Ana e përparme analoge për osciloskop: 6 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:10

Në shtëpi kam disa karta të shëndosha USB të lira, të cilat mund të blihen në Banggood, Aliexpress, Ebay ose dyqane të tjera globale online për disa dollarë. Po pyesja se për çfarë interesante mund t'i përdor ato dhe vendosa të përpiqem të krijoj një fushë kompjuteri me frekuencë të ulët me njërën prej tyre. Në internet kam gjetur një softuer të bukur, i cili mund të përdoret si oshiloskop USB dhe gjenerator sinjali. Bëra një dizajn të kundërt të kartës (e përshkruar në hapin e parë) dhe vendosa që nëse dua të kem një fushë funksionimi të plotë - më duhet gjithashtu të hartoj një front analoge, i cili kërkohet për shkallëzimin dhe zhvendosjen e duhur të tensionit sinjali hyrës i aplikuar në hyrjen e mikrofonit të kartës audio, sepse hyrjet e mikrofonit presin tensione maksimale të hyrjes në rendin e disa dekadave të milivoltave. Unë gjithashtu doja ta bëja frontendin analog universal - për të qenë në gjendje të përdoret me Arduinos, STM32 ose mikrokontrollues të tjerë - duke pasur brez sinjali hyrës shumë më të gjerë se brezi i hyrjes së një karte audio. Udhëzimet hap pas hapi se si të krijoni një fushë të tillë Analog të përparme është paraqitur në këtë punë.

Hapi 1: Dizajni dhe Nodifikimet e Kthimit të Kartës Audio USB

Karta USB është shumë e lehtë për tu hapur - kutia nuk është ngjitur, vetëm pjesë e futur pjesërisht. PCB është e dyanshme. Prizat audio dhe butonat e kontrollit janë në anën e sipërme, çipi i dekoduesit C-media, i mbuluar me përbërës është në anën e poshtme. Mikrofoni është i lidhur në modalitetin mono - të dy kanalet shkurtohen së bashku në PCB. Një kondensator bashkues AC (C7) përdoret në hyrjen e mikrofonit. Përveç kësaj, një rezistencë prej 3K (R2) përdoret për animin e mikrofonit të jashtëm. Unë e kam hequr këtë rezistencë duke e lënë vendin e saj të hapur. Dalja audio është gjithashtu e lidhur me AC për të dy kanalet.

Të kesh një bashkim AC në rrugën e sinjalit parandalon vëzhgimin e sinjaleve DC dhe frekuencë të ulët. Për atë arsye unë vendos ta heq (shkurtoj) atë. Ky vendim ka edhe disavantazhe. Pas kondensatorit është përcaktuar një pikë operative DC për ADC audio dhe nëse pjesa e përparme analoge ka dalje të ndryshme DC OP, për shkak të gamës së vogël të sinjalit hyrës, ADC mund të ngopet. Kjo do të thotë - DC DC e qarkut të përparmë duhet të jetë e përafruar me atë të fazës së hyrjes ADC. Niveli i tensionit dalës DC duhet të jetë i rregullueshëm për të qenë i aftë të jetë i barabartë me atë të fazës së hyrjes ADC. Si zbatohet ky rregullim do të diskutohet në hapat e ardhshëm. Unë kam matur rreth 1.9V tension DC në hyrjen e ADC.

Një kërkesë tjetër, të cilën e përcaktova për pjesën e përparme analoge, nuk ishte të kërkonte burim shtesë të energjisë. Vendosa të përdor tensionin USB të disponueshëm në kartën e zërit 5V për të furnizuar edhe qarqet e përparme. Për atë qëllim, unë ndërpreva lidhjen e zakonshme midis majës së folesë audio dhe kontakteve të unazës. Unazën që vendosa ta përdor për sinjalin (tela e bardhë në foton e fundit - ura gjithashtu kondensator AC), dhe majën e prizës vendosa ta përdor si terminal furnizimi me energji - për këtë qëllim e lidha me USB 5V vija (tela e kuqe). Me këtë përfundoi modifikimi i kartës audio. E mbylla përsëri.

Hapi 2: Dizajni Frontend

Vendimi im ishte që të kisha 3 mënyra pune për oshiloskopin:

• DC
• AC
• terren

Të kesh modalitetin AC kërkon që tensioni i modalitetit hyrës / të zakonshëm të amplifikatorit hyrës të shtrihet nën shinën e furnizimit. Kjo do të thotë - amplifikatori duhet të ketë furnizim të dyfishtë - pozitiv dhe negativ.

Doja të kisha të paktën 3 diapazone të tensionit hyrës (raportet e zbutjes)

• 100:1
• 10:1
• 1:1

Të gjitha ndërrimet midis mënyrave dhe diapazoneve janë paraformuar nga çelsat mekanike të rrëshqitjes 2P3T.

