Светодиодный осциллографический пробник

Схема пробника с осциллографическим индикатором 8X8

Принципиальная схема самодельного осциллографического индикатора для простых проверок, содержит дисплей 8X8 светодиодов. Доступные большинству радиолюбителей сервисные и лабораторные осциллографы выпуска 70-80-х годов, обладают высокой точностью и достаточной функциональностью.

Но они слишком тяжелы и громоздки, их невозможно использовать в полевых условиях или при ремонте по вызову.

Конечно, сейчас есть осциллографические мультиметры или миниатюрные приставки к ноутбукам – USB-осциллографы. В литературе встречаются описания микроконтроллерных самоделок на ЖК-панелях.

Но все это либо очень дорого, либо сложно, требует «суперсовременную» элементную базу, которую не всегда можно приобрести.

Поэтому, желательно в дополнение к «динозавру» типа С1-55 иметь осциллографический пробник, простой и дешевый в изготовлении. В Л.1 приводится описание логического пробника, с экраном 10×10 из набора отдельных светодиодов.

Конструкция, безусловно, интересная но, недостаточно функциональная. Во-первых, работает только с логическими уровнями и не может показывать процессы в аналоговых цепях.

Во-вторых, использование 100 отдельных светодиодов делает экран слишком большим и плохо читаемым с близкого расстояния.

Принципиальная схема

На рисунке в тексте показана схема моего варианта осциллографического пробника.

Его главные отличия от предложенного в Л.1:

  1. В качестве экрана используется графический светодиодный индикатор КИПГОЗА-8х8К, поэтому экран хотя и маленький (20×20мм), но легко читаемый с близкого расстояния.
  2. Питается пробник от собственного гальванического источника, или от сетевого адаптера.
  3. Можно анализировать как логические схемы, так и аналоговые, включая и схемы с переменным током.
  4. Максимальная чувствительность (отклонение на всю высоту Y) составляет 1V.

Схема, как и у настоящего осциллографа, состоит из канала вертикального отклонения (на микросхеме А1), горизонтальной разветки (узел на микросхемах D1 и D2), источника питания и индикаторного устройства.

Рис. 1. Принципиальная схема тестера с осциллографическим индикатором.

В канале вертикального отклонения работает широко известная индикаторная микросхема LM3914, с линейной зависимостью индикации. Режим работы установлен -«движущаяся точка».

Так как архитектура используемого графического индикатора 8X8 (8 по вертикали и 8 по горизонтали, всего 64), здесь используются только 8 выходов микросхемы А1.

При питании опорной цепи её компараторов от встроенного стабилизатора напряжения 1,25V, получается, что величина максимальной индикации соответствует входному напряжению 1V (поступающему на вывод 5).

На резисторах R1 и R2, которые входят в состав внутреннего стабилизатора А1 и схему задания тока через светодиоды, сделана схема перемещения «нулевой линии» по вертикали («смещение по вертикали»).

Это позволяет установить нулевую линию индикации на любую из 8-й строк индикатора и исследовать как постоянные положительные, так и отрицательные и переменные напряжения.

Постоянное напряжение с R2 суммируется с входным, благодаря тому, что поступает на «заземленный» вывод R3 – регулятора чувствительности по вертикали.

Обратите внимание, – «земля» входа (Х1) подключена не к общему минусу питания схемы, а к движку резистора R2.

Переключатель S1 служит для выбора импульсного режима (как на схеме) или режима переменного тока, когда постоянную составляющую не пускает конденсатор С2.

Переключатель S2 ступенчато регулирует чувствительность. Положение хЗ наиболее удобно при анализе логических схем.

Схема развертки сделана по такой же схеме, как и в Л.1. Она состоит из мультивибратора на логических инверторах D2.1 и D2.2 и счетчика D1. Частота мультивибратора ступенчато регулируется с помощью переключателя S3, который переключает емкости в частотозадающей цепи мультивибратора. Плавная регулировка с помощью R5.

Положения переключателя подписаны в единицах времени на одно деление по горизонтали (всего по горизонтали 8 делений).

Импульсы с выхода мультивибратора поступают на вход счетчика D1, который своими выходами сканирует вертикальные столбцы светодиодного графического индикатора, создавая развертку по горизонтали.

Чтобы получить достаточную яркость свечения индикатора ток через его светодиоды должен быть не менее 10мА. Максимум же единицы выхода К561ИЕ9 – всего 3 мА. Поэтому, ток на светодиоды подается через восемь транзисторных ключей VТ1-VТ8, включенных по схеме усилителей тока.

Конструкция

Питается пробник от «Кроны», вернее от её импортного аналога. Так как фактически в любой момент времени светится только один светодиод индикаторной матрицы ток, потребления не превосходит 20мА.

Но, при наличии электросети на месте проведения работ прибор можно питать и от сетевого адаптера, через разъем Х2.

Переключатель S4 одновременно является выключателем питания при работе от батареи и переключателем источника питания. При работе от внешнего источника выключение производится отключением этого источника от сети или разъема Х2.

На месте S4 можно установить тумблер с нейтралью, тогда нейтральное положение будет соответствовать выключенному, а в крайних, – питание от батареи или от внешнего источника.

Стабилизатора напряжения питания в схеме не предусмотрено. Это немного негативно сказывается на стабильности частоты развертки, но не на точности работы канала вертикального отклонения, так как в микросхеме LM3914 есть стабилизатор опорного напряжения. Впрочем, это же пробник, а не полноценный осциллограф, – высокой точности от него и не требуется.

Большинство деталей расположено на отрезке макетной печатной платы размерами 90×23мм. На плате, расположены три микросхемы и транзисторные ключи, другие детали.

Корпус сделан из пластмассового пенала размерами 210х30х30мм. В одной из его половинок располагается печатная плата и батарея питания.

