деление);
7. Частота дискретизации в цифровом осциллографе показывает, сколько выборок в секунду может получить конвертер от А до D. Максимальная частота дискретизации обычно задается в Мп/с (мегапикселях в секунду). Чем быстрее осциллограф может пробовать, тем точнее он может представлять тонкие детали сигнала. Минимальная частота дискретизации также может быть важной, если нужно смотреть медленно меняющиеся сигналы в течение длительных периодов времени. Как правило, частота дискретизации меняется с изменениями, внесенными в элемент управления, чтобы поддерживать постоянное количество точек формы сигнала в записи осциллограммы;
8. Длина записи цифрового осциллографа показывает количество осциллограмм, которые устройство может получить за каждую запись. Максимальная длина записи зависит от ее памяти. Существует возможность получения подробного изображения сигнала в течение короткого периода времени или менее детального изображения в течение более длительного периода времени.

Преобразование компьютера в осциллограф

Существует два способа преобразования:

1. Первый – заключается в подключении к вводу/выводу платы микроконтроллера PIC цепи. Комплект с соответствующей программой позволит читать цифровые или аналоговые сигналы и возвращать результаты через последовательный порт компьютера. Также можно создавать ШИМ-сигналы, звуковые сигналы, импульсы и управлять ими с компьютера;
2. Второй способ – беззатратный, в каждом ПК имеется встроенные АЦП и звуковая карта. Используя их, можно компьютер переделать в осциллограф с помощью установки ПО и спайкой входного делителя. Подобные программы можно найти легко в интернете. Одна из них – Digital Oscilloscope V3.0.

Программа «Компьютер – осциллограф»

После запуска программы на экране появится изображение, внешне очень похожее на обычный осциллограф. Для подачи сигнала используется линейный вход звуковой карты. Подача на вход сигнала возможна лишь с ограничением – не более 0,5-1 В, поэтому необходимо спаять входной делитель по простой схеме, изображенной на картинке.

Важное достоинство программы – виртуальный осциллограф запоминающий. Работу можно приостановить, оставшуюся на экране осциллограмму можно сохранить в памяти компьютера или распечатать. На передней панели имеется множество элементов управления, которые позволяют увеличить или уменьшить единицы времени и напряжения.

Применение в быту

Онлайн осциллограф является важным инструментом для любого инженера-электрика. Его можно использовать как счетчик коммунальных услуг. Например, он позволяет заметить, что потребление электроэнергии выше в зимние месяцы, чем летние месяцы, или, что потребление электроэнергии уменьшилось после покупки более эффективного холодильника, или то, что потребление электроэнергии увеличивается, когда включить микроволновую печь. Чаще всего более важно анализировать эти шаблоны в сигналах, чем сами показания напряжения.

Интеллектуальный измеритель отображает сигнал в реальном времени. Из его графиков можно видеть, что используется меньше электричества в будние дни, когда домочадцы находятся не дома, а в школе или на работе. Это информация, которую по-другому не получить.

Как сделать цифровой осциллограф из компьютера своими руками?

Начинающим радиолюбителям посвящается!

О том, как собрать самый простой адаптер для программного виртуального осциллографа, пригодный для использования в ремонте и настройке аудиоаппаратуры. https://сайт/

В статье рассказывается также о том, как можно измерить входной и выходной импеданс и как рассчитать аттенюатор для виртуального осциллографа.

Самые интересные ролики на Youtube

Близкие темы.

О виртуальных осциллоскопах.

Когда-то у меня была идея фикс: продать аналоговый осциллограф и купить ему на замену цифровой USB осциллоскоп. Но, прошвырнувшись по рынку, обнаружил, что самые бюджетные осциллографы «начинаются» от 250 долларов, да и отзывы о них не очень хорошие. Более же серьёзные приборы стоят в несколько раз дороже.

Так что, решил я ограничиться аналоговым осциллографом, а для построения какой-нибудь эпюры для сайта, использовать виртуальный осциллограф.

Скачал из сети несколько программных осциллографов и попытался что-нибудь померить, но ничего путного из этого не вышло, так как, либо не удавалось откалибровать прибор, либо интерфейс не годился для скриншотов.

