Как сделать осциллограф из компьютера своими руками

USB-осциллографы

Если у вас нет портативного устройства вроде планшета, но имеется ноутбук или компьютер, не стоит расстраиваться. Из них также можно сделать прекрасный измерительный прибор. Самым простым вариантом будет подключение щупов к микрофонному входу компьютера по такому же принципу, как описывалось в начале статьи.


Однако, учитывая его ограничения, этот вариант подойдет далеко не всем. В таком случае может использоваться USB-осциллограф, который обеспечит такие же характеристики, как и приставка с передачей сигнала по Wi-Fi. Стоит отметить, что такие приборы иногда работают с некоторыми планшетами, которые поддерживают технологию подключения внешних устройств OTG. Само собой, ЮСБ-осциллограф также пытаются сделать самостоятельно, причем довольно успешно. По крайней мере, именно этой поделке посвящено большое количество тем на форумах.

Конструкция и применение

Осциллограф — сложный электрический прибор. Понять принцип его работы поможет блок-схема.

Имеются два луча развертки: по вертикали — Y и по горизонтали — X. По оси X откладывается значения времени, по Y отображается амплитуда сигнала.

На Y подается сигнал с устройства. Далее он проходит через аттенюатор, который изменяет чувствительность контура. Потом, пройдя предварительный усилитель, попадает в линию задержки, которая «придерживает» сигнал пока не сработает генератор развертки. Оконечный усилитель выводит сигнал на экран осциллоскопа. Чем больше входное напряжение, тем больше амплитуда сигнала.

На X подается пилообразное напряжение с генератора развертки, благодаря чему сигнал на осциллографе получается «растянутым» по времени. Меняя размерность генератора, можно получить изображение с разверткой до тысячных долей секунды.

Чтобы развертка запустилась одновременно с поступлением сигнала, в устройстве предусмотрена система синхронизации. Есть 3 возможных источника синхроимпульсов:

  1. Измеряемый сигнал. Наиболее часто используемый вариант, особенно при постоянной частоте входящего источника.
  2. Электрическая сеть. Частота сети поддерживается с высокой точностью, поэтому через нее возможна синхронизация.
  3. Внешний источник. Используется, как лабораторный генератор сигналов, так и смартфон с приложением, генерирующим синхроимпульсы определенной частоты.

Осциллограф визуализирует форму сигнала, что помогает понять причину неисправности. С помощью устройства снимается АЧХ прибора, есть возможность узнать скорость нарастания импульса в цифровых устройствах.

Используются осциллографы при настройке, ремонте электронных девайсов, будь то бытовая техника, ремонт автотранспорта или орбитальная станция.

Обзор лучших приборов для радиолюбителей

«Сиглент SDS 1022»

Высокоточный прибор, отображающий все сигналы. Верхняя граница частоты сигнала доходит до 100 Гц. Работает в 3 режимах. Стоимость около 16 тысяч рублей. Погрешность в работе практически отсутствует. Обрабатывает частоту сигнала от 10 до 100 Гц.

Торговая марка «Ригол»

Главный их козырь – высокая производительность, простота в использовании и регулирующаяся чувствительность. Качественный фильтр практически исключает погрешности. Устройство имеет двойной дисплей.

В работе широко используется модель DS1102C. Запускается в фронтальном и наклонном режиме. Прибор двухканальный. Интерфейс простой. Цена – 20 тысяч рублей.

«Тектроникс TDS 3064»

Несмотря на использование для проверки электронных линий, благодаря нему можно проверить функционирование платы. Двухканальный, широкая полоса пропускания. Легко настраиваемый цифровой фильтр. Преимущество модели – 20 автоматических измерений. Благодаря функции хранения и воспроизведения, есть возможность записи данных по кадрам. Встроенные математические функции, автокалибровка, аппаратный частометр и преобразователь «Фурье». Прибор работает с задержкой старта. Компактная модель, приятный дизайн. Цена – 22 000 рублей.

