Осциллограф своими руками, реально? да! dso138, осциллограф-конструктор

Реализация защиты, экранирования сигнала и снижения погрешности

Для того чтобы частично защитить свое устройство от возможного выхода из строя, а также стабилизировать сигнал и расширить диапазон входных напряжений, может использоваться схема простого осциллографа для планшета, которая уже долгое время успешно применяется для сборки приборов для компьютера. В ней применяются дешевые компоненты, среди которых стабилитроны КС119А и два резистора на 10 и 100 кОм. Стабилитроны и первый резистор подключаются параллельно, а второй, более мощный, резистор используется на входе схемы, чтобы расширить максимально возможный диапазон напряжений. В результате пропадает большое количество помех, а напряжение повышается до 12 В.

Само собой, следует учитывать, что осциллограф из планшета работает в первую очередь со звуковыми импульсами. Поэтому стоит позаботиться о качественном экранировании как самой схемы, так и щупов. При желании подробную инструкцию по сборке данной схемы можно найти на одном из тематических форумов.

Электрическая схема

Если вам необходим приставка к компьютеру, то сделать осциллограф будет гораздо сложнее. Сегодня в интернете можно отыскать довольно большое количество разных схем этих устройств, и для изготовления, например, двухканального осциллографа вам будет необходимо только их продублировать. Второй канал зачастую актуален в случае, когда надо сравнивать два сигнала или же осциллограф используется для подключения внешней синхронизации.

Как правило, схемы очень простые, но так, вы самостоятельно обеспечите очень большой диапазон доступных измерений, используя минимум радиодеталей. Причем аттенюатор, который изготавливается по классической схеме, потребовал бы от вас наличие узкоспециализированных высокомегаомных резисторов, а его сопротивление на входе все время менялось при переключении диапазона. Поэтому вы бы испытывали некоторые ограничения при использовании обычных осциллографических проводов, рассчитанных на импеданс входа не больше 1 мОм.

Как выбрать резисторы делителя напряжения

Из-за того, что зачастую радиолюбители испытывают сложности с тем, чтобы подобрать прецизионные резисторы, часто бывает так, что приходится выбирать устройства широкого профиля, которые надо максимально точно подогнать, иначе сделать своими руками осциллограф из компьютера не получится.

Подстроечные резисторы делителя напряжения

В этом случае каждое плечо делителя имеет два резистора, один является постоянным, второй – подстроечный. Минус этого варианта, это его громоздкость, но точность ограничивается лишь тем, какие доступные характеристики имеет измерительный аппарат.

Как выбрать обычные резисторы

Еще один вариант сделать осциллограф из компьютера – это выбрать пары резисторов. Точность в этом случае обеспечивается благодаря тому, что используются пары из двух комплектов с довольно приличным разбросом

Тут важно изначально выполнить тщательные замеры всех устройств, а после подобрать пары, суммарное сопротивление которых будет самым подходящим для вашей схемы

Сегодня подгонка резисторов с помощью удаления части пленки часто используется даже в современной промышленности, то есть так, нередко делается осциллограф из компьютера.

Но нужно сказать, что если вы хотите подгонять высокоомные резисторы, то резистивная пленка не должна быть разрезана насквозь. Так как в этих устройствах она находится на цилиндрической поверхности в виде спирали, потому делать подпил надо предельно аккуратно, чтобы не допустить разрыва цепи. Затем:

После, когда резистор полностью подогнан, место пропила покрывают слоем специального защитного лака.

Сегодня этот способ наиболее быстрый и простой, но при этом дает хорошие результаты, что и сделало его оптимальным для домашних условий.

Что нужно учесть

• Используемый компьютер для осциллографа обязательно нужно заземлить.
• Нельзя подключать заземление к розетке. Оно подсоединяется через специальный корпус линейного входного разъема с корпусом системного блока. В данном случае, независимо, попадаете ли вы в фазу или ноль, у вас не будет замыкания.

Говоря иначе, в розетку может подсоединяться только провод, который соединяется с резистором, и находится в схеме адаптера с номинальным значением один мегом. Если же вы попробуете включить в сеть провод, который контактирует с корпусом, то почти во всех случаях это обязательно приведет к самым плачевным последствиям.

В наше время использование различных измерительных устройств, построенных на базе взаимодействия с персональным компьютером, достаточно много. Значительным преимуществом их использования является возможность сохранения полученных значений достаточно большого объема в памяти устройства, с последующим их анализом.