Было, уже забросил это дело, но когда подыскивал себе программу для снятия АЧХ, наткнулся на комплект программ «AudioTester». Анализатор из этого комплекта мне не понравился, а вот осциллограф «Osсi» (далее буду его называть «AudioTester») оказался в самый раз.

Этот прибор имеет интерфейс схожий с обычным аналоговым осциллографом, а на экране есть стандартная сетка, которая позволяет измерять амплитуду и длительность. https://сайт/

Из недостатков можно назвать некоторую нестабильность работы. Программа иногда подвисает и для того, чтобы её сбросить приходится прибегать к помощи Task Manager-а. Но, всё это компенсируется привычным интерфейсом, удобством использования и некоторыми очень полезными функциями, которые я не встречал ни в одной другой программе подобного типа.

Внимание! В комплекте программ «AudioTester» есть генератор низкой частоты. Я не рекомендую его использовать, так как он пытается самостоятельно управлять драйвером аудиокарты, что может привести к необратимому отключению звука. Если Вы решите его использовать позаботьтесь о точке восстановления или о бэкапе ОС. Но, лучше скачайте нормальный генератор из «Дополнительных материалов».

Другую интересную программу виртуального осциллографа «Авангард» написал наш соотечественник Записных О.Л.

У этой программы нет привычной измерительной сетки, да и экран слишком большой для снятия скриншотов, но зато есть встроенный вольтметр амплитудных значений и частотомер, что частично компенсирует указанный выше недостаток.

Частично потому, что на малых уровнях сигнала и вольтметр и частотомер начинают сильно привирать.

Однако для начинающего радиолюбителя, который не привык воспринимать эпюры в Вольтах и миллисекундах на деление, этот осциллограф может вполне сгодиться. Другое полезное свойство осциллографа «Авангард» – возможность независимой калибровки двух имеющихся шкал встроенного вольтметра.

Так что, я расскажу о том, как построить измерительный осциллограф на базе программ «AudioTester» и «Авангард». Конечно, кроме этих программ понадобится и любая встроенная или отдельная, самая бюджетная аудиокарта.

Собственно, все работы сводятся к тому, чтобы изготовить делитель напряжения (аттенюатор), который позволил бы охватить широкий диапазон измеряемых напряжений. Другая функция предлагаемого адаптера – защита входа аудиокарты от повреждения при попадании на вход высокого напряжения.

Технические данные и область применения.

Так как во входных цепях аудиокарты есть разделительный конденсатор, то и осциллограф может использоваться только с «закрытым входом». То есть, на его экране можно будет наблюдать только переменную составляющую сигнала. Однако, при некоторой сноровке, с помощью осциллографа «AudioTester» можно измерить и уровень постоянной составляющей. Это может пригодиться, например, когда время отсчёта мультиметра не позволяет зафиксировать амплитудное значение напряжения на конденсаторе, заряжающемся через большой резистор.

Нижний предел измеряемого напряжения ограничен уровнем шума и уровнем фона и составляет примерно 1мВ. Верхний предел ограничивается только параметрами делителя и может достигать сотен вольт.

Частотный диапазон ограничен возможностями аудиокарты и для бюджетных аудиокарт составляет: 0,1Гц… 20кГц (для синусоидального сигнала).

Конечно, речь идёт о довольно примитивном приборе, но в отсутствие более продвинутого девайса, вполне может сгодиться и этот.

Прибор может помочь в ремонте аудиоаппаратуры или использоваться в учебных целях, особенно если его дополнить виртуальным генератором НЧ. Кроме этого, с помощью виртуального осциллографа легко сохранить эпюру для иллюстрации какого-либо материала, или для размещения в Интернете.

Электрическая схема аппаратной части осциллографа.

На чертеже изображена аппаратная часть осциллографа – «Адаптер».

Для постройки двухканального осциллографа придётся продублировать эту схему. Второй канал может пригодиться для сравнения двух сигналов или для подключения внешней синхронизации. Последнее предусмотрено в «AudioTester-е».

Резисторы R1, R2, R3 и Rвх. – делитель напряжения (аттенюатор).

Номиналы резисторов R2 и R3 зависят от применяемого виртуального осциллографа, а точнее от используемых им шкал. Но, так как у «AudioTester-а» цена деления кратна 1, 2 и 5-ти, а у «Авангард-а» встроенный вольтметр имеет всего две шкалы, связанных между собой коэффициентом 1:20, то использование адаптера, собранного по приведённой схеме не должно доставлять неудобств в обоих случаях.

