PC用のXNUMXチャンネルオシロスコープアタッチメント。スキーム、説明

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PC用のXNUMXチャンネルオシロスコープアタッチメント。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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一部のデバイスをオシロスコープなしで適切にセットアップすることは非常に問題があることが知られています。ただし、オシロスコープは非常に高価であるため、IBM 互換のコンピューターを使用している場合は、以下の記事で説明されているような比較的単純なセットトップボックスを構築する方がはるかに安価です。

提案されている PC 用の 0 チャンネルオシロスコープアタッチメントは、電気信号の形状を観察および研究し、電気プロセスの時間および振幅特性を測定するように設計されています。各チャネルの帯域幅は 50 ～ 0,1 MHz、ビーム偏向係数は 20 ～ 1 V/div.、入力抵抗は 20 MOhm、入力容量は 0,1 pF、掃引期間は 100 μs ～ 386ms/div. PC の最小要件: 3.3、VGA、プリンターポート、MS DOS XNUMX。

高周波数範囲ではデバイスはストロボスコープの原理に基づいて動作し、低周波数範囲ではリアルタイムで動作します。ソフトウェアにより、スペクトラムアナライザモードでの操作が可能になります。通常モードで画面に表示される信号サンプルの数は 256、スペクトラムアナライザモードでは 128 です。プログラムはポート LPT1 (表を参照)、つまりベースポート 378H を使用します。プリンタステータス信号ポート（入力）379H、制御信号ポート（出力）37AN。プログラムは、ポートビットの状態が標準であり、プリンタコネクタ [1] のピンの信号の状態に対応していると想定しています。

PCへのXNUMXチャンネルオシロスコープの接続

アタッチメントの概略図を図1に示します。 XNUMX。

（クリックして拡大）

調査対象の信号は、入力ジャック XW1 および XW2 を介して、スイッチ 1SA2、2SA2、抵抗 1R1 ～ 1R8、2R1 ～ 2R8、およびコンデンサ 1С2 ～ 1С9、2С2 ～ 2С9 で構成される抵抗容量分割器に供給され、最大垂直スパン (接頭辞) が決定されます。ここと以下の 1 と 2 は、要素がそれぞれチャネル 1 と 2 に属することを示します)。 1DA1 マイクロ回路の MOS スイッチは、トランジスタ 1VT2、2VT1 および 2VT2、1VT1 のリピータを介して分圧器の出力に接続されます (その方向の 1 つはチャネル 2 で使用され、残りはチャネル 10 で使用されます)。キーは、トリガ DD1.2 でドライバから来る約 1 ns の持続時間のパルスによって開き、それらを通じてコンデンサ 10C2 と 10C1 が充電され、そこにオペアンプ 2DA2 と 2DA10 の非反転入力が接続されます。 XNUMXDAXNUMXが接続されています。キーが開いた瞬間の信号電圧に対応するコンデンサの電圧は、オペアンプによって XNUMX 倍に増幅されます。開始パルスの持続時間は入力信号の先頭の最小持続時間に対応し、歪みなく表示されます。つまり、送信周波数の帯域幅が決まります。

デュアル逐次比較 ADC がオペアンプの出力に接続されています。これには、コンパレータ 1DA3、2DA3、マイクロ回路 DD2、DD3 の要素に組み立てられた DAC、および抵抗 R2 ～ R12、R19 ～ R21 で構成される R-28R マトリックスが含まれています。コンパレータの出力は、XP13 プリンタコネクタのピン 15 と 1 に接続されています。これらのピンの信号値は、3H ポートのビット 4 および 379 に対応します。 DAC 入力はピン 2 ～ 9 XP1 に接続されているため、DAC 出力信号の値は、378 ～ 0 (255 ～ 0,5 V 以内) の数値をポート 4,5H に書き込むことで設定できます。

プログラムに実装されているオペアンプ 1DA2 および 2DA2 の出力の電圧の逐次比較による測定は、次のように実行されます。まず、番号 378' がポート 2H (DAC 出力 - 2,5 V) に設定され、コンパレータ出力の状態がチェックされます (ポート 3H のビット 4 および 379)。コンパレータが機能した場合は、指定された数値に 26 が加算され、そうでない場合は、最初の数値から 25 番目の数値が減算されます。その後、再度コンパレータの状態を確認し、2 を加算または減算し、1g を加算または減算するまでこの手順を繰り返します。結果の数値は、出力 2DA2 および 2DA20 の電圧値に対応します。分周器 R29R0,5 は、DAC の出力電圧を 4,5 ～ 1,2 V に変更する制限を設定します。オペアンプの出力電圧を決定する際にパルス整形器がトリガしないように、log 0 が分周器の入力 D に適用されます。この時点で DD2、2 をトリガすると、40 μs のポートへの書き込み時間を伴う ADC 変換時間は XNUMXxXNUMX μs になります。