Цифровой USB осциллограф из компьютера, описание которого мы приводим в данной статье, является одним из вариантов подобных измерительных инструментов радиолюбителя. Его можно применить в качестве осциллографа и устройства записывающего электрические сигналы в оперативную память и на жесткий диск компьютера.

Схема не сложная и содержит минимум компонентов, в результате чего удалось добиться хорошей компактности устройства.

Как измерить входное сопротивление линейного входа?

Чтобы рассчитать аттенюатор для линейного входа аудиокарты, нужно знать входное сопротивление линейного входа. К сожалению, измерить входное сопротивление при помощи обычного мультиметра нельзя. Это связано с тем, что во входных цепях аудиокарт имеются разделительные конденсаторы.

Входные же сопротивления разных аудиокарт могут очень сильно отличаться. Так что, этот замер сделать всё-таки придётся.

Для измерения входного импеданса аудокарты по переменному току, нужно подать на вход через балластный (добавочный) резистор синусоидальный сигнал частотой 50 Гц и рассчитать сопротивление по приведённой формуле.

Синусоидальный сигнал можно сформировать в программном генераторе НЧ, ссылка на который есть в «Дополнительных материалах». Замер амплитудных значений также можно произвести программным осциллографом.

На картинке изображена схема подключений.

Напряжения U1 и U2 нужно измерить виртуальным осциллографом в соответствующих положениях выключателя SA. Абсолютные значения напряжения знать не нужно, поэтому расчёты валидны до калибровки прибора.

Пример расчёта.

R1 = 50кОм.

U1 = 100

U2 = 540

Rx = 50 * 100 / (540 – 100) ≈ 11,4 (кОм).

Цвет / Расположение	Импеданс (кОм)
Красный / Тыл	82
Чёрный / Тыл	75
Салатовый / Фронт	11,4
Розовый / Фронт	50
Ноутбук	8,5

Вот результаты замеров импеданса разных линейных входов.

Как видите, входные сопротивления отличаются в разы, а в одном случае почти на порядок.

Сборка

1. Для начала убеждаемся, что основная часть у нас работает и не повреждена. Для этого подаём питание 9 вольт на круглый разъём (центральный контакт — плюсовой). Если всё нормально, то мы должны увидеть загрузку, логотип, а затем картинку с сигналом, как на следующей фотографии. Если этого не произошло, то необходимо либо поднимать вопрос о возврате с продавцом, либо связаться с изготовителем для исправления самостоятельно. У меня всё заработало сразу:

2. Впаиваем контакт выхода тестового сигнала (J8).

3. Впаиваем разъём для питания от аккумулятора (J6).

4. Выключатель питания (SW5).

5. Впаиваем гребёнку из 4-х контактов (J2).

6. Кнопки (SW1-4).

7. Теперь необходимо убрать резистор R30 с основной платы (выпаять паяльником, либо аккуратно выломать плоскогубцами). Он был нужен для подачи питания в обход выключателя при первоначальной проверке платы:

Теперь снова подаём питание и убеждаемся, что выключатель и все кнопки функционируют нормально.

Сборка основной платы закончена. Теперь аналоговая часть.

1. Впаиваем резисторы. Внимательно проверяем номиналы по полоскам и лучше при этом вооружиться мультиметром.

R1	510 KΩ
R2	5.1 MΩ
R3	1.2 MΩ
R4	11 KΩ
R5, R6, R14	1 KΩ
R7	300 Ω
R8, R13, R16	150 Ω
R9	91 Ω
R10	30 Ω
R11, R12	15 Ω
R15	680 Ω
R26, R27	120 Ω

2. Впаиваем конденсаторы. Сверяемся с маркировкой.

C1	0.1 µF
C2	330 pF
C4	1 pF
C6, C7	120 pF

3. Два подстроечных конденсатора.

C3, C5

5-30 pF

4. Переключатель режимов (SW1).

5. Электролитические конденсаторы.

C10, C11, C12, C13, C14

100 µF / 16V

6. Впаиваем BNC коннектор. Тут потребуется мощный паяльник, чтобы хорошо прогреть место крепления к плате.

7. Две гребёнки контактов 2×5 (J2, J3).

Обе платы собраны и теперь выглядят вот так:

Впаиваем энкодер в его небольшую плату. Тут нужно быть внимательным и не перепутать сторону. Иначе ничего не заработает.

