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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Zweikanal-Oszilloskopaufsatz für PC. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Es ist bekannt, dass es sehr problematisch ist, einige Geräte ohne Oszilloskop gut einzurichten. Oszilloskope sind jedoch ziemlich teuer, wenn Sie also einen IBM-kompatiblen Computer haben, ist es viel billiger, eine relativ einfache Set-Top-Box dafür zu bauen, wie die im folgenden Artikel beschriebene. Das vorgeschlagene Zweikanal-Oszilloskop zum Anschluss an einen PC dient dazu, die Form elektrischer Signale zu beobachten und zu untersuchen sowie die Zeit- und Amplitudeneigenschaften elektrischer Prozesse zu messen. Die Bandbreite jedes Kanals beträgt 0...50 MHz, der Strahlablenkfaktor 0,1...20 V/div, die Eingangsimpedanz 1 MΩ, die Eingangskapazität 20 pF, die Wobbeldauer 0,1 µs bis 100 ms/div Minimale PC-Anforderungen: 386, VGA, Druckeranschluss, MS DOS 3.3. Auf den Hochfrequenzbändern arbeitet das Gerät nach dem Stroboskop-Prinzip, auf den Niederfrequenzbändern – in Echtzeit. Die Software ermöglicht den Betrieb im Spektrumanalysator-Modus. Die Anzahl der Samples des auf dem Bildschirm angezeigten Signals im Normalmodus beträgt 256, im Spektrumanalysatormodus - 128. Das Programm verwendet den LPT1-Port (siehe Tabelle): Basisport 378H, Druckerstatussignalport (Eingang) 379H, Steuersignalanschluss (Ausgang) 37AH . Das Programm geht davon aus, dass der Zustand der Portbits dem Standard entspricht und den Zuständen der Signale an den Pins des Druckersteckers [1] entspricht.
Das schematische Diagramm der Befestigung ist in Abb. 1 dargestellt. 1. Die untersuchten Signale über die Eingangsbuchsen XW2 und XW1 werden resistiv-kapazitiven Teilern zugeführt, die aus Schaltern 2SA2, 2SA1, Widerständen 1R1 -8R2, 1R2-8R1 und Kondensatoren 2C1-9,2C2C2-9C1 bestehen, die die maximale Vertikale bestimmen Spanne (Präfixe 2 und 1 bezeichnen im Folgenden die Zugehörigkeit der Elemente zu den Kanälen 2 bzw. 1). Die MOS-Schalter der 1DA1-Mikroschaltung sind über Repeater an den Transistoren 2VT2, 1VT2 und 2VT1, 1VT1 mit den Ausgängen der Teiler verbunden (zwei ihrer Richtungen werden in Kanal 2 verwendet, der Rest in Kanal 10). Die Tasten werden durch Impulse mit einer Dauer von etwa 1.2 ns geöffnet, die vom Shaper des DD1-Triggers kommen, und die Kondensatoren 10C2 und 10C1 werden durch sie aufgeladen, an denen die nicht invertierenden Eingänge der Operationsverstärker 2DA2 und 2DA10 liegen in Verbindung gebracht. Die Spannungen an den Kondensatoren, die den Spannungen der Signale zum Zeitpunkt des Öffnens der Tasten entsprechen, werden vom Operationsverstärker um das XNUMX-fache verstärkt. Die Dauer des Öffnungsimpulses entspricht der Mindestdauer der Front des Eingangssignals, die unverzerrt dargestellt wird, bestimmt also die Bandbreite der durchgelassenen Frequenzen. Die Messung der Spannungen an den Ausgängen der im Programm durch sukzessive Approximation implementierten Operationsverstärker 1DA2 und 2DA2 wird wie folgt durchgeführt. Zuerst wird die Nummer 378 auf Port 2H gesetzt7 (am Ausgang des DAC - 2,5 V) und der Zustand der Ausgänge der Komparatoren wird überprüft (Bit 3 und 4 des 379H-Ports). Wenn der Komparator funktioniert hat, wird 2 zu der angegebenen Zahl hinzugefügt6wenn nicht, wird der zweite vom ersten subtrahiert. Dann wird der Zustand der Komparatoren erneut überprüft, 2 wird addiert oder subtrahiert5. Der Vorgang wird bis zur Addition oder Subtraktion von 2 wiederholt0. Die resultierenden Zahlen entsprechen den Spannungswerten an den Ausgängen 1DA2 und 2DA2. Der Teiler R20R29 legt die Grenzen für die Änderung der Spannung am Ausgang des DAC von 0,5 auf 4,5 V fest. Um zu verhindern, dass der Impulsformer bei der Bestimmung der Spannungen an den Ausgängen des Operationsverstärkers funktioniert, wird ein Protokoll an den Eingang D angelegt des Triggers DD1.2 zu diesem Zeitpunkt. 0. Die ADC-Wandlungszeit bei einer Port-Schreibzeit von 2 µs beträgt 2x40 µs. Die Synchronisation erfolgt in Kanal 1 mit Hilfe des Komparators DA1, dessen invertierender Eingang über die Kondensatoren C1 und C2 mit dem Ausgang des Repeaters an den Transistoren 1VT1 und 1VT2 verbunden ist. Zur Erhöhung der Störfestigkeit werden die Widerstände R2 und R3 eingeführt, die die Hysterese des Komparators auf 20 mV einstellen. Der Synchronisationspegel wird durch einen variablen Widerstand R4 geregelt.