同期はコンパレータ DA1 を使用してチャネル 1 で実行されます。コンパレータ DA1 の反転入力はコンデンサ C2 と C1 を介してトランジスタ 1VT1 と 2VT2 のリピータの出力に接続されています。ノイズ耐性を高めるために、抵抗 R3 および R20 が導入され、コンパレータのヒステリシスが 4 mV に設定されました。同期レベルは可変抵抗器 RXNUMX によって制御されます

コンパレータ DA1 がトリガされた瞬間から 1DA1 マイクロ回路のキーが開く瞬間までの遅延時間は、高周波数範囲ではソフトウェアとハードウェアで設定され、低周波数範囲ではソフトウェアで設定されます。最初のケースでは、プログラムは、入力信号の次の値を受信する準備ができたら、DD1.1 トリガーから「リセット」信号を設定して削除します (ポート 7A のビット 37 = 「1/0」、プリンタコネクタのピン 1 = '0/1 ')。このようにして「充電」されたトリガは、コンパレータ DA1 が切り替わるとトリガされ、トランジスタ VT3 が閉じます。その結果、要素 VT2、R8、R9 で作られた電流源から、タイミングコンデンサ C7 ～ C21 のいずれかが充電を開始します。電圧が DAC の出力電圧値に達すると、コンパレータ DA2 がトリガされ、001.2DA11 チップのキーを制御するパルス整形器 (22、R1、C1) が開始されます。トリガはプログラムによって決定されます。プリンタコネクタのピン 2 (ポート 0H のビット 11) の値 0 によるコンパレータ DA379 の値。この後、出力 1DA2 および 2DA2 の電圧を決定するためのサブルーチン。電圧値はメモリに書き込まれ、次の値がDACに設定され、トリガーDD1.1が再び「コック」され、いずれかのキーが押されるまでこのサイクルが繰り返されます。

同期の有無を判断するためのノードは、要素 VT1、R5、R6、VD1、C3、C6 に実装されており、コンパレータ DA1 が XP10 コネクタのピン 1 (ポート 1H のビット 379) で定期的にトリガされると、ロジック信号が現在。トリガ DD1 を「コッキング」した後、プログラムはコンパレータ DA1.1 が動作するまで待機します。そうでない場合、このトリガは、「リセット」信号と「セット」信号 (ビット 2、4) を順番にセットすることによってプログラムから起動されます。ポート 7A - 「37/10」、プリンターコネクタのピン 01、1 = 「17/01」)。

DAC の出力では、0 ～ 255 の値がプログラムされており、それに応じて、同期の瞬間からキーを開く瞬間までの遅延が最小値から最大値に変化し、信号のイメージが形成されます。。掃引周期 T (目盛りあたりの秒単位) は、式 T = CU/2I によって決定されます。ここで、C は接続されたコンデンサの静電容量 (ファラッド) です。 U - 4,5 V - 最大 DAC 電圧 I 0 001 A - トランジスタ VT2 のコレクタ電流

タイミングコンデンサの静電容量が大きいと、信号のイメージの形成が遅すぎるため、プログラムは、充電中にプログラムが信号値を何回読み取ることができるかをチェックする、その静電容量を決定する手順を実装します。この時間が長い（掃引期間が長く設定されている）場合、コンパレータ DA1 を切り替えた後、スイッチキー 1DA2 が数回開くことがあり、この場合、DAC の出力に中間値が設定され、トリガ DD1.1 が設定されます。 .XNUMXは「Reset」信号と「Set」信号を順にセットすることでプログラムから起動します。

5 ms/div を超える掃引期間が選択されている場合。 (図によれば、スイッチ SA2 は下の位置にあります)、コンパレータ DA1 を切り替えた後の遅延はソフトウェアによって生成されます。プログラムは、ポート 2H のビット 379 のゼロ値によってこれを「学習」します。指定された間隔で「リセット」信号と「セット」信号を順番にセットすることで、プログラムからトリガ DD1.1 が起動されます。スイープ時間はキーボードから「0」～「9」キーを使用して設定します。

垂直方向のビームシフトは可変抵抗器 1R13 と 2R13 によって変更され、掃引期間は (スムーズに) 抵抗器 R28 によって変更されます。

プログラムターボパスカルで書かれています。高速フーリエ変換 (スペクトルアナライザー) を実装します。画面に表示されている信号が変換されます。スペクトルを正しく表示するには、整数の信号周期が画面に収まる必要があります。これは、可変抵抗器 R8 でスイープの期間を選択することで実現できます。 Fortran での高速変換のサブルーチンは [2] に記載されています。そこには、フーリエ変換によって信号スペクトルを決定する方法の説明もあります。

セットトップボックスに電力を供給するには、+12、+5、および -6 V の安定した電圧源が必要です。+12 および -6 V 回路の消費電流は 50 を超えず、+5 V 回路では - 150mA。リップルレベルは 1 mV を超えてはなりません。 3...12V、1Aの中国製電源（アダプター）を図のように改造して使用できます。 2.