В другой сделан вырез 20×20мм под индикатор, и отверстия для установки переменных резисторов R1, R2, R3, R5, а так же для всех переключателей и разъемов. Все соединения выполнены монтажным проводом, а для соединения с индикатором используется два ленточных кабеля по 8 жил в каждом.

Детали

Использовать вместо микросхемы LM3914 другие LM39xx нежелательно, так как у них логарифмический закон индикации, а здесь нужен исключительно линейный.

Микросхемы К561 можно заменить любыми аналогами серий К176, К564, CD40. Вместо К561ЛЕ5 (или её аналога) можно использовать любую микросхему данной серии, имеющую не менее двух инверторов.

Счетчик К561ИЕ9 (или аналог) можно заменить десятичным счетчиком К561ИЕ8, соединив его выход №8 с входом обнуления (R).

Что касается индикатора КИПГ03А-8х8К, – его можно заменить любым аналогичным графическим светодиодным индикатором отечественного или зарубежного производства. На рисунке в тексте приводится чертеж корпуса и схема индикатора КИПГ03А-8х8К.

В крайнем случае, вместе графического индикатора можно использовать отдельные светодиоды, всего 64 штуки. Но, желательно чтобы эти светодиоды были как можно меньших размеров, и расположить их на основе экрана максимально близко друг к другу.

Лучше использовать миниатюрные светодиоды с квадратными корпусами, и склеить их в матрицу при помощи какого-либо подходящего клея.

Рис. 2. светодиодный индикатор КИПГ03А-8х8К.

Индикатор нужно закрыть светофильтром соответствующего цвета и снабдить блендой, защищающей его от внешнего света.

Налаживание

Проверьте правильность монтажа. Включите прибор. Если резистор R2 находится в нижнем по схеме положении индикации не будет (ноль за пределами экрана).

Поворотом R2 добейтесь индикации. На экране должна быть движущаяся горизонтальная точка или горизонтальная линия (это зависит от того какая частота развертки выбрана). После того как вы убедились в том, что прибор работает, переключите S1 в положение «=» и отградуируйте шкалу вокруг ручки переменного резистора R3, подавая на вход прибора постоянное напряжение от лабораторного источника (при необходимости, через потенциометр), и измеряя его мультиметром.

Нанесите вокруг ручки R3 не менее десяти рисок. Затем проверьте соответствие на всех четырех пределах (на всех четырех положениях S2). Если нужно подберите сопротивления R3, R4, R15. Погрешность 10-15% вполне приемлема.

Точность развертки, в общем, можно установить подбором сопротивления R6, а для каждого из положений S3 – подбором емкости соответствующего конденсатора.

В работе данный пробник во многом сходен с простым импульсным осциллографом.

При анализе логических схем ручками смещения по вертикали (R1 и R2) установите линию (бегущую точку) на нижнюю линию индикатора.

Затем, подаете на вход напряжение от шины плюса питания анализируемой схемы, и ручкой чувствительности (R3) установите бегущую точку на верхний ряд индикатора. Далее, все как с обычным импульсным осциллографом, – внизу ноль, вверху единица.

А если линии и внизу и вверху, – то это импульсы и чтобы их увидеть нужно подстроить развертку (R5, S3).

При анализе аналоговых схем резисторами R1 и R2 установите линию (бегущую точку) где-то посредине высоты экрана. Точно посредине, как у настоящего осциллографа, не получится, потому что у данного индикатора четное число строк, так что на четвертую или пятую линию. Тоже самое и при работе с переменным током.

Устойчивого изображения импульсов или формы переменного напряжения добивайтесь регулировкой развертки (R5, S3).

С помощью этого пробника можно видеть логические уровни, постоянные напряжения, прямоугольные импульсы, синусоидальное переменное напряжение. Конечно, все в пределах точности данного пробника и в пределах разрешающей способности 64-точечного экрана.

Несмотря на все эти ограничения, работая в паре с мультиметром, этот пробник может во многих случаях заменить настоящий осциллограф.

Каравкин В. РК-04-08.

Литература: 1. Андреев С. Универсальный логический пробник, РК-09-2005.

Радиосхемы Схемы электрические принципиальные

Мы в социальных сетях

Главное меню

Реклама на сайте

Светодиодный осциллограф

категория
Измерительные приборы
материалы в категории

Радиоконструктор 2004 №12

Осциллограф – один из необходимых приборов в мастерской радиолюбителя или ремонтника, но, приобретение нового портативного прибора может оказаться слишком дорогим “удовольствием”, а старую, но исправную технику не всегда можно найти, да и габариты её и вес позволяют пользоваться прибором только в стационаре. Даже если вы задумаете собрать осциллограф самостоятельно (а это совсем не так сложно, как кажется), скорее всего, у вас возникнет трудность с приобретением электронно-лучевой трубки со статическим отклонением лучей (кинескоп от телевизора здесь не подойдет).

Осциллографический светодиодный индикатор, схема которого описывается в данной статье, конечно, не может в полной мере заменить осциллограф, уже хотя бы только по тому, что его светодиодный экран имеет низкую разрешающую способность (9×10 точек). Но, тем не менее, с его помощью можно примерно определить форму сигнала, отличить “синус” от импульсов, приблизительно определить частоту, амплитуду и скважность сигнала. Он годится для ремонта низкочастотной аппаратуры, с его помощью можно исследовать процессы в логических схемах, работающих на частотах не более 25 кГц. Можно “увидеть” логические нули, единицы, импульсы, определить высокоомное состояние.