Die Zeitverzögerung vom Auslösen des Komparators DA1 bis zum Öffnen der Tasten des 1DA1-Chips wird bei hohen Frequenzbereichen durch Software und Hardware und bei niedrigen Frequenzen durch Software eingestellt. Im ersten Fall setzt das Programm, wenn es bereit ist, den nächsten Wert der Eingangssignale zu empfangen, das "Reset"-Signal vom Trigger DD1.1 (Bit 7 von Port 37A = "1/0", Pin 1 des Druckersteckers = "0/1"). Auf diese Weise "gespannt" wird der Trigger ausgelöst, wenn der Komparator DA1 geschaltet wird, und der Transistor VT3 schließt. Als Ergebnis beginnt einer der Zeiteinstellkondensatoren C2–C8 mit dem Laden von einer Stromquelle, die an den Elementen VT9, R7, R21 hergestellt ist. Wenn die Spannung daran den Wert der Spannung am Ausgang des DAC erreicht, wird der DA2-Komparator aktiviert und startet den Impulsformer (DD1.2, R11, C22), der die Tasten des 1DA1-Chips steuert. Das Programm bestimmt den Betrieb des DA2-Komparators durch den Wert 0 an Pin 11 des Druckeranschlusses (Bit 0 von Port 379H). Danach wird das Unterprogramm zur Bestimmung der Spannung an den Ausgängen 1DA2 und 2DA2 gestartet. Die Spannungswerte werden im Speicher aufgezeichnet, der nächste Wert wird im DAC eingestellt, der Trigger DD1.1 wird erneut "gespannt" und der Zyklus wiederholt sich, bis eine Taste gedrückt wird. Auf den Elementen VT1, R5, R6, VD1, C3, C6 ist ein Knoten zum Bestimmen des Vorhandenseins einer Synchronisation implementiert. Wenn der DA1-Komparator periodisch ausgelöst wird, gibt es ein Protokoll an Pin 10 des XP1-Anschlusses (Bit 1 des 379H-Ports). 1, und nach dem "Scharfmachen" des Triggers DD1.1 wartet das Programm auf die Operation des Komparators DA2. Andernfalls wird dieser Trigger vom Programm aus gestartet, indem nacheinander die Signale "Reset" und "Set" gesetzt werden (Bits 4, 7 von Port 37A = "10/01", Pins 1, 17 des Druckeranschlusses = "01/10" ). Die Werte von 0 bis 255 werden programmgesteuert am DAC-Ausgang eingestellt, die Verzögerung vom Zeitpunkt der Synchronisation bis zum Zeitpunkt des Öffnens der Tasten ändert sich vom Minimalwert zum Maximum und das Signalbild wird gebildet. Die Wobbelperiode T (in Sekunden pro Teilung) wird durch die Formel T \u2d CU / 4,5I bestimmt, wobei C die Kapazität des angeschlossenen Kondensators in Farad ist; U = 0,001 V - maximale Spannung des DAC; I \u2d XNUMX A - der Kollektorstrom des Transistors VTXNUMX. Wenn der Zeitkondensator groß ist, wird das Signalbild zu langsam gebildet. Daher implementiert das Programm ein Verfahren zur Bestimmung seiner Kapazität, das überprüft, wie oft das Programm während seines Ladevorgangs Signalwerte lesen kann. Wenn diese Zeit lang ist (eine große Sweep-Dauer eingestellt ist), können nach dem Umschalten des Komparators DA1 die Tasten des Schalters 1DA2 mehrmals geöffnet werden. In diesem Fall werden am DAC-Ausgang Zwischenwerte gesetzt und der DD1.1-Trigger aus dem Programm gestartet, indem nacheinander die Signale "Reset" und "Set" gesetzt werden. Wenn eine Sweep-Dauer größer als 5 ms/div ausgewählt