«Тектроникс MSO 4104»

Как и предыдущая модель, обладает широкой полосой пропускания – 100 МГц. На старте, частота дискретизации составляет 1 Гц. Главная особенность модели – встроенный входной импеданс. Прибор двухканальный, объем памяти 1 Мб.

Высокая чувствительность по вертикали, можно запускать по видео и фронту. Может выполнять все математические функции. Данные по измерению прибор позволяет получать автоматически. Модель довольно компактная и легкопереносимая.

Цена осциллографа -около 18 тысяч рублей.

Осциллографы от производителя «Акип»

Главное их преимущество – удобный интерфейс и многофункциональность. По сравнению с предыдущими приборами – полоса пропускания неширокая – около 60 МГц. Стандартный объем памяти (32 000 точек). Прибор поддерживает СР – команды, разрешение экрана – 480 на 234 пикселей. Шестиразрядный аппаратный частотомер.

USB осциллограф обзор лучших моделей

В этой категории лучшими станут Hantek, Instrustar, SainSmart. Это лучшие бюджетные варианты. Подходят для ремонта телевизоров и ноутбуков.

Основываясь на данные характеристики, выбрать нужный осциллограф будет легко.

Самодельная приставка с Bluetooth-модулем

Если же требуется более широкий диапазон частот, то приведенным выше вариантом ограничиться не получится. Тут на помощь приходит новый вариант – отдельный гаджет, представляющий собой приставку с аналогово-цифровым преобразователем, обеспечивающий передачу сигнала в цифровом виде. Аудиотракт смартфона или планшета в данном случае уже не задействуется, а значит, можно достигнуть более высокой точности измерений. По сути, на этом этапе они представляют собой только портативный дисплей, а вся информация собирается уже отдельным устройством.

Собрать осциллограф из планшета на «Андроид» с беспроводным модулем можно самому. В сети есть пример, когда похожее устройство еще в 2010 году реализовывалось с помощью двухканального аналогово-цифрового преобразователя, созданного на базе микроконтроллера PIC33FJ16GS504, а в качестве передатчика сигнала служил Bluetooth-модуль LMX9838. Устройство получилось довольно функциональным, но сложным в сборке, поэтому для новичков его сделать будет непосильной задачей. Но, при желании, найти подобный проект на тех же радиолюбительских форумах не проблема.

Реализация

Для того чтобы соорудить осциллограф, необходимо собрать приставку, в которую должны быть включены 8 полупроводниковых диодов, 3 резистора и один аттенюатор, штекер для подключения к звуковой карте (LINE-IN), все как показано на схеме осциллографа своими руками.

Диоды не пропускают сигналы с амплитудой более 2В, а комбинация последовательно соединенных резисторов, образующих делитель, разрешает высокое входное напряжение.

Цифровой сигнал, подлежащий диагностике, поступает на входные клеммы приставки.

Собранная схема имеет линейный вход к звуковой карте через специальный штекер. Здесь важна длина соединительного провода.

Чем провод короче, тем меньше ошибок возникает при измерении сигнала, так как на низких измеряемых уровнях высока вероятность появления высокой погрешности искажений.

Лучше всего использовать двухжильный провод. На фото осциллографа, сделанного своими руками хорошо видно, что используется электрический провод в медной оплетке.


Фото осциллографа своими руками


Также рекомендуем просмотреть:

  • Усилитель сигнала Wi-Fi
  • Как разрезать бутылку
  • Компрессор своими руками
  • Антенна для 3g модема
  • Подсветка монитора
  • Удаление ржавчины
  • Флешка своими руками
  • Как заправить картридж
  • Как почистить компьютер
  • Закалка ножа
  • Как наточить ножницы
  • Шум компьютера
  • Wi-Fi антенна
  • Проектор своими руками
  • Стельки с подогревом
  • Микроскоп своими руками
  • USB фонарик
  • Подставка для ножей своими руками
  • Микрофон своими руками
  • Как наточить нож
  • Розетка с USB
  • Как закалить стекло
  • Токарный станок из дрели
  • Органайзер своими руками

Что необходимо для создания осциллографа

Если вам нужен более точный осциллограф из ПК, то придётся сделать специальную USB-приставку. Это чуть более сложная задача – пользователю желательно владеть такими базовыми навыками радиолюбителя как построение схем, спайка, а также знать, где приобретать необходимые материалы.