Читайте также:  Светодиодный стробоскоп своими руками - схема

Способ отображения информации на экране индикатора продемонстрирован на рисунке 1 на нескольких примерах. На первой эпюре показано состояние нуля, когда на вход не подано напряжение или его уровень очень мал. При исследовании логической схемы – это изображение логического нуля. На второй эпюре положительное напряжение максимального уровня, а для логической схемы – логическая единица. На третьей эпюре – отрицательное напряжение по модулю максимального уровня. Изображение, показанное на четвёртой эпюре может быть при подаче на вход переменного напряжения, период которого значительно ниже установленного значения развёртки. Подстроив развёртку и уровень можно будет увидеть, например, синусоидальный сигнал (седьмая эпюра). Эпюра 4 будет и в том случае, если на выходе цифровой микросхемы будет высокоомное состояние, и в это время вы прикоснетесь пальцем к щупу индикатора, подключённого к этому выходу микросхемы. Эпюра 5 – положительные прямоугольные импульсы, эпюра 6 – треугольные импульсы.

Схема светодиодного осциллографического индикатора

В общем, все как на “взрослом” осциллографе, но только разрешающая способность очень низкая (9×10 точек).

Принципиальная схема индикатора показана на рисунке 2. Как видно, схема предельно упрощена. В качестве устройства вертикального отклонения “луча” используется популярная микросхема LM3914, которая, обычно применяется для создания индикатора напряжения со светодиодной линейной шкалой. Микросхема может работать в двух режимах – индикация светящимся столбом или точкой. В данном случае нужна индикация точкой, поэтому, вывод 9 микросхемы A3 никуда не подключён (вид индикации выбирают изменением уровня на выводе 9).

Микросхема LM3914 может измерять только положительное напряжение. Но, на экране осциллографа нулевая линия в середине экрана, вверху от неё положительные напряжения, а внизу – отрицательные. Для того, чтобы при нулевом напряжении на входе работал 14-й вывод A3 используется схема на двух операционных усилителях А1 и А2. Операционный усилитель А1 создает искусственную “землю”, -среднюю точку питания, относительно которой и должно измеряться поступающее на вход индикатора напряжение. Положение этой “нулевой” точки отсчёта регулируется переменным резистором R7 “установка нуля”. Им изменяется напряжение на прямом входе А1, следовательно, и напряжение на его выходе.

Операционный усилитель А2 включён по схеме повторителя (с единичным коэффициентом передачи), – его задача в том, чтобы развязать вход индикатора и вход микросхемы A3. Если необходимо получить более высокий коэффициент передачи (например, чтобы повысить чувствительность индикатора для исследования НЧ сигналов низкого уровня), можно между его инверсным входом и выходом ввести цепь ООС, величину которой можно будет менять переключателем (“V/Дел.”).

Подстроечный резистор R21 служит для установки отклонения “луча” на верхнее значение при налаживании индикатора.

Экран представляет собой матрицу из 90 светодиодов общего применения. На схеме расположение светодиодов показано так же, как на экране готовой конструкции.

Как уже сказано, вертикальную развёртку осуществляет микросхема A3. Горизонтальная развёртка автоматическая, не синхронизирована. Она выполняется цифровым способом при помощи счётчика D2 и мультивибратора D1. Мультивибратор вырабатывает импульсы, которые поступают на счётный вход счётчика D2. Это приводит к тому, что состояние счётчика все время меняется от 0 до 9, можно сказать, что по его выходам “пробегает” логическая единица слева на право (по схеме). Этот процесс и создает горизонтальную развёртку. Если, например, на вход индикатора подано постоянное напряжение, такого уровня, что открыт 11-й вывод A3, то счётчик D2 будет поочерёдно включать все светодиоды, подключённые к этому выводу A3. И при определённой частоте импульсов, поступающих на вход D2, скорость переключения этих светодиодов будет такой, что это будет зрительно восприниматься как светящаяся горизонтальная линия.

Частота горизонтальной развёртки определяется частотой импульсов на выходе мультивибратора D1. Грубо она устанавливается переключателем S3, а точно -переменным резистором R10. Поскольку, в этой схеме не предусмотрена автоматическая синхронизация, то, подав сигнал на вход нужно подстраивать R10 так, чтобы “поймать” входной сигнал и увидеть его форму на экране.

Подстраивая резисторы R2 и R10 можно установить такой уровень и развёртку, при котором на экране будет наиболее полно и стабильно видна форма входного сигнала.

S4 – выключатель питания. Питается прибор от источника постоянного тока напряжением 9V (например, от “Кроны”).

Светодиоды можно использовать любые, работающие в видимом спектре излучения, желательно одинаковые (и подешевле).

Операционные усилители – общего применения. Микросхему K561ЛA7 можно заменить любой другой микросхемой серий К561, К176, К1561, CD40 в которой не менее трёх инверторов. Счётчик К561ИЕ8 может быть заменен аналогичным вышеуказанных серий.

Микросхему LM3914 можно заменить любым импортным или отечественным аналогом, допускающим индикацию перемещающейся точкой (режим “DOT”).

Переключатели S1, S2 и S4 – импортные микротумблеры. Переключатель S3 -импортный галетный на 9 положений (используется 8 положений).

Индикатор собран в пластмассовой коробке размерами 80x180x30мм. С левой стороны передней панели (80×180мм) расположен экран. Его размеры зависят от размеров применяемых светодиодов. Экран состоит из девяноста отверстий – девять горизонтальных рядов по десять отверстий (как показано на рисунке 1). Отверстия выполняются такого диаметра, чтобы в них плотно вставлялись используемые светодиоды. Перед установкой корпус каждого из светодиодов по окружности ближе к выводам промазывается клеем “Момент” (или любым другим для пластмассы). Все светодиоды нужно установить в одинаковом положении (например, катод слева, анод справа).