ist. (Schalter SA2 in der unteren - laut Schema - Position), die Verzögerung nach dem Schalten des Komparators DA1 wird per Software generiert. Das Programm "weiß" davon durch den Nullwert von Bit 2 von Port 379H. Der Trigger DD1.1 wird vom Programm aus gestartet, indem die Signale "Reset" und "Set" in festgelegten Intervallen sequentiell gesetzt werden. Die Sweepzeit wird über die Tastatur mit den Tasten "0" - "9" eingestellt. Die vertikale Strahlverschiebung wird durch die variablen Widerstände 1R13 und 2R13 geändert, die Wobbeldauer (glatt) - durch den Widerstand R28. Programm in Turbopascal geschrieben. Es implementiert eine schnelle Fourier-Transformation (Spektrumanalysator). Das auf dem Bildschirm angezeigte Signal wird umgewandelt. Damit das Spektrum korrekt dargestellt werden kann, muss eine ganzzahlige Anzahl von Signalperioden auf den Bildschirm passen. Dies kann erreicht werden, indem die Dauer des Sweeps mit einem variablen Widerstand R8 ausgewählt wird. Das Unterprogramm für die schnelle Konvertierung in Fortran ist in [2] angegeben. Dort finden Sie auch eine Erläuterung der Methode zur Bestimmung des Signalspektrums durch die Fourier-Transformation. Zur Stromversorgung der Set-Top-Box ist eine stabilisierte Spannungsquelle von +12, +5 und -6 V erforderlich.Der Stromverbrauch in den +12- und -6-V-Stromkreisen überschreitet 50 nicht, im +5-V-Stromkreis - 150mA. Die Restwelligkeit sollte 1 mV nicht überschreiten. Sie können ein in China hergestelltes Netzteil (Adapter) für 3 ... 12 V, 1 A verwenden und es wie in Abb. 2.
Das Präfix wird auf einem herkömmlichen Steckbrett montiert. Bei der Wiederholung ist zu beachten, dass das Gerät empfindlich auf externe und interne Pickups reagiert. Beispielsweise kann das Eindringen des Eingangssignals in die Steuerkette eine Verzerrung des beobachteten Signals verursachen. Daher muss die Installation so ausgeführt werden, dass die Verbindung dieser Set-Top-Box-Schaltkreise untereinander und das Eindringen externer Signale in sie minimal ist. Die Kondensatoren C4, C5 sollten direkt an die Anschlüsse des Komparators DA1 gelötet werden, die Elemente 1DA1, 1C10, 2C10, 1DA2, 2DA2 sollten nebeneinander platziert werden. Widerstände 1R1-1R8, 2R1-2R8, Kondensatoren 1C1-1C9, 2C1-2C9, C7-C21 sollten an den entsprechenden Schaltern montiert werden. Die folgenden Teile können in der Befestigung verwendet werden. Widerstände R12-R19, R21-R28 - mit einer zulässigen Abweichung vom Nennwert von nicht mehr als ± 0,25%, zum Beispiel C2-29. Der Wert der Widerstände R12-R19, R28 beträgt 1 ... 10 kOhm, R21-R27 - 0,5 ... 