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 への 0 チャ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調査し、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、入力インピーダンスは 20 MΩ、入力静電容量は 0,1 pF、掃引時間は 100 µs ～ 386ミリ秒/div PC の最小要件: 3.3、VGA、プリンターポート、MS DOS XNUMX。

高周波数帯域では、デバイスはストロボスコープの原理に従って、低周波数帯域ではリアルタイムで動作します。このソフトウェアでは、スペクトラムアナライザモードでの操作が可能です。通常モードで画面に表示される信号のサンプル数は 256、スペクトルアナライザーモードでは 128 です。プログラムは LPT1 ポートを使用します (表を参照): ベースポート 378H、プリンターステータス信号ポート (入力) 379H、制御信号ポート（出力） 37AH . プログラムは、ポートビットの状態が標準であり、プリンターコネクタのピンの信号の状態に対応していると想定しています [1]。

ビット	コンタクト
ポート 378H (ベース)
0	2
1	3
2	4
3	5
4	6
5	7
6	8
7	9
ポート 379H (入力)
0	11 (逆)
1	10
2	12
3	13
4	15
コネクタごとにビット 5 ～ 7 繁殖していない	-
ポート 37AN (出力)
コネクタごとにビット 0 ～ 3 繁殖していない	-
4	17 (逆)
5	16
6	14 (逆)
7	1 (逆)

アタッチメントの概略図を図に示します。 1. 入力ジャック XW1 および XW2 を介した調査対象の信号は、スイッチ 1SA2、2SA2、抵抗器 1R1 ～ 1R8、2R1 ～ 2R8、およびコンデンサ 1C2 ～ 1C9,2、2C2 ～ 9C1 で構成される抵抗容量分割器に供給され、最大垂直方向を決定します。スパン（接頭辞 2 と 1 は、それぞれチャネル 2 と 1 への要素の所属を示します）。 1DA1マイクロ回路のMOSスイッチは、トランジスタ2VT2、1VT2および2VT1、1VT1のリピータを介して分周器の出力に接続されています（その方向のうちの2つはチャネル10で使用され、残りはチャネル1.2で使用されます）。キーは、トリガーDD1のシェーパーから来る約10 nsの持続時間のパルスによって開かれ、コンデンサ2C10と1C2がそれらを介して充電され、オペアンプ2DA2と10DAXNUMXの非反転入力がそれに接続されます接続されました。キーが開いたときの信号の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。オープニングパルスの持続時間は、入力信号の前部の最小持続時間に対応し、歪みなしで表示されます。つまり、通過する周波数の帯域幅を決定します。

逐次近似によってプログラムに実装されたオペアンプ１ＤＡ２および２ＤＡ２の出力における電圧の測定は、以下のように実行される。まず、ポート 1H に 2 番を設定します。⁷ （DACの出力 - 2,5 V）およびコンパレータの出力の状態がチェックされます（3Hポートのビット4および379）。コンパレータが機能した場合、指定された数に 2 が加算されます⁶そうでない場合、2 番目の値が最初の値から減算されます。次に、コンパレータの状態が再度チェックされ、XNUMX が加算または減算されます。⁵. この手順は、2 の加算または減算まで繰り返されます。⁰. 結果の数値は、出力1DA2および2DA2の電圧値に対応します。分圧器 R20R29 は、DAC の出力電圧を 0,5 V から 4,5 V に変更するための制限を設定します。オペアンプの出力電圧を決定するときにパルス整形器が動作しないようにするために、入力 Dこの時点でトリガーDD1.2の。 0. ポート書き込み時間が 2 µs の場合の ADC 変換時間は 2x40 µs です。

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、その反転入力はコンデンサＣ１およびＣ２を介してトランジスタ１ＶＴ１および１ＶＴ２上のリピータの出力に接続される。ノイズ耐性を高めるために、抵抗 R1 と R1 を導入し、コンパレータを 1 mV のヒステリシスに設定します。同期レベルは、可変抵抗器 R2 によって調整されます。

図1。セットトップボックスの概略図 (クリックして拡大)

コンパレータ DA1 がトリガーされた瞬間から 1DA1 チップのキーが開かれる瞬間までの遅延時間は、ソフトウェアとハードウェアによって高周波数範囲で設定され、ソフトウェアによって低周波数範囲で設定されます。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ときに、トリガー DD1.1 (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「コック」すると、コンパレータDA1が切り替わるとトリガーがトリガーされ、トランジスタVT3が閉じます。その結果、時間設定コンデンサＣ７～Ｃ２１の１つが、要素ＶＴ２、Ｒ８、Ｒ９上に形成された電流源から充電を開始する。その電圧がDACの出力電圧の値に達すると、DA2コンパレータがアクティブになり、8DA9チップのキーを制御するパルス整形器（DD7、R21、C2）を開始します。プログラムは、プリンタコネクタのピン 1.2 (ポート 11H のビット 22) の値 1 によって DA1 コンパレータの動作を決定します。その後、出力 2DA0 および 11DA0 の電圧を決定するためのサブルーチンが開始されます。電圧値がメモリに記録され、次の値が DAC に設定され、トリガー DD379 が再び「コック」され、キーが押されるまでサイクルが繰り返されます。