Входное сопротивление аттенюатора около 1-го мегома. По-хорошему, это значение должно бы быть постоянным, но конструкция делителя при этом бы серьёзно усложнилась.

Конденсаторы C1, C2 и C3 выравнивают амплитудно-частотную характеристику адаптера.

Стабилитроны VD1 и VD2 вместе с резисторами R1 защищают линейный вход аудиокарты от повреждения в случае случайного попадания высокого напряжения на вход адаптера, когда переключатель находится в положении 1:1.

Согласен с тем, что представленная схема не отличается изящностью. Однако это схемное решение позволяет самым простым способом достичь широкого диапазона измеряемых напряжений при использовании всего нескольких радиодеталей. Аттенюатор же, построенный по классической схеме, потребовал бы применения высокомегаомных резисторов, и его входное сопротивление менялось бы слишком значительно при переключении диапазонов, что ограничило бы применение стандартных осциллографических кабелей, рассчитанных на входной импеданс 1МОм.

Защита от «дурака».

Чтобы обезопасить линейный вход аудиокарты от случайного попадания высокого напряжения, параллельно входу установлены стабилитроны VD1 и VD2.

Резистор R1 ограничивает ток стабилитронов до 1мА, при напряжении 1000 Вольт на входе 1:1.

Если Вы, действительно, собираетесь использовать осциллограф для измерения напряжения до 1000 Вольт, то в качестве резистора R1 можно установить МЛТ-2 (двухваттный) или два МЛТ-1 (одноваттных) резистора последовательно, так как резисторы различаются не только по мощности, но и по максимально-допустимому напряжению.

Конденсатор С1 также должен иметь максимальное допустимое напряжение 1000 Вольт.

Небольшое пояснение вышесказанного. Иногда требуется взглянуть на переменную составляющую сравнительно небольшой амплитуды, которая, тем не менее, имеет большую постоянную составляющую. В таких случаях нужно иметь в виду, что на экране осциллографа с закрытым входом можно увидеть только переменную составляющую напряжения.

На картинке видно, что при постоянной составляющей 1000 Вольт и размахе переменной составляющей 500 Вольт, максимальное напряжение, приложенное к входу, будет 1500 Вольт. Хотя, на экране осциллографа мы увидим только синусоиду амплитудой 500 Вольт.

Как измерить выходное сопротивление линейного выхода?

Этот параграф можно пропустить. Он рассчитан на любителей мелких подробностей.

Выходное сопротивление (выходной импеданс) линейного выхода, рассчитанного на подключение телефонов (наушников), слишком мало, чтобы оказать существенное влияние на точность измерений, которые нам предстоит выполнить в следующем параграфе.

Так для чего измерять выходной импеданс?

Так как мы будем использовать для калибровки осциллографа виртуальный низкочастотный сигнал-генератор, то его выходной импеданс будет равен выходному импедансу линейного выхода (Line Out) звуковой карты.

Убедившись в том, что выходной импеданс мал, мы можем предотвратить грубые ошибки при измерении входного импеданса. Хотя, даже при самом плохом стечении обстоятельств эта ошибка вряд ли превысит 3… 5%. Откровенно говоря, это даже меньше возможной ошибки измерений. Но, известно, что ошибки имеют привычку «набегать».

При использовании генератора для ремонта и настройки аудиотехники тоже желательно знать его внутренне сопротивление. Это может пригодиться, например, при измерении ESR (Equivalent Series Resistance) эквивалентного последовательного сопротивления или попросту реактивного сопротивления конденсаторов.

Мне, благодаря этому измерению, удалось выявить самый низкоомный выход в моей аудиокарте.

Если у аудиокарты всего одно выходное гнездо, то тогда всё ясно. Оно одновременно является и линейным выходом и выходом на телефоны (наушники). Его импеданс, как правило, мал, и его можно не измерять. Именно такие аудио-выходы используются в ноутбуках.

Когда же гнёзд целых шесть и есть ещё парочка на передней панели системного блока, а каждому гнезду можно назначить определённую функцию, то выходное сопротивление гнёзд может существенно отличаться.