  • MCP1700;
  • STM32F042Fx;
  • MCP6S21.

В том случае, если целью работы с прибором не является что-то серьёзное, более простым и быстрым вариантом будет простой осциллограф из звуковой карты, не требующий дополнительных манипуляций со схемами.

Программы

Без специального программного обеспечения ничего работать не будет – к счастью, всё необходимое любой желающий может найти в интернете и скачать. Заниматься запуском программ необходимо после настройки оборудования.

Разобраться в работе программ будет несложно – большинство из них адаптированы под русскоязычную аудиторию и русский интерфейс поддерживают.

Лучшие программы осциллографы:

  1. Winscope. Одна из самых популярных программ, может быть использована для анализа любого типа сигналов. Также может сохранять данные в удобном для пользователя формате, измерять частоты, строить диаграммы и совершать другие аналитические действия.
  2. Visual Analyzer. Программа для Windows 10. Особенностью является подача полученной и обработанной информации на двух экранах. Первый показывает стандартные данные, а второй БПФ сигнала. Также пользователь может настроить фильтры программы для любых своих целей.
  3. Soundcard Oscilloscope. Для личного пользования эту программу можно использовать бесплатно. Плюсами софта считается его многофункциональность, возможность направить сигнал на динамики устройства, а также генерация пользовательских каналов сигнала и шумов.
  4. Oscilloscope. Программа, предназначенная не для анализа, а для просмотра – с её помощью можно только визуализировать на экране XY-спектры сигнала или аудиофайла. В основном используется, как развлекательный софт.
  5. Frequency Analyzer. Может работать через микрофон, показывает анализ сигнала в реальном времени. Широко настраивается – пользователь может выбрать FFT, частоты выборки и точек на преобразовании, а также между 8 и 16 бит.
  6. Real-time Spectrum. Считывает спектры сигнала (приём через аудио-разъём в 3.5 мм.) и выводит их на экран. Пользователь может посмотреть сигнал с любого канала (или с обоих), настроить динамический диапазон графического отображения, а также частоту кадров.
  7. AUDio MEasurement System. Работает с помощью микрофона. Среди функционала есть генератор сигналов, измерение частотных характеристик и анализ спектра. Простая программа, без особых функций, идеальна для несложного анализа сигналов.

Все эти программы можно найти в свободном доступе – в этом вам поможет поиск или любой компьютерный форум. В зависимости от того, для чего вам нужно настроить осциллограф онлайн, выбирайте простые или сложные программы.

Оборудование

Как говорилось ранее, большинство необходимого оборудования уже находится внутри вашего ПК. Для анализа простых сигналов достаточно использовать микрофон (звук будет поступать через динамик), аудио-разъём или USB-порт. Если цель вашей работы с самодельным осциллографом – простое любопытство, то и сам комп может не понадобится, можно сделать осциллограф из планшета.

Звуковая карта

Звуковая карта обязательно присутствует во всех персональных компьютерах и даже в мобильных устройствах. Выход на неё (порт) – это обычно аудио-разъём на 3.5. мм. Использовать её очень просто, достаточно подключить к ней устройство подачи сигнала или устройство, которое принимает сигнал (например, микрофон).

Монитор

Монитор, как и звуковая карта, есть у любого ПК. У стационарного компьютера это отдельный монитор, у ноутбука – встроенный. Для анализа аудиосигнала достаточно любого монитора, даже несовременного.

Частотомер

Как и предыдущий прибор, легко и дёшево приобретается. Настоящий частотометр нужен пользователю редко, так как давно есть его виртуальные аналоги, которые действуют не хуже, но в то же время не требуют никаких специальных навыков.