5 kOhm, und der Widerstand des letzteren sollte genau zweimal kleiner sein als der erste (dies kann erreicht werden durch Parallelschaltung von Widerständen mit einem Nennwert zuerst). Die restlichen Widerstände sind beliebiger Art mit einer Toleranz von ± 5 %. Als Zeiteinstellung (C7-C21, 1C1 -1C8, 2C1-2C8) ist es wünschenswert, Kondensatoren mit möglichst geringer Abweichung von den Nennwerten und kleinem TKE zu verwenden. Transistoren 1VT1, 2VT1 - Hochfrequenzfeldtransistoren mit einer Grenzspannung von mindestens 5 V (KPZOZG-KPZOZE, KP307Zh usw.), 1VT2, 2VT2 - Hochfrequenz-npn-Strukturen mit einem statischen Stromübertragungskoeffizienten p21E von at mindestens 50 (KT316D, KT325B, KT325V) , VT1, VT2 - alle entsprechenden Strukturen mit p21e nicht weniger als 400, VT3 - mit einem Kollektorimpulsstrom von mindestens 300 mA und einer Betriebsfrequenz von mindestens 200 MHz (KT3117A, 2N2222) . Die Eingangsströme der Operationsverstärker 1DA2 und 2DA2 dürfen nicht mehr als 0,1 nA betragen, die Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung muss mindestens 20 V / μs betragen (KR544UD2A, LF356). Komparatoren 1DA3, 2DA3, DA2 - mit einer Spannungsverstärkung von mindestens 105, Eingangsströme von nicht mehr als 0,5 μA und eine Schaltzeit von nicht mehr als 0,5 μs (KR554SAZ, LM211N, K521SAZ), DA1 - mit einer Schaltzeit von nicht mehr als 15 ns (KR597CA2, AM686). Als DD1-Chip können Sie KR1594TM2 (74ACT74N), KR1533TM2 (74ALS74AN), DD2, DD3 -KR1594LN1 (74ACT04N), KR1554LN1 (74AC04N), KR1564LN1 (74HC04N) verwenden. Bei Verwendung von KR1594TM2 beträgt das Frequenzband 0 ... 50 MHz (in diesem Fall ist der Kondensator C22 nicht installiert und R11 wird durch einen 4,7-kOhm-Widerstand ersetzt), KR1533TM2 - 0 ... 15 MHz. Die Verwendung der Mikroschaltung KR1564LN1 erfordert eine Änderung der Werte der Widerstände R12 - R19, R28 und R21 - R27: Der Widerstand des ersten muss mindestens 5 kOhm betragen, der zweite - mindestens 2,5 kOhm (während Aufrechterhaltung des Verhältnisses 2R / R). Der Widerstand der offenen Kanal-MOS-Tasten 1DA1 sollte nicht mehr als 100 Ohm betragen, die Ein- / Ausschaltzeit - nicht mehr als 10 nicht (KR590KN8, SD5002). Die Einrichtung der Set-Top-Box beginnt mit der Überprüfung der Eingangs-Repeater-Modi. Wenn die Spannungen an den Emittern 1VT1, 2VT1 1,5 ... 2,5 V überschreiten, werden die Widerstände 1R9 oder 2R9 ausgewählt. Dann werden unter Verwendung einer Signalquelle mit einer kalibrierten Frequenz durch Auswahl der Kondensatoren C7-C21 und des Widerstands R9 die erforderlichen Werte der Wobbelfrequenz auf Hochfrequenzbereiche eingestellt (sie wird programmgesteuert auf Niederfrequenzbereiche eingestellt). . Beim Arbeiten mit einem Aufsatz sollten die Merkmale des Stroboskopeffekts berücksichtigt werden, die sich beispielsweise in einer erheblichen Verzerrung der Wellenform bei Amplitudenmodulation äußern, wenn die Frequenz der modulierenden Schwingung nahe an der Abtastfrequenz liegt. Darüber hinaus führt der DA2-Komparator eine Verzögerung von etwa 300 ns ein, was es schwierig machen kann, die Flanken von Signalen mit einem großen Arbeitszyklus zu beobachten. Den größten Nutzen kann die Set-Top-Box im Einsatz in Echtzeit bringen – als Speicheroszilloskop ebenso wie mit einer Sweep-Dauer von weniger als 1 μs/Div. - als Alternative zu teuren Hochfrequenzgeräten. Literatur
Autor: A.Chabarov, Kovrov; Veröffentlichung: radioradar.net
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