После того как все светодиоды установлены и приклеены их выводы подрезают, но не равномерно, а так, чтобы, например, вывод анода был длиннее вывода катода. Затем нужно немного отогнуть выводы (например, катод немного вверх, а анод немного вниз). Далее, изготавливаете 19 оголённых лужёных проводников и припаиваете их припаиваете из них 10 вертикальными линиями к анодам, а 9 – горизонтальными линиями к катодам (точно как показано на принципиальной схеме). В этой же передней панели коробки просверлены отверстия под все переключатели, переменные резисторы и X1.

Монтаж выполнен без применения печатной платы. Все микросхемы предварительно подписаны (на “животах”) и приклеены “вверх ногами” изнутри корпуса к передней панели при помощи клея “Момент” (или другого). Весь монтаж выполнен объёмным способом на выводах этих микросхем, переменных резисторов, переключателей и светодиодов.

Налаживание. После проверки монтажа включите питание. На экране должна перемещаться горизонтально точка (или видна горизонтальная линия, образованная светодиодами). Установите резистор R5 в среднее положение. Затем, подстройте R7 так, чтобы точка перемещалась по средней линии экрана (или светилась средняя горизонтальная линия экрана).

Установите R2 в нижнее (по схеме) положение и переключите S1 в нижнее (по схеме) положение. Подайте на вход постоянное положительное напряжение 10V. Поворачивая R2 следите за тем, как перемещается вверх горизонтальная линия. Как только линия переместится в верхнее максимальное положение сделайте отметку “10V” на шкале резистора R2. Затем, аналогичным образом отметьте “5V”, “15V”.

Переключите S1 в верхнее положение и подайте на вход переменное напряжение, например, 6V (от понижающего трансформатора). Переключите S3 в положение “30mS” или “10mS” и регулируя R2 и R10

добейтесь того, чтобы светящаяся точка на экране описывала синусоиду.

Если есть функциональный генератор, – проверьте работу на других частотах, с другой формой сигнала.

Конечно, этот прибор сильно упрощён и конструкция довольно “сырая”. Он не может конкурировать с обычными осциллографами на ЭЛТ или с современными карманными цифровыми осциллографами на жидких кристаллах, но данная конструкция, – это всего лишь эксперимент. Попытка сделать несложный пробник, способный хотя бы частично заменить осциллограф.

А усовершенствований может быть много – можно увеличить число “пикселей” экрана, использовать вместо отдельных светодиодов жидкокристаллическую или светодиодную матрицу, ввести синхронизацию развёртки, ждущий режим, сделать прецизионный вход, увеличить яркость свечения экрана повысив ток через светодиоды путём введения буферных ключей.

Светодиодный осциллографический пробник

Модератор форума: Sam
Форум радиолюбителей » СХЕМЫ » ИЗМЕРЕНИЯ » Простой осциллографический пробник “Импульс-5110” (Из доступных деталей)

Простой осциллографический пробник “Импульс-5110”

Вт, 19.06.2018, 23:55 | Сообщение # 1
булат

Данный пробник создавался как доступный с минимумом деталей и доступной элементной базой,в качестве индикации сначала выбирался нокиа 5110 (ардуиновский дисплей),однако результат очень порадовал,в дальнейшем планируется переход на доступные цветные дисплеи на базе ST7735

Программная часть моя,аналоговую часть,пожелания в прошивке и “обкатка” сделали ув. apeks и ув. Лекс59

Ср, 20.06.2018, 09:05 | Сообщение # 2
Лекс59

Осциллографический пробник Импульс-5110.
При разработке данного пробника ставилась задача создать максимально функциональный прибор при использовании минимально возможного количества использованных компонентов.
Были использованы достаточно широко используемые и распространенные детали.
При построении схемы предпочтение отдавалось классическому включению данного компонента. Из схемы сознательно были исключены всяческие украшения и дополнения. Интерфейс общения с прибором сделан так, чтобы избегать сложных многоуровневых меню и быть интуитивно понятным.

Так же сознательно были исключены средства автоматизации типа мультиплексоров и реле. Дело в том, что управление чувствительностью с помощью мультиплексоров приводит к принципиально неустранимому недостатку осциллографа – невозможности настройки делителей на всех диапазонах одновременно и при переключении диапазонов чувствительности нормальная настройка сохраняется только на одном из них.

Выбор компонентов.

Наиболее распространенным на данный момент и самым широко применяемым в радиолюбительской практике является микроконтроллер ATmega328. Он и был выбран за основу.
Построение осциллографа с достаточно широкой полосой пропускания немыслимо без применения внешнего АЦП. AD9280 полностью удовлетворяет поставленной задаче и сравнительно недорог.
Номенклатура операционных усилителей весьма широка. Выбранная схема позволяет использовать многие из них без существенных изменений в схеме.
В силу наличия и характеристик были выбраны сдвоенные ОУ с частотой единичного усиления не ниже 10 МГц. Весьма желательно использовать более быстрые ОУ. Например AD8066.
В качестве инвертора напряжения питания можно применить ICL7660. Но он слабоват для выбранной схемы усилителя. Лучше из серии TPS60400 – TPS60403. Последние работают на более высокой частоте, позволяют использовать конденсаторы меньшей емкости и дают как следствие меньше пульсаций.
Прибор сразу задумывался как автономный, поэтому было применено питание от литиевого аккумулятора, распространенного повышающего преобразователя МТ3608 и контроллера зарядки АКБ на микросхеме ТР4056.
Дисплей. Был применен широко распространенный модуль с Нокиевским дисплеем 5110.
Выбор оказался неожиданно удачным. Дисплей небольшой, но очень контрастный и изображение получилось вполне приемлемым. К тому же он достаточно быстрый.

Полученные характеристики осциллографического пробника
Полоса пропускания аналоговой части.
Определяется в основном примененным ОУ. В нашем случае позволяет с приемлемым качеством рассмотреть прямоугольный сигнал частотой до 1 МГц. Синусоидальный сигнал до 2 МГц при некотором снижении амплитуды.
Комфортно можно рассматривать сигналы до 500 кГц. При этом на дисплее будет примерно 2,5 периода сигнала на самой быстрой развертке без искусственного программного расширения.
Частота выборок при использовании кварцевого резонатора на 27 мегагерц составляет 9 мегасэмплов.