USB-осциллографы

Если у вас нет портативного устройства вроде планшета, но имеется ноутбук или компьютер, не стоит расстраиваться. Из них также можно сделать прекрасный измерительный прибор. Самым простым вариантом будет подключение щупов к микрофонному входу компьютера по такому же принципу, как описывалось в начале статьи.

Однако, учитывая его ограничения, этот вариант подойдет далеко не всем. В таком случае может использоваться USB-осциллограф, который обеспечит такие же характеристики, как и приставка с передачей сигнала по Wi-Fi. Стоит отметить, что такие приборы иногда работают с некоторыми планшетами, которые поддерживают технологию подключения внешних устройств OTG. Само собой, ЮСБ-осциллограф также пытаются сделать самостоятельно, причем довольно успешно. По крайней мере, именно этой поделке посвящено большое количество тем на форумах.

В настоящее время тяжело угнаться за новейшими технологиями радиоэлектроники. Разнообразные электронные устройства можно теперь модифицировать по своему вкусу из одного в другое. Было бы желание и умение. Даже из старых электронных часов можно сделать простой тестер для многих деталей электросхемы, не говоря уже о планшетах и компьютерах. Многим радиолюбителям и профессионалам часто приходиться пользоваться точными электронными приборами, среди которых очень популярен осциллограф. Такой хороший прибор стоит недёшево. Хотя сделать его своими руками на основе планшета и андроида не составит особого труда даже радиолюбителю.

Схемы подключения датчиков PNP и NPN

Отличие PNP и NPN датчиков в том, что они коммутируют разные полюсы источника питания. PNP (от слова “Positive”) коммутирует положительный выход источника питания, NPN – отрицательный.

Ниже для примера даны схемы подключения датчиков с транзисторным выходом. Нагрузка – как правило, это вход контроллера.

Датчика. Нагрузка (Load) постоянно подключена к “минусу” (0V), подача дискретной “1” (+V) коммутируется транзистором. НО или НЗ датчик – зависит от схемы управления (Main circuit)

Датчика. Нагрузка (Load) постоянно подключена к “плюсу” (+V). Здесь активный уровень (дискретный “1”) на выходе датчика – низкий (0V), при этом на нагрузку подается питание через открывшийся транзистор.

Призываю всех не путаться, работа этих схем будет подробно расписана далее.

На схемах ниже показано в принципе то же самое. Акцент уделён на отличия в схемах PNP и NPN выходов.

Схемы подключения NPN и PNP выходов датчиков

На левом рисунке – датчик с выходным транзистором NPN . Коммутируется общий провод, который в данном случае – отрицательный провод источника питания.

Справа – случай с транзистором PNP на выходе. Этот случай – наиболее частый, так как в современной электронике принято отрицательный провод источника питания делать общим, а входы контроллеров и других регистрирующих устройств активировать положительным потенциалом.

Двухканальные устройства


Когда требуется сравнить два вида сигнала, применяют такие приборы. Выделяют две разновидности:

  1. Двухканальные – для наблюдения импульсов с идентичных Y-каналов. Переключая тумблером, поочерёдно подают выходные сигналы на пластины ЭЛТ. Наблюдают отдельно каждый сигнал входов Y1-Y2 или совместно. Второй – при каждом обратном ходе развёртки.
  2. Двухлучевые – у них в наличии два отдельных Y-канала и двухлучевое исполнение ЭЛТ. У такого прибора совместный запуск генератора горизонтальной развёртки, включение вертикальной развёртки происходит для каждого канала отдельно. Это разрешает видеть 2 осциллограммы одновременно.

На 5 месте — серия китайских мини-осциллографов DSO

Серия Mini и Nano DSO — это карманные мини-осциллографы с рабочей частотой до 100 кГц — 500 кГц, с 1 — 4 каналами и максимальным напряжением 50 В. Самые популярные модели этой серии: , , 112,, 150, , 203, 211.  Отличаются модели между собой в основном корпусом, частотой дискретизации, размером экранчика, количеством каналов.