PCへのXNUMXチャンネルオシロスコープの接続

アタッチメントは通常のブレッドボードに取り付けられます。繰り返すときは、デバイスが外部および内部の干渉に敏感であることを考慮する必要があります。たとえば、入力信号がタイミング回路に侵入すると、観測される信号の形状に歪みが生じる可能性があります。したがって、これらのセットトップボックス回路の相互接続や外部信号の回路への侵入が最小限になるように設置を実行する必要があります。コンデンサ C4、C5 はコンパレータ DA1 の端子に直接はんだ付けする必要があり、要素 1DA1,1、10C2、10C1、2DA2、2DA1 は近くに配置する必要があります。対応するスイッチに抵抗1R1-8R2、1R2-8R1、コンデンサ1С1-9С2、1С2-9С7、С21-СXNUMXを取り付けることをお勧めします。

アタッチメントには以下のパーツが使用できます。抵抗器 R12-R19、R21-R28 - 公称値からの許容偏差が ± 0,25% 以下 (例: C2-29)。抵抗R12-R19、R28の値は1 ... 10 kOhm、R21-R27 - 0,5 ... 5 kOhmであり、後者の抵抗は最初の抵抗のちょうど5分の7でなければなりません（これは最初に定格を持つ抵抗器の並列接続)。残りの抵抗器は、± 21% の公差を持つ任意のタイプです。時間設定（C1-C1、1C8-2C1、2C8-XNUMXCXNUMX）として、公称値と小さなTKEからの偏差が可能な限り小さいコンデンサを使用することが望ましいです。

トランジスタ 1VT1、2VT1 - カットオフ電圧が少なくとも 5 V の高周波電界効果トランジスタ (KP303G-KP303E、KP307Zh など)、1VT2、2VT2 - 静電流伝達係数 h21e の高周波 npn 構造少なくとも 50 (KT316D、KT325B、KT325V)、VT1、VT2 - h21e が少なくとも 400 の対応する構造、VT3 - パルスコレクタ電流が少なくとも 300 mA、動作周波数が少なくとも 200 MHz (KT3117A、 2N2222）。

オペアンプ 1DA2、2DA2 の入力電流は 0,1 nA 以下、出力電圧の上昇速度は 20 V/μs 以上にしてください (KR544UD2A、LF356)。コンパレータ 1DA3、2DA3、DA2 - 電圧ゲインが少なくとも 105、入力電流が 0,5 μA 以下、スイッチング時間が 0,5 μs 以下 (KR554SAZ、LM211N、K521SAZ)、DA1 - スイッチング時間が 15 μs 以下597 未満 (KR2CA686、AMXNUMX)。

DD1 マイクロ回路として、KR1594TM2 (74ACT74N)、KR1533TM2 (74ALS74AN)、DD2、DD3 -KR1594LN1 (74ACT04N)、KR1554LN1 (74AC04N)、KR1564LN1 (74HC04N) を使用できます。 KR1594TM2 を使用する場合、周波数帯域は 0 ～ 50 MHz (この場合、コンデンサ C22 は取り付けられず、R11 は抵抗値 4,7 kOhm の抵抗器に置き換えられます)、KR1533TM2 - 0 ～ 15 MHz です。 KR1564LN1マイクロ回路を使用するには、抵抗R12〜R19、R28nR21〜R27の値を変更する必要があります。前者の抵抗は少なくとも5 kOhm、後者の抵抗は少なくとも2,5 kOhmである必要があります（2R / R比を維持しながら）。

オープンチャネルMOSキー1DA1の抵抗は100オーム以下、オン/オフ時間は10以下でなければなりません（KR590KN8、SD5002）。

セットトップボックスのセットアップは、入力レピーターモードの確認から始まります。エミッタ1VT1、2VT1の電圧が1,5 ... 2,5 Vを超える場合、抵抗1R9または2R9が選択されます。次に、キャリブレーションされた周波数の信号源を使用して、コンデンサC7〜C21と抵抗R9を選択することにより、スイープ周波数の必要な値が高周波数範囲に設定されます（プログラムで低周波数範囲に設定されます） .

アタッチメントを使用する場合は、ストロボ効果の特徴を考慮する必要があります。ストロボ効果は、たとえば、変調発振の周波数がサンプリング周波数に近い場合、振幅変調信号の形状が大幅に歪むことで表されます。さらに、DA2 コンパレータには約 300 ns の遅延が生じるため、高デューティサイクルで信号のエッジを観察するときに問題が生じる可能性があります。セットトップボックスは、ストレージオシロスコープとして、また掃引期間が 1 µs/div 未満である場合に、リアルタイムで使用するときに最も役立ちます。 - 高価な高周波デバイスの代替品として。

文学

Guk M. PC インターフェイス: 参考書。 - サンクトペテルブルク: ピーター・コム、1999年。
Gonorovsky I. S. 無線工学回路と信号: 大学向けの教科書。 - M.: ラジオと通信、1986 年。

著者: A.ハバロフ、コヴロフ、ウラジミール地方

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