① FNIRSI-1C15 цифровой карманный осциллограф

Рейтинг: 4.9 Цена: от 4 738,30 руб. до4 890,36 руб. Перейти в магазин Компактный осциллограф Fnirsi 1C15 представляет собой отличную портативную модель с частотным диапазоном 110 МГц. Прибор питается от встроенного аккумулятора емкостью 3000 мАч и имеет функцию автоматической калибровки. Для проверки щупов в устройстве используется генератор сигнала.

От представленной в рейтинге модели DSO150 данный аппарат отличается частотным диапазоном (DSO150 до 200 МГц) и отсутствием встроенного аккумулятора. В комплекте идет силиконовый кейс и сумка для переноски и хранения.

Достоинства:

• есть отдельная цифровая обработка сигналов на ПЛИС;
• можно сохранять снимки;
• портативный, небольшие размеры + работает от аккумулятора емкостью 3000 мАч;
• хорошая комплектация;
• есть откидной держатель.

Недостатки:

• скорость оцифровки заявлена как 500 Ms/s, но реальная – 200 Ms/s;
• щупы среднего качества – неплохие, но при возможности лучше заменить.

Дисплей

Купить на AliExpress.com

Шаг 5: Если oscilloscope_4ch.exe не работает…

Если, по какой-либо причине программа oscilloscope_4ch.exe не работает, выполните следующее:

1. Установите утилиту Processing >

1. Запустите программу «Oscilloscope»; контроллер Arduino подключите к компьютеру через USB-порт. Теперь вам нужно «подружить» их друг с другом через последовательный порт.
2. В поле «Configurar Serial» (Настройка последовательного интерфейса) нажимайте на поле «select serial» до тех пор, пока не появится порт, к которому подключен Arduino (если он не появился, нажмите на кнопку «refresh» для обновления).
3. Нажимайте кнопку «select speed» пока не появится скорость 115200.
4. Нажмите кнопку «off»; надпись на ней изменится на «on».
5. Если все правильно сделано, самодельный осциллограф покажет 4 канала .

Если подключение настроено неправильно, вы увидите на изображении «шум».

Топ-2. Gaqqee DSO138

Рейтинг (2021): 4.80

Учтено 244 отзыва с ресурсов: АлиЭкспресс

Лучшая цена

За счет того, что осциллограф выпускается в виде набора деталей, его цена в несколько раз ниже, чем у других приборов с АлиЭкспресс.

• Характеристики
  • Средняя цена: 872 руб.
  • Дисплей: 2.4 дюйма, 320*240
  • Каналы: 1
  • Полоса пропускания: 200 кГц
  • Объем памяти: 10000 выборок
  • Скорость захвата: 30000 wfm/S
  • Частота дискретизации: 1 MSa/S

Для тех, кто хочет сэкономить деньги или получить удовольствие от самостоятельной сборки осциллографа, на АлиЭкспресс есть специальные наборы DIY. Модель Gaqqee DSO138 продается в двух вариантах – уже собранный прибор или комплект деталей. Стоит все это удовольствие относительно недорого. По характеристикам осциллограф не уступает HLFEC DSO150, а весит даже меньше – всего 156 г. Покупателей не вполне устроила комплектация товара. В посылке нет блока питания, не хватает болтов, да и щупы лучше докупить отдельно. Зато есть подробная инструкция, а качество деталей значительно превышает цену. В числе минусов упоминают только доставку, которая может затянуться на несколько месяцев.

Плюсы и минусы

• Самая низкая цена в категории
• Подробная инструкция для самостоятельной сборки
• Маленький вес и скромные габариты
• Высокое качество деталей осциллографа
• Стабильная работа в любом режиме

• Доставка может длиться до 4 месяцев
• Случаются повреждения при перевозке
• Неполная комплектация

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.

Топ-5. Voktta Digital Oscilloscope

Рейтинг (2021): 4.50

Учтено 5 отзывов с ресурсов: АлиЭкспресс

• Характеристики
  • Средняя цена: 2906 руб.
  • Дисплей: 3 дюйма, 320*240
  • Каналы: 1
  • Полоса пропускания: 2 МГц
  • Объем памяти: 10000 выборок
  • Скорость захвата: 30000 wfm/S
  • Частота дискретизации: 5MSa/s

В описании сразу заявлено, что инструмент не самый мощный и имеет крайне ограниченный функционал. У него самая низкая пропускная способность среди подобных приборов, и выполнять с его помощью какую-то сложную и высокоточную диагностику не получится. Зато для частотного применения и анализа тока осциллограф вполне подойдет, да и цена радует. Устройство поддерживает флэш карту и имеет встроенный модуль памяти. Все получаемые данные легко сохраняются и потом переносятся в компьютер для их изучения. Также преимуществом можно считать компактность, но это одновременно и недостаток, так как некоторые кнопки получились очень маленькими, а отображаемые данные на экране зачастую сложно читаются.