要素ＶＴ１、Ｒ５、Ｒ６、ＶＤ１、Ｃ３、Ｃ６上には、同期の存在を決定するためのノードが実装される。 DA1 コンパレータが定期的に起動すると、XP5 コネクタのピン 6 (1H ポートのビット 3) にログが記録されます。そして、トリガーＤＤ１．１の「コッキング」の後、プログラムは比較器ＤＡ２の動作を待つ。それ以外の場合、このトリガーは、「リセット」信号と「セット」信号を順次設定することによってプログラムから起動されます (ポート 6A のビット 1、10 = 「1/1」、プリンターコネクタのピン 379、1 = 「1.1/2」)。）。

0から255までの値はそれぞれDAC出力でプログラム的に設定され、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、信号イメージが形成されます。掃引周期 T (2 目盛りあたりの秒数) は、式 T \u4,5d CU / 0,001I 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 = 2 V - DAC の最大電圧。 I \uXNUMXd XNUMX A - トランジスタVTXNUMXのコレクタ電流。

タイミングコンデンサが大きいと、信号イメージの形成が遅すぎます。したがって、プログラムはその容量を決定するための手順を実装します。これは、プログラムが充電中に信号値を読み取ることができる回数をチェックします。この時間が長い場合（スイープ時間を長く設定した場合）、コンパレータDA1を切り替えた後、スイッチ1DA2のキーを数回開くことができます。この場合、DAC出力に中間値が設定され、「リセット」信号と「セット」信号を順次設定することにより、DD1.1トリガーがプログラムから起動されます。

5 ms/div を超える掃引時間を選択した場合。（SA2を下に切り替えます-スキームに従って-位置）、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「認識」します。トリガーDD1.1は、信号「リセット」と「セット」を指定された間隔で順次設定することにより、プログラムから起動されます。掃引時間は、キー「0」～「9」を使用してキーボードから設定します。

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 V 回路では 5 を超えません - 150ミリアンペア。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うことができます。 2.

PC用のXNUMXチャンネルオシロスコープアタッチメント。電源の回路図
図2。電源の回路図

プレフィックスは、従来のブレッドボードに取り付けられています。繰り返しますが、デバイスは外部および内部のピックアップに敏感であることに注意してください。たとえば、タイミングチェーンへの入力信号の浸透は、観測信号の歪みを引き起こす可能性があります。したがって、これらのセットトップボックス回路を相互に接続し、それらへの外部信号の侵入が最小限になるように、設置を行う必要があります。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、1C10、2C10、1DA2、2DA2は並べて配置する必要があります。抵抗器 1R1-1R8、2R1-2R8、コンデンサ 1C1-1C9、2C1-2C9、C7-C21 を対応するスイッチに取り付ける必要があります。

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 5 V 以上の高周波フィールドトランジスタ (KPZOZG-KPZOZE、KP307Zh など)、1VT2、2VT2 - 静的電流伝達係数 p21E の高周波 npn 構造少なくとも 50 (KT316D、KT325B、KT325V) 、VT1、VT2 - p21e が 400 以上の任意の対応する構造、VT3 - コレクタパルス電流が少なくとも 300 mA、動作周波数が少なくとも 200 MHz (KT3117A、2N2222) .

オペアンプ 1DA2 および 2DA2 の入力電流は 0,1 nA 以下でなければならず、出力電圧のスルーレートは少なくとも 20 V / μs でなければなりません (KR544UD2A、LF356)。コンパレータ 1DA3、2DA3、DA2 - 電圧ゲイン 10 以上⁵、0,5μA以下の入力電流と0,5μs以下のスイッチング時間（KR554SAZ、LM211N、K521SAZ）、DA1 - 15ns以下のスイッチング時間（KR597CA2、AM686）。

DD1 チップとして、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 4,7 kΩ の抵抗を持つ抵抗に置き換えられます)、KR1533TM2 - 0 ～ 15 MHz。 KR1564LN1 マイクロ回路を使用するには、抵抗 R12 - R19、R28、および R21 - R27 の値を変更する必要があります。比率5R / Rを維持します）。

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。これは、たとえば、変調振動の周波数がサンプリング周波数に近い場合、振幅変調による波形の大きな歪みで表現されます。さらに、DA2 コンパレータでは約 300 ns の遅延が発生するため、デューティサイクルが大きい信号のエッジを観察することが困難になる場合があります。セットトップボックスは、1 μs/div 未満の掃引時間だけでなく、ストレージオシロスコープとしてリアルタイムで使用する場合に最大のメリットをもたらします。 - 高価な高周波デバイスの代替として。

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; 出版物: radioradar.net

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