Пример работы с карманным осциллографом DSO203 смотрите в видеоролике.

Стоимость:

Количество каналов: 1 — 4 в зависимости от модели

Аналоги:

  • (30 $, 100 кГц, 1 канал, экран 2,4 дюйма),
  • (70 $, 100 кГц, 1 канал, экран 2,9 дюйма, выглядит приличнее),
  • (160 $, 7 МГц, 2 аналог. + 2 цифр. канала, экран 3 дюйма).
  • (Новинка! 60 $, 30 МГц, 1 канал, экран 2,4 дюйма)

Недостатки:

  • низкая частота дискретизации
  • маленькая разрядность АЦП 8 бит, можно только оценить форму сигнала
  • хлипкие разъемы щупов
  • проблемы с софтом — глючит на некоторых моделях, читайте отзывы
  • маленькое разрешение экрана

Достоинства:

  • сверхмалые габариты
  • низкая цена осциллографа
  • встроенный аккумулятор

Сфера применения: измерение аудиосигналов, кварцевых генераторов, сигналов блоков питания с ШИМ. Подойдет для выездной диагностики аудиотехники и блоков питания.

Параметры индуктивного датчика

Один из параметров уже описывался выше – это диапазон срабатывания. Хотя, как утверждают специалисты, он не является важным, но именно по нему и делают выбор. Все дело в том, что в паспорте изделия указываются номинальные параметры напряжения при работе прибора в температурном режиме +20С. Постоянное напряжение составляет 24 вольт, переменное – 230 вольт. Как вы понимаете, в таких условиях индукционный датчик обычно не работает, а если и работает, то редко. При этом в качестве объекта, который будет изменять индуктивность катушки прибора, должна выступать стальная пластина, ее ширина должна быть равна трем диапазонам срабатывания и толщиною 1 мм.

На практике же за основу выбора берут два показателя диапазона срабатывания:

  • Эффективный.
  • Полезный.

Показания первого отличаются от номинального параметра в пределах ±10%. При этом температурный диапазон расширяется от +18С до +28С. Второй определяется, как ±10% от первого при температурном режиме от 25 до 70С. И если при первом параметре используется номинальное напряжение в сети, то при втором присутствует разброс от 85% до 110% от номинала.

Есть еще один параметр, который связан с зоной срабатывания. Это гарантированный предел. Его нижняя часть равна «0», а верхняя 81% от номинального диапазона.

Необходимо учитывать и такие параметры, как гистерезис и повторяемость. Что такое гистерезис в этом случае? По сути, это расстояние между дальними позициями срабатывания датчика. Оптимальное его значение – это 20% от эффективного диапазона срабатывания.

Не последнее значение имеет и материал, из которого изготавливается объект слежения (перемещения). Оптимальный вариант – сталь 37, ее коэффициент редукции равен «1». Все остальные металлы имеют меньший коэффициент. К примеру, нержавейка – 0,85, медь – 0,3. Как понять, на что влияет коэффициент редукции? Для примера возьмем медную пластину. То есть, получается так, что диапазон срабатывания будет равно 0,3, умноженному на полезный диапазон срабатывания. Достаточно низкий показатель.

Перечислим и другие не столь важные параметры6

Постоянное напряжение имеет диапазоны: 10-30, 10-60, 5-60 вольт. Переменное 98-253 вольт.

  • Ток нагрузки (номинальный) – 200 мА. Сегодня производители иногда производят датчики с токовой нагрузкой 500 мА. Это так называемое специсполнение.
  • Частота отклика. Суть этого параметра заключается в том, что он показывает максимальное значение возможности переключаться. Измеряется данный параметр в герцах. Так для основных промышленных датчиков этот показатель равен 1000 Гц.