Për të krijuar tensionin negativ të furnizimit për amplifikatorin kam përdorur çipin e pompës së ngarkimit 7660. Për të stabilizuar tensionet e furnizimit për amplifikatorin kam përdorur rregullatorin e dyfishtë linear TI TPS7A39. Çipi ka një paketë të vogël, por nuk është shumë e vështirë ta lidhni atë në PCB. Si përforcues kam përdorur opamp AD822. Avantazhi i tij - hyrja CMOS (rryma shumë të vogla hyrëse) dhe produkt relativisht i lartë i brezit të fitimit. Nëse dëshironi të keni gjerësi brezi edhe më të madhe, mund të përdorni një opamp tjetër me hyrje CMOS. Nshtë mirë të kesh veçori Hyrja/Dalja Hekurudhor në Hekurudhë; zhurmë e ulët, shkallë e lartë e goditjes. Opamp i përdorur vendosa të furnizoj me dy furnizime +3.8V / -3.8V. Rezistencat reaguese të llogaritura sipas fletës së të dhënave të TPS7A39, të cilat japin këto tensione janë:

R3 22K

R4 10K

R5 10K

R6 33K

Nëse dëshironi të përdorni këtë front front me Arduino, mund të dëshironi të arrini tensionin e daljes 5V. Në këtë rast ju duhet të aplikoni tensionin e furnizimit hyrës> 6V dhe të vendosni tensionet dalëse të rregullatorit të dyfishtë të jenë +5/-5V.

AD822 është përforcues i dyfishtë - i pari prej tyre u përdor si tampon për të përcaktuar tensionin e zakonshëm të amplifikatorit të dytë të përdorur në përmbledhjen e konfigurimit jo përmbysës.

Për rregullimin e tensionit të modalitetit të zakonshëm dhe fitimin e amplifikatorit hyrës kam përdorur potenciometra të tillë.

Këtu ju mund të shkarkoni një konfigurim të simulimit LTSPICE, në të cilin mund të provoni të vendosni konfigurimin tuaj të amplifikatorit.

Mund të shihet se PCB ka lidhësin e dytë BNC. Ky është dalja e kartës së zërit - të dy kanalet shkurtohen së bashku përmes dy rezistorëve - vlera e tyre mund të jetë në intervalin 30 Ohm - 10 K. Në këtë mënyrë ky lidhës mund të përdoret si gjenerator sinjali. Në modelin tim unë nuk kam përdorur lidhësin BNC si dalje - thjesht bashkova një tel atje dhe në vend të tij përdor dy lidhës banane. E kuqja - dalja aktive, e zeza - toka e sinjalit.

Hapi 3: PCB dhe Saldimi

PCB është prodhuar nga JLCPCB.

Pas kësaj fillova të bashkoj pajisjet: Së pari pjesën e furnizimit.

PCB mbështet dy lloje të lidhësve BNC - ju mund të zgjidhni cilin të përdorni.

Kondensatorët e zvogëlimit që bleva nga Aliexpress.

Skedarët gerber janë në dispozicion për shkarkim këtu.

Hapi 4: Boksi

Vendosa t'i vendos të gjitha këto në një kuti të vogël plastike. Unë kisha një të disponueshme nga dyqani lokal. Për ta bërë pajisjen më imune ndaj sinjaleve të jashtme të radios, kam përdorur një shirit bakri, të cilin e kam bashkangjitur në muret e brendshme të kasës. Si ndërfaqe në kartën Audio kam përdorur dy priza audio. I fiksova fort me ngjitës epoksi. PCB ishte montuar në një distancë nga kutia e poshtme me përdorimin e ndarësve. Për t'u siguruar që pajisja është furnizuar siç duhet, shtova një LED në seri me rezistencë 1K të lidhur me prizën e furnizimit të përparmë (maja e folesë anësore të mikrofonit)

Hapi 5: Pajisja është gati

Këtu janë disa fotografi të pajisjes së montuar.

Hapi 6: Testimi

Unë kam testuar oshiloskopin duke përdorur këtë gjenerator sinjali Ju mund të shihni disa pamje të ekranit të bëra gjatë testeve.

Sfida kryesore duke përdorur këtë fushë është të rregulloni tensionin dalës të modalitetit të zakonshëm të jetë identik me atë të kartës audio. Pas kësaj, pajisja funksionon shumë mirë. Nëse përdorni këtë front-end me Arduino, problemi me rreshtimin e tensionit të modalitetit të zakonshëm nuk duhet të ekzistojë-ai mund të vendoset lirshëm në intervalin 0-5V dhe të rregullohet saktësisht pas kësaj në vlerë, e cila është optimale për matjen tuaj. Gjatë përdorimit me Arduino do të sugjeroja edhe një ndryshim tjetër të vogël - dy diodat e mbrojtjes anti -paralele në hyrje të amplifikatorit mund të shpërthejnë me dy dioda Zenner 4.7V të lidhura në seri, por në drejtime të kundërta. Në këtë mënyrë tensioni i hyrjes do të fiksohet në 3 5.3V duke mbrojtur hyrjet e opampit të mbitensioneve.