Чувствительность.
По большому счету может быть выбрана пользователем исходя из своих нужд. Максимально, что удавалось получать без танцев с бубном около 10 мВ на деление. При сетке 5 делений по высоте.
Схемой предусмотрен входной делитель 1:1, 1:10, 1:100.
Промежуточный делитель 1:1, 1:2,5 , 1:5.
Промежуточный делитель так же может быть подобран самостоятельно.

Функционал.
Предусмотрено меню, вход в которое происходит при зажатой левой кнопке при включении.
Меню позволяет настроить контраст дисплея.
Осуществить разворот отображения сигнала при применении различных типов усилителей (инвертирующих сигнал/не инвертирующих сигнал)
Позволяет включить/выключить сетку.
Позволяет включить/выключить показания вольтметра сигнала.
Отсчет показаний амплитуды сигнала производится по положению движков переключателей в уме.
Это связано, как уже писалось, для исключения применения мультиплексоров и связанных с ними принципиальных недостатков.
Выход из меню настройки осуществляется нажатием на кнопку «Пауза». После этого установки сохраняются в EEPROM микроконтроллера.

Интерфейс.

Кнопками управления выбирается длительность развертки, смещается вверх и вниз линия синхронизации. Пятая кнопка – режим «Пауза». В паузе возможна прокрутка сигнала. Кроме того, если находясь в этом режиме зажать кнопку «Пауза», то осциллограф переходит в ждущий режим.
Ждущий режим работает так: После того, как сигнал превысит уровень синхронизации, осциллограф записывает дамп данных и автоматически становится на паузу. Возможна прокрутка сигнала. Новое длительное нажатие на кнопку вызывает новый цикл записи.

Для того, чтобы не загромождать дисплей данными, индикация осуществляется в течение нескольких секунд после нажатия на клавиши управления. Это позволило со всей полнотой использовать небольшую площадь выбранного дисплея.
Особой фишкой прибора является возможность скорректировать расчетный коэффициент для вольтметра сигнала.

Должен сказать, что большая часть решений по интерфейсу принималась Автором конструкции самостоятельно и оказалась на редкость удачной. Даже при таком небольшом дисплее сигнал ясно читаем, а лишние данные не загромождают изображение и появляются на короткое время после нажатия на кнопки управления.

Малогабаритный осциллограф-пробник

Б. МАКЕЕНКО, А. ЖЕБРИКОВ,
г.Саяногорск, Хакассия

Предлагаем несложный малогабаритный прибор, который может найти применение при разработке разнообразных поделок для дома, при ремонте автомобилей, на предприятиях с большими магнитными полями, где применение классических осциллографов просто невозможно. В нем индицируемый сигнал выводится на точечную светодиодную матрицу.

Принципиальная схема прибора показана на рисунке. Он состоит из входного усилителя, собранного на транзисторе VT1, и операционного усилителя DA1, АЦП, состоящего из цепочки резисторов R10—R18 и семи элементов “исключающее ИЛИ” DD1.1— DD1.4 и DD2.1 — DD2.3, коммутатора строк, собранного на транзисторах VT2—VT8, генератора развертки, собранного на элементе D2.4 и транзисторе VT9, коммутатора разрядов DD3, узла синхронизации, выполненного на диодах VD2—VD4, и индикатора захвата синхронизации HL1.

Сформированный входной сигнал с выхода операционного усилителя DA1 поступает на цепочку резисторов и в зависимости от амплитуды входного сигнала вызывает включение одного из элементов D1.1— D1.4, D2.1—D2.3, который, в свою очередь, откроет один из ключей “строк”, соединив тем самым одну из “строк” через резисторы R26, R27 с общим проводом. Изменением сопротивления резистора R26 выбирают рабочий ток включенного светодиода и тем самым изменяют яркость его свечения. Таким образом, мы развернули входной сигнал по вертикали.

Развертка по горизонтали. Сигнал генератора развертки с выхода транзистора VT9 поступает на счетный вход CP микросхемы DD3. Коммутатор DD3 поочередно устанавливаетуровень лог. 1 на одном из выходов 0—9 этой микросхемы, подавая питание на анод одного из светодиодов, в выбранной строке и в выбранном столбце. Таким образом, в определенный момент времени светится только один из светодиодов матрицы HL2—HL64. Меняя напряжение смещения на инвертирующем входе операционного усилителя DA1 резистором R7, можно сместить светящуюся точку (“луч”) вверх или вниз.

Работа узла синхронизации. При включении переключателя SA5 в верхнее по схеме положение “Синхронизация” — “Ждущая” импульс разрядов, дойдя до выхода 9 микросхемы DD3, через диод VD2 запретит работу генератора развертки, коммутатор DD3 останется в состоянии 9. Это состояние сохраняется до тех пор, пока сигнал выходов микросхем DD1, DD2 через переключатель SA3 не сбросит счетчик DD3 в состояние лог. О и разрешит работу генератора развертки, тем самым засинхронизировав ее с входным сигналом.

Технические характеристики

Число позиций поля псевдографики (горизонталь-вертикаль) . 7×9
Чувствительность, В/поз. 0,1. 1 и 1..70
Скорость развертки (8 поддиапазонов), мс/поз. 0,01. 33
Синхронизация. по фронту и спаду импульса
Входное сопротивление на пределах чувствительности 0,1В,кОм. 300
1 В, МОм. 3
Напряжение питания, В. 12
Ток потребления, мА, не более. 20

Входной формирователь. Коэффициент усиления операционного усилителя DA1 выбран таким, чтобы при подаче напряжения в 100 мВ луч в столбце сместился на одну строку.