Осциллограф из планшета на «Андроид»

Bluetooth-канал

В настоящее время электронного прогресса в магазинах появляются приставки, которые выполняют функции осциллографа. Они передают сигнал с помощь Bluetooth-канала на планшет или смартфон. Такой осциллограф — приставка, подключаемая, к планшету через Bluetooth имеет свои особенности. Предел измеряемой частоты, составляющий 1 МГц, напряжение щупа 10 В и радиус действия порядка 10 метров не всегда хватают для профессионального диапазона рабочей деятельности. В таких случаях можно использовать осциллограф — приставку с передачей данных с помощью Wi-Fi.

Передача данных с помощью Wi-Fi

Wi-Fi значительно расширяет возможности измерительных устройств. Такой вид обмена информацией между планшетом и приставкой особо популярен. Это не дань моде, а чистая практичность. Поскольку измеряемая информация передаётся без задержек на планшет, который моментально выводит любой график на свой монитор.

Понятное пользовательское меню позволяет быстро и легко ориентироваться в управлении и настройках электронного устройства. А записывающее устройство позволяет воспроизводить и передавать информацию в реальном времени и во все точки для всех участников этого процесса.

Обычно вместе с покупной осциллограф — приставкой поставляется и диск с программным обеспечением. Эти драйвера и программу можно быстро скачать на планшет или смартфон. Если такого диска нет — найдите эти данные в магазине приложений или поищите в интернете на форумах и специализированных сайтах.

Сборка осциллографа из планшета

Для стабилизации сигнала и расширения диапазона входного напряжения можно использовать схему осциллографа для планшета. Она долго и успешно используется для сборки устройств для компьютера.

Для этого применяются стабилитроны КС 119 А с резисторами на 10 и 100 кОм. Первый резистор и стабилитроны подключают параллельно. Второй и более мощный резистор подключается на вход электросхемы. Это расширяет максимальный диапазон напряжений. В конечном счёте пропадают дополнительные помехи и повышается напряжение до 12 вольт.

Нужное программное обеспечение для сборки осциллографа на основе планшета и андроида

Чтобы работать с подобной схемой потребуется программа, которая способна нарисовать графики на основе входящего звукового сигнала. Множество таких вариантов легко найти в «Маркете». С помощью них можно выбрать дополнительную калибровку и добиться максимальной точности для профессионального осциллографа из планшета или другого функционального устройства.

Широкодиапазонная частота с помощью отдельного гаджета

Широкий диапазон частот с помощью отдельного гаджета достигается его приставкой с аналогово-цифровым преобразователем, который обеспечивает передачу сигнала в цифровом варианте. За счёт этого достигается более высокая точность измерений. На практике — это портативный дисплей, который аккумулирует информацию с отдельных устройств.

Цветовая маркировка выводов

Все, что связано с электрическими сетями, особенно проводниками, обязательно обозначается цветовой маркировкой. Делается это для удобства проведения монтажа и обслуживания. Индуктивный датчик этого также не избежал. В нем выходы обозначены определенными стандартными цветами:

  • Минус – синий цвет.
  • Плюс – красный.
  • Выход – черный.
  • Бывает и второй выход, он белого цвета, который может быть и входом в систему управления. Об этом производитель обязательно информирует в инструкции.

И последнее – это конструктивные особенности, которые касаются корпуса датчика. Он может иметь цилиндрическую или прямоугольную форму. Изготавливается из металлических сплавов или пластика. Чаще всего в промышленности используются цилиндрические приборы диаметром 12 или 18 мм. Хотя есть в этой размерной линейке и другие параметры: 4, 8, 22 и 30 мм.

Приветствую уважаемых радиолюбителей. Предлагаемый вашему рассмотрению индукционный датчик может использоваться во многих устройствах — отрывания дверей или снятия с полок товаров, в тахометрах, в искробезопасных указателях уровня жидкостей, вместо прерывателей в бензиновых двигателях, в элементах автоматики, к примеру в отключении клапана набора воды в ёмкостях… Схема взята из классических её прототипов, но упрощена и сбалансирована. Она достаточно проста, но, при этом и надёжна, и отличается чёткостью своей работы, легко изготавливается, налаживается и встраивается в различные устройства.


С этим читают