Обычно, самый низкий импеданс соответствует гнезду салатового цвета, которое по-умолчанию и является линейным выходом.

Пример замера импеданса нескольких разных выходов аудиокарты установленных в режим «Телефоны» и «Линейный выход».

Как видно из формулы, абсолютные значения измеренного напряжения роли не играют, потому эти замеры можно делать задолго до калибровки осциллографа.

Пример расчёта.

U1 = 6 делений.

U2 = 7 делений.

Rx = 30(7 – 6) / 6 = 5 (Ом).

Как измерить входное сопротивление линейного входа?

Чтобы рассчитать аттенюатор для линейного входа аудиокарты, нужно знать входное сопротивление линейного входа. К сожалению, измерить входное сопротивление при помощи обычного мультиметра нельзя. Это связано с тем, что во входных цепях аудиокарт имеются разделительные конденсаторы.

Входные же сопротивления разных аудиокарт могут очень сильно отличаться. Так что, этот замер сделать всё-таки придётся.

Для измерения входного импеданса аудокарты по переменному току, нужно подать на вход через балластный (добавочный) резистор синусоидальный сигнал частотой 50 Гц и рассчитать сопротивление по приведённой формуле.

Синусоидальный сигнал можно сформировать в программном генераторе НЧ, ссылка на который есть в «Дополнительных материалах». Замер амплитудных значений также можно произвести программным осциллографом.

На картинке изображена схема подключений.

Напряжения U1 и U2 нужно измерить виртуальным осциллографом в соответствующих положениях выключателя SA. Абсолютные значения напряжения знать не нужно, поэтому расчёты валидны до калибровки прибора.

Пример расчёта.

Rx = 50 * 100 / (540 – 100) ≈ 11,4 (кОм).

Вот результаты замеров импеданса разных линейных входов.

Как видите, входные сопротивления отличаются в разы, а в одном случае почти на порядок.

Как рассчитать делитель напряжения (аттенюатор)?

Максимальная неограниченная амплитуда входного напряжения аудиокарты, при максимальном уровне записи, около 250мВ. Делитель же напряжения, или как его ещё называют, аттенюатор позволяет расширить диапазон измеряемых напряжений осциллографа.

Аттенюатор можно построить по разным схемам, в зависимости от коэффициента деления и необходимого входного сопротивления.

Вот один из вариантов делителя, позволяющих сделать входное сопротивление кратным десяти. Благодаря добавочному резистору Rдоб. можно подогнать сопротивление нижнего плеча делителя до какой-нибудь круглой величины, например, 100 кОм. Недостаток этой схемы в том, что чувствительность осциллографа будет слишком сильно зависеть от входного сопротивления аудиокарты.

Так, если входной импеданс равен 10 кОм, то коэффициент деления делителя увеличится в десять раз. Уменьшать же резистор верхнего плеча делителя не желательно, так как он определяет входное сопротивление прибора, да и является основным звеном защиты прибора от высокого напряжения.

Так что, я предлагаю Вам самостоятельно рассчитать делитель, исходя из входного импеданса Вашей аудиокарты.

На картинке нет ошибки, делитель начинает делить входное напряжение уже при выборе масштаба 1:1. Расчеты же, конечно нужно делать, опираясь на реальное соотношение плеч делителя.

На мой взгляд, это самая простая и вместе с тем самая универсальная схема делителя.

Пример расчёта делителя.

Исходные значения.

R1 – 1007 кОм (результат замера резистора на 1 мОм).

Rвх. – 50 кОм (я выбрал более высокоомный вход из двух имеющихся на передней панели системного блока).

Расчёт делителя в положении переключателя 1:20.

Сначала рассчитаем по формуле (1) коэффициент деления делителя, определяемый резисторами R1 и Rвх.

(1007 + 50)/ 50 = 21,14 (раз)

Значит, общий коэффициент деления в положении переключателя 1:20 должен быть:

21,14*20 = 422,8 (раз)

Рассчитываем номинал резистора для делителя.

1007*50 /(50*422,8 –50 –1007) ≈ 2,507 (кОм)

Расчёт делителя в положении переключателя 1:100.

Определяем общий коэффициент деления в положении переключателя 1:100.

21,14*100 = 2114 (раз)

Рассчитываем величину резистора для делителя.