Аналого-цифровой преобразователь. Известно, что порог переключения цифровых микросхем равен примерно Uпит/2. Микросхема К176ЛП2 имеет такую особенность, что для переключения из одного состояния в другое не обязательно подавать на входы уровень лог. 1 или лог. О — достаточно, чтобы разность между входами достигала несколько десятков милливольт. То есть, если при UПит = 10 В на один из входов подать напряжение 5,05 В, а на другой — 4,95 В, элемент “поймет” это как лог. 1 на одном входе и лог. 0 на другом. Микросхемы серии К561 таким свойством не обладают, поэтому работать в этом приборе не будут! На основе такого свойства и построена работа АЦП. При подаче напряжения +5 В в точку соединения резисторов R13 и R14 на входах (выводы 1, 2, 5, 6, 8, 9) элементов D1.1 —D1.3 будет лог. 1, на входах элементов D2.1 —D2.3 — лог 0, на выводе 12 входа элемента D1.4— лог. 1, а на выводе 13 входа элемента D1.4 — лог. 0. Следовательно, на выходе элемента D1.4 — состояние лог. 1, которое и открывает ключ “строки” VT5. Если напряжение на входе АЦП снизится, переключится следующий нижний по схеме элемент, если повысится — следующий верхний по схеме элемент.

Настройка. Очень желательно выбрать микросхемы DD1 и DD2 из одной партии, поточнее подобрать резисторы R10—R17 и конденсаторы С2—С7. При выключенной синхронизации (SA5 в нижнем по схеме положении) проверить работоспособность генератора развертки на всех диапазонах (коллектор VT9), проверить циклическое появление лог. 1 на каждом из выходов коммутатора “разрядов” DD3. Индикацией работы коммутатора “разрядов” может служить мигание светодиода HL1. Резистор R7 уста овить в такое положение, чтобы при подаче на вход прибора напряжения 100 мВ на дисплее светилась строка 1, при подаче напряжения 200 мВ — строка 2 и так далее.

Конструктивно прибор собран на одной печатной плате. Переключатели SA3, SA4 — самодельные, выполнены печатным монтажом из соображений уменьшения высоты, остальные переключатели — от импортной техники подходящих размеров, переменные сопротивления — импортные, под печатный монтаж.

Прибор собран в корпусе размерами 120x80x30 мм. Для этих целей можно использовать корпус от карманного приемника.

При разработке данного прибора были учтены рекомендации Романа Краузе в его публикации описания аналогичного устройства (“Цифровой осциллограф”. — Praktyczny Eektronik, 2001, ╧ 4, с. 4 — 8). У названного автора конструкция была выполнена с использованием специализированной ИМС и линейной светодиодной матрицы.

Щуп-осциллограф

При ремонте и настройке аппаратуры где-нибудь вдали от хорошо оснащенной лаборатории, незаменимыми помощниками радиолюбителя становятся “братья меньшие” измерительных приборов – всевозможные пробники, индикаторы и Щупы. Наверняка, в арсенале любого специалиста найдется хотя бы одно, а то и несколько подобных устройств. Но вот похвалиться наличием малогабаритного осциллографа может далеко не каждый. Появившиеся в последнее время импортные осциллографы на ЖКИ по своей цене доступны единицам. А так хотелось бы иметь малогабаритный прибор, позволяющий визуально контролировать сигнал и хотя бы примерно определять его форму, частоту и амплитуду!

В результате многочисленных экспериментов на свет появился малогабаритный осциллографический щуп. К его “плюсам” следует отнести малогабаритность, автономное питание, малое энергопотребление, удобную форму, позволяющую, не отрывая взгляда от пробника, производить регулировку и ремонт аппаратуры. К сожалению, из-за применяемых микросхем, не отличающихся высоким быстродействием, щуп получился низкочастотным, но ему можно найти массу применений. Например, щуп прошел испытания при ремонте и настройке телевизоров, часов, магнитофонов и других аналоговых и цифровых устройств. Как и настоящий осциллограф, щуп позволяет визуально контролировать входной сигнал и примерно определять его параметры, а также служит индикатором фазного провода сети. Схема щупа приведена на рис.1.


Рис.1. Принципиальная схема щупа

Его основой является светодиодная матрица АЛС340, которая содержит 35 светодиодов – 7 рядов по 5 колонок.

Генератор тактовых импульсов (развертки по горизонтали) собран на элементах DD1.1. DD1.3. Переключателем SA1 выбирают необходимый частотный диапазон, а резистором R3 синхронизируют сигнал. С генератора импульсы поступают на счетчик-дешифратор DD2, выходы которого управляют работой транзисторных ключей. Ключи поочередно перебирают ряды матрицы, за счет чего формируется развертка по горизонтали. Хотя разрешающая способность матрицы и невелика, она все же способна отобразить синусоиду, прямоугольные импульсы, пилу и другие периодические сигналы. Особенно эффективно и “удобочитаемо” смотрится сигнал, находящийся у порога синхронизации. Тогда он перемещается в одну из сторон, что во многих случаях предпочтительнее полной остановки.

Устройство вертикального отклонения луча состоит из конденсатора С1, переключателя SA2, позволяющего контролировать постоянное или переменное напряжение, резистивного делителя R1-R4-R5, переключателя SA3, выбирающего необходимый диапазон входного сигнала, четырех компараторов микросхемы DA1 и элементов совпадения DD1.4, DD3. Диоды VD1, VD2 защищают входы компараторов от перегрузок. Резисторы R6. R11 устанавливают пороговые напряжения на компараторах, с одной стороны, а с другой – создают “виртуальную землю”, необходимую для нормальной работы микросхемы DA1.