Плюсы и минусы

• Подойдет для работы в полевых условиях
• Один из самых бюджетных приборов на АлиЭкспресс
• Есть возможность расширения памяти
• Простое управление и подключение к ПК
• Питание от аккумулятора емкостью 1200 мАч

• Минимальные характеристики и набор функций
• Слишком маленькие клавиши и дисплей

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.

Организация питания

Для питания требуется источник 9 В, как утверждают изготовители, питающее напряжение может быть в пределах 8-12 вольт. Потребляемый ток не указан, забегая вперёд — он составляет чуть более 100 мА.

Очень практичным и универсальным решением считаю питать плату от портативного аккумулятора (power bank) — сейчас они есть практически у каждого. К тому же, адаптировав осциллограф для 5 В аккумулятора, плату можно будет запитать и от телефонной зарядки.

Для повышения напряжения с 5 до 9 вольт можно использовать DC-DC преобразователь, например MT3608 — стоит копейки в радиомагазине или у тех же Китайцев. Для подключения к плате я использовал разъём компьютерного вентилятора — подойдут те, которые с двумя проводами, например со старой видеокарты.

То-ли из-за входного конденсатора, то-ли по иным причинам, но у платы большие стартовые токи и при включении всей схемы срабатывает внутренняя защита аккумулятора (выход 2 А). Проблема легко решается добавлением резистора 0,5 Ом в разрыв входного питания DC-преобразователя.

Перед подключением платы осциллографа необходимо выставить на преобразователе напряжение 9-10 вольт, делается это путем вращения подстроечного резистора.

Перед первым включением рекомендую впаять перемычку или штырёк для образцового сигнала, место под перемычку находится рядом с разъёмами питания. Внутренний генератор выдаёт прямоугольные импульсы частотой 1 кГц и амплитудой 3,3 В. Для проверки нужно коснуться красным крокодилом до перемычки, черный крокодил никуда цеплять не нужно.

Теперь можно включать всю схему и приступать к освоению несложной инструкции.

④ USB осциллограф -приставка Hantek 6022BE

Рейтинг: 4.8 Цена: от 4 324,91 руб. до4 959,13 руб. Перейти в магазин Портативный осциллограф Hantek 6022BE предназначен для использования с портативными компьютерами через разъем USB 2.0. Алюминиевый корпус устройства защищает внутренние узлы от повреждений. Благодаря прямоугольной форме его можно расположить вертикально или горизонтально. Готовые результаты измерений прибор сохраняет в форматах текста, фото jpg или файла MS Excel и Word. Допустимый диапазон входящего сигнала без делителя – от -4,5 до +4,5 вольта.

Достоинства:

• двухканальный;
• есть много ПО для работы с осциллографом – как официальное под Windows, так и неофициальное под Windows и Android (по OTG)/Linux;
• малый размер;
• качественная сборка и материалы.

Недостатки:

узкий диапазон измерения напряжения.

Щуп

Купить на AliExpress.com

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.

Заключение

За последние два-три года компания Pico Technology Ltd. разработала и выпустила на рынок ряд серий USB-осциллографов — приставок к персональным компьютерам, сочетающих малые размеры и вес с профессиональными характеристиками осциллографов самого различного класса — от сверхширокополосных стробоскопических с полосой до 20 ГГц до широкополосных осциллографов аналоговых и смешанных сигналов с полосой до 1 ГГц и приборов, интегрированных с анализаторами спектра и генераторами произвольных сигналов и функций. Устройства имеют необычно большое число автоматических вычислений, мощные средства математической обработки осциллограмм, большой объем памяти и параметры, ранее характерные для более громоздких, тяжелых и намного более дорогих настольных цифровых осциллографов. Российская фирма «ПриСТ» производит поставку таких приборов под своей торговой маркой АКИП на отечественный рынок. Несомненно, что приборы этого класса найдут широкое применение в исследовании, наладке и тестировании самых разнообразных электронных и связных устройств и систем .