1007*50 / (50*2114 –50 –1007) ≈ 0,481 (кОм)

Для облегчения расчётов, загляните по этой ссылке:

Если вы собираетесь использовать только осциллограф «Авангард» и только в диапазонах 1:1 и 1:20, то точность подбора резистора может быть низка, так как «Авангард» можно откалибровать независимо в каждом из двух имеющихся диапазонов. Во всех остальных случаях придётся подобрать резисторы с максимальной точностью. Как это сделать написано в следующем параграфе.

Если Вы сомневаетесь в точности своего тестера, то можно подогнать любой резистор с максимальной точностью методом сравнения показаний омметра.

Для этого, вместо постоянного резистора R2 временно устанавливается подстроечный резистор R*. Сопротивление подстроечного резистора подбирается так, чтобы получить минимальную ошибку в соответствующем диапазоне деления.

Затем сопротивление подстроечного резистора измеряется, а постоянный резистор уже подгоняется под измеренное омметром сопротивление. Так как оба резистора измеряются одним и тем же прибором, то погрешность омметра не влияет на точность замера.

А это парочка формул для расчёта классического делителя. Классический делитель может пригодиться, когда требуется высокое входное сопротивление прибора (мОм/В), а применять дополнительную делительную головку не хочется.

Как подобрать или подогнать резисторы делителя напряжения?

Так как радиолюбители часто испытывают трудности при поиске прецизионных резисторов, я расскажу о том, как можно с высокой точностью подогнать обычные резисторы широкого применения.

Высокоточные резисторы всего в несколько раз дороже обычных, но на нашем радиорынке их продают по 100 штук, что делает их покупку не очень целесообразной.

Использование подстроечных резисторов.

Как видите, каждое плечо делителя состоит из двух резисторов – постоянного и подстроечного.

Недостаток – громоздкость. Точность ограничена только доступной точностью измерительного прибора.

Подбор резисторов.

Другой способ – подбор пар резисторов. Точность обеспечивается за счёт подбора пар резисторов из двух комплектов резисторов с большим разбросом. Сначала все резисторы промеряются, а затем подбираются пары, сумма сопротивлений которых наиболее соответствует схеме.

Именно этим способом, в промышленных масштабах, подгонялись резисторы делителя для легендарного тестера «ТЛ-4».

Недостаток метода – трудоёмкость и потребность в большом количестве резисторов.

Чем длиннее список резисторов, тем выше точность подбора.

Подгонка резисторов при помощи наждачной бумаги.

Подгонкой резисторов, путём удаления части резистивной плёнки, не брезгует даже промышленность.

Однако при подгонке высокоомных резисторов не допускается прорезать резистивную плёнку насквозь. У высокоомных плёночных резисторов МЛТ, плёнка нанесена на цилиндрическую поверхность в виде спирали. Подпиливать такие резисторы нужно крайне осторожно, чтобы не разорвать цепь.

Точную подгонку резисторов в любительских условиях можно осуществить при помощи самой мелкой наждачной бумаги – «нулёвки».

Сначала с резистора МЛТ, у которого заведомо меньшее сопротивление, при помощи скальпеля аккуратно удаляется защитный слой краски.

Затем резистор подпаивается к «концам», которые подключаются к мультиметру. Осторожными движениями шкурки-«нулёвки» сопротивление резистора доводится до нормы. Когда резистор подогнан, место пропила покрывается слоем защитного лака или клея.

Что такое шкурка-«нулёвка» написано .

На мой взгляд, это самый быстрый и простой способ, который, тем не менее, даёт очень хорошие результаты.

Конструкция и детали.

Элементы схемы адаптера размещены в прямоугольном дюралюминиевом корпусе.

Переключение коэффициента деления аттенюатора осуществляется тумблером со средним положением.

В качестве входного гнезда применён стандартный разъём СР-50, что позволяет использовать стандартные кабели и щупы. Вместо него можно применить обычное аудио гнездо типа Джек (Jack) 3,5мм.

Выходной разъём – стандартное аудио гнездо 3,5мм. Адаптер соединяется с линейным входом аудиокарты при помощи кабеля с двумя Джеками 3,5мм на концах.

Сборка произведена методом навесного монтажа.

Для использования осциллографа понадобится ещё кабель со щупом на конце.