Когда входной сигнал отсутствует, все компараторы выключены, и поэтому в устройстве совпадения активным является элемент DD1.4. В этом случае излучают светодиоды средней колонки, образуя нулевую линию развертки. При появлении входного сигнала положительной полярности поочередно срабатывают компараторы DA1.1, DA1.2, а отрицательного – DA1.3, DA1.4. Логика устройства совпадения выбрана такой, чтобы в случае срабатывания всех компараторов горели только крайние светодиоды. Это позволило добиться на экране изображения из цепочки светящихся точек, объективно передающих информацию о форме исследуемого сигнала. Резисторы R12. R16 – токоограничительные для светодиодной матрицы. Уменьшая их сопротивление, можно повысить яркость, но это повлечет за собой увеличение энергопотребления щупа. Элементы VT8, VT9, VD3 образуют стабилизатор напряжения.

В авторском варианте щуп собран в корпусе от “Знакового логического индикатора”, выпускавшегося ранее нашей промышленностью. Его вид изображен на рис.2. В нем вместо “родного” индикатора АЛС324 установлена матрица АЛС340. Монтаж деталей – смешанный (печатно-навесной), что обусловлено его большой плотностью. Компоновка и размеры щупа в основном определяются используемыми переключателями и переменными резисторами. В качестве корпуса можно использовать любую пластиковую коробочку, например, футляр от зубной щетки, авторучки, пенал. Светодиодная матрица устанавливается в нижней части корпуса вблизи металлической иглы-щупа, туда же выводятся органы регулировки. Монтаж выполнен тонким проводом МГТФ.


Рис.2. Схема монтажа

Источник питания – батарейка 6F22 или “Крона”. В качестве SA3 и SA4 использованы микропереключатели ПД9-2, SA1 совместно с SA2 – блок переключателей от импортного сетевого адаптера. Переменные резисторы R3, R5 – регуляторы громкости плейера. Эти элементы могут быть и другими, главное, чтобы они были малогабаритными. Вместо АЛС340 можно установить АЛ306А, Б, Ж, И. Стабилитрон VD3 – в стеклянном корпусе. Конденсатор С1 – К73-9, С2. С7 – керамические, малогабаритные. Все микросхемы серии К561 заменяются на К176. Вместо К561ИЕ8 можно применить К561ИЕ9 (с учетом различий в цоколевке). Счетверенный ОУ К1401УД2 можно заменить на два сдвоенных К157УД2, установив их друг на друга.

Щуп, собранный из заведомо исправных деталей, начинает работать сразу. Возможно, придется подобрать величину R2 – для небольшого перекрытия соседних диапазонов, и R8, R11 -для равномерного срабатывания компараторов положительного и отрицательного сигналов. Работа со щупом практически ничем не отличается от работы с обыкновенным осциллографом.

Миниатюрный осциллографический пробник

Миниатюрный осциллографический пробник

При ремонте и налаживании радиоэлектронной аппаратуры часто возникает потребность в миниатюрном пробнике-осциллографе с автономным питанием, с помощью которого можно было бы контролировать наличие сигнала и хотя бы примерно оценить его параметры. Предлагаемый вниманию читателей осциллографический пробник в значительной мере отвечает этим требованиям. Применение низковольтного многоразрядного вакуумного люминесцентного индикатора и цифровых микросхем серии К176 позволило сконструировать экономичный прибор размером с карманный микрокалькулятор и питанием от батареи напряжением 9 В. Потребляемый пробником ток не превышает 15 мА, причем основным потребителем является катод прямого накала индикатора. Пробником можно контролировать сигналы амплитудой 1. 320 В частотой до 50 кГц при скважности от 1,14 до 8, а также одиночные импульсы. Входное сопротивление на пределе “1. 32 В”-220 кОм, на пределе “10. 320 В” – 2,2 МОм. Предусмотрены три режима работы: автоматический, ждущий с запуском фронтом положительного импульса и ждущий с запуском фронтом отрицательного импульса.

Принципиальная схема пробника изображена на рис. 1, временные диаграммы в его характерных точках – на рис. 2 (режим автоматической развертки) и 3 (режим ждущей развертки). Прибор состоит из генератора развертки, устройства вертикального отклонения “луча” и многоразрядного знакового индикатора HG1. Генератор, в свою очередь, содержит мультивибратор на элементах DD1.1-DD1.3 и счетчик-дешифратор DD2, устройство вертикального отклонения “луча” – компараторы положительного (ОУ DA1) и отрицательного (ОУ DA2) уровней и элемент совпадения DD1.4. Мультивибратор вырабатывает последовательность импульсов (рис. 2, ж), счетчик-дешифратор поочередно формирует на своих выходах импульсы высокого уровня (рис. 2, з-п), которые, последовательно поступая на сетки индикатора HG1, создают горизонтальную развертку изображения.

Контролируемый сигнал поступает на входы компараторов через делитель напряжения, состоящий из резисторов R3, R5 и R6. Потенциал общего провода, необходимый для нормальной работы ОУ DA1, DA2 при питании от однополярного источника GB1, создается искусственно делителем напряжения R8-R11. Этот же делитель задает и пороговые напряжения на инвертирующем входе ОУ DA1 и неинвертирую-щем входе ОУ DA2, отличающиеся от потенциала общего провода соответственно на +100 и -100 мВ; элементы R3, R5, VDI, VD2 защищают входы ОУ от перегрузок. Долю входного сигнала, при которой срабатывают компараторы, устанавливают переключателем SA1 и переменным резистором R6 (по положениям переключателя и движка резистора при необходимости судят об амплитуде сигнала).

В индикаторе HG1 использованы горизонтальные аноды-сегменты а, g и d (в справочниках их иногда обозначают русскими буквами а. ж, г), индицирующие соответственно положительный, нулевой и отрицательный уровни контролируемого сигнала. Если напряжение сигнала превышает (по абсолютной величине) положительный или отрицательный пороговый уровень, на выходе ОУ DA1 или DA2 появляется напряжение высокого уровня и зажигаются аноды-сегменты а или d. Если же оба компаратора (DA1 и DA2) находятся в нулевом состоянии (на их выходах – напряжения низкого уровня), высокий уровень присутствует на выходе элемента DD1.4 и светятся аноды-сегменты g, отображая нулевой уровень входного сигнала (рис. 3, р).

Частота следования импульсов мультивибратора, а следовательно, и скорость развертки изображения на индикаторе задается резисторами R2, R4 и одним из конденсаторов С1-С8, выбираемым переключателем SA2. Плавно частоту следования импульсов регулируют переменным резистором R4. Резистор R1 ограничивает входной ток через микросхему, его сопротивление выбирают в пределах 3. 10 кОм. Если необходимы иные, чем указано на схеме, длительности развертки, то это можно сделать, рассчитав заново (по формуле T=1,4RC, где Т – период колебании) номиналы конденсаторов С1-С8 и резисторов R2, R4.

В режиме автоматической развертки формируется цикл, состоящий из восьми тактов, фронтом девятого импульса счетчик-дешифратор DD2 переводится в нулевое состояние (рис. 2, е). В ждущем режиме генератор развертки запускается самим контролируемым сигналом. В этом режиме он может быть запущен как положительным перепадом входного напряжения (переключатель SA3 в среднем – по схеме – положении), так и отрицательным (переключатель в нижнем положении). Когда на выходе компаратора, к которому подключена дифференцирующая цепь R12C9, появляется положительный перепад уровней, на входе R счетчика-дешифратора DD2 формируется короткий импульс сброса (рис. 3, е). В результате на выходе 8 появляется напряжение низкого уровня и мультивибратор начинает генерировать импульсы. При появлении на этом выходе счетчика-дешифратора высокого уровня генерация прекращается. Иными словами, развертка запускается на один цикл. При периодическом входном сигнале на индикаторе HQ1 наблюдается устойчивое изображение. Катод прямого накала индикатора подключен к батарее GB1 через токо-ограничительный резистор R13 (к ее минусовому выводу обязательно должен быть подключен вывод I, соединенный с токопроводящим покрытием внутренней поверхности баллона).

Конструкция и детали. В пробнике применены постоянные резисторы МЛТ, переменные резисторы СПО-0,15, конденсаторы КМ-5. Вместо ОУ К140УД6 можно использовать ОУ К140УД7, К140УД8 (с любым буквенным индексом), К140УД12, К140УД14, вместо микросхем серии К176 – их аналоги из серии К561. Розетка XS1, переключатели SA1-SA3 и выключатель QI могут быть любого типа, важно лишь, чтобы они были малогабаритными.

На передней стенке корпуса пробника установлены розетка XS1 с элементами входного делителя напряжения R3, R5, R6 и выключателем SA1, переключатели SA2 (с припаянными к его контактам конденсаторами С1-С8) и SA3 (с конденсатором С9), выключатель питания Q1, переменный резистор R4 и индикатор HG1. Переменные резисторы R4 и R6 снабжены шкалами, примерный вид которых показан на рис. 4. Отметка “X 1 ” шкалы резистора R4 (“Время/дел.”) соответствует крайнему левому (по схеме) положению движка, а отметка “1В” шкалы резистора R6 (“Уровень”) – крайнему верхнему (также по схеме). Остальные детали пробника размешены на печатной плате (рис. 5), изготовленной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Возможен вариант конструкции, при которой элементы входного делителя напряжения вместе с выключателем SA1 смонтированы в выносном щупе (с таким пробником работать будет удобнее).

Налаживание устройства заключается в установке (подбором резисторов R8 и R11) напряжений +100 мВ на выводе 2 ОУ DA1 и -100 мВ на выводе 3 ОУ DA2 относительно средней точки делителя R8-R11, При неустойчивом запуске развертки в ждущем режиме необходимо увеличить емкость конденсатора С9. Повысить яркость свечения сегментов индикатора можно увеличением напряжения питания до 12 В (при этом сопротивление резистора R13 необходимо увеличить до 560 Ом).

Работа с пробником требует некоторого навыка. Если необходимо определить лишь наличие импульсов и их длительность, то переменным резистором R6 (“Уровень”) устанавливают чувствительность, равную 1 В, переключателем SA2 (“Время/дел.”) выбирают такую длительность развертки, при которой на индикаторе отображается один или два периода сигнала, и переменным резистором R4 (“Время/дел.”) добиваются устойчивого изображения. Если таким способом синхронизировать изображение не удается, прибор переводят в режим ждущей развертки с запуском положительным или отрицательным перепадом входного напряжения. Период контролируемых колебаний или длительность импульса определяют по положению переключателя SA2 и ручки переменного резистора R4.

Если же требуется измерить амплитуду сигнала, ручку переменного резистора R6 и переключатель SA1 устанавливают в положения, соответствующие зажиганию сегментов положительного или отрицательного (в зависимости от полярности сигнала) уровня. Амплитуду (в диапазоне значений. установленных переключателем SA1) отсчитывают по шкале резистора.

Форму колебаний определяют по характеру изменения изображения на индикаторе при установке переменным резистором. R6 разных значений чувствительности. В качестве примера на рис. 6 показана отображаемая индикатором информация при поданном на вход сигнале треугольной формы и различных положениях движка переменного резистора R6 (штрихами изображены аноды-сегменты, светящиеся вполнакала). Как показала практика, добиваться полной синхронизации развертки следует не всегда – в ряде случаев изображение контролируемого сигнала воспринимается лучше, если оно медленно перемещается в ту или иную сторону.

Читайте также:  Электронный штангенциркуль с LCD
Ссылка на основную публикацию