аттенюатор что это в осциллографе

Доработки осциллографа DSO138 — аттенюатор до 300V, оформление корпуса, литиевая батарея

Китайский кит осциллограф DSO138 можно по праву считать первым общедоступным недорогим осциллографом начального уровня. Именно поэтому про него сказано и написано так много, и он так популярен до сих пор.

Я при первой возможности тоже обзавёлся. И принялся «дорабатывать напильником» по месту.

Содержание / Contents

↑ Видеоролик о доработках DSO138

↑ Заказываем полезности на Али

↑ Об аттенюаторе немного подробнее

Хоть и написано в инструкции, что максимальное входное напряжение осциллографа 50 Вольт, но уже при 20 Вольтах все показатели на дисплее становятся предупреждающе красными. А потому самодельный аттенюатор может пригодиться многим, жалающим поковыряться в напряжениях повыше (до 300V).

Схема аттенюатора содержит несколько деталек и собирается с установкой в корпус за полчаса. Конденсаторы — лучше взять высоковольтную 600V-1000V керамику (малые габариты, высокая надёжность).

При подключении осциллографа к сети 220 Вольт через аттенюатор на выходе мы имеем не более 12,5 Вольт переменки, а на показаниях осциллографа ок. 23 Вольт.

Всем работающих схем!
Спасибо за внимание.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

Источник

Что такое осциллограф и для чего он нужен

Осциллограф – неотъемлемая часть комплектов измерительных приборов, предназначенных для электронных устройств. Осциллограф – это единственное устройство, которое помогает пронаблюдать саму форму сигнала и при этом оценивать его время и амплитуду. Сейчас осциллографы совсем не уступают в точности специальным измерительным приборам – вольтметрам, к примеру.

Назначение осциллографа – наблюдать форму сигнала, измерение параметров сигнала в любой момент времени, сравнение форм сигналов и их фазовых сдвигов с другими колебаниями.

Второе название осциллографа – осциллоскоп.

Устройство и принцип работы осциллографа

Среди всех измерительных приборов осциллограф считается одним из самых сложных в плане своего устройства. И не зря. Ведь по принципу работы он сравним с телевизором. Разница разве что в виде сигнала, обрабатываемом этими устройствами.

В основе лежит электронно-лучевая трубка. На ней отображается состояние входного электрического сигнала. Чтобы изображение совпадало с формой колебаний, электронный луч осциллографа управляется генератором строчной развёртки. (картинка)

У осциллографа электронно-лучевая трубка в своём устройстве имеет две пары отклоняющихся пластинок. Именно они и управляют положением электронного луча на экране.

Первая пара – горизонтальная. Она отвечает за отклонение луча в этой плоскости. На неё подаётся напряжение пилообразной формы от генератора горизонтальной развёртки. Потом напряжение увеличивается. Это вызывает отклонение луча по горизонтали. Луч вернётся назад и начнёт движение заново во то время, когда импульс резкой пойдёт на спад. Сам момент возвращения луча виден быть не должен. На экран в это время подаётся напряжение гашения луча.

Чтобы лучше понять принцип работы устройства, можно изучить блок-схему осциллографа. По ней в том числе становится понятно, что в состав устройства входят горизонтальный и вертикальный каналы.

Горизонтальная развёртка

Канал горизонтального подключения подключается к генератору развёртки. Он вырабатывает сигналы горизонтального отклонения лучей. Генератор Х (развёртки) работает в нескольких режимах.

При исследовании стабильных сигналов удобно использовать режим внутренней синхронизации. В этих условиях изображение будет неподвижным. Чтобы увеличить стабильность можно организовать захват частоты на входе генератором развёртки.

Также этот режим называется ждущим. В нём запуск генератора происходит в тот момент, когда входной сигнал достигает определённого уровня. Или от внешнего источника. В режиме внешней синхронизации удобно исследовать не очень стабильные колебания, особенно если есть синхронизация между генератором развёртки и схемы от одного источника колебания. Прибор поддаётся регулировка, чтобы точно установить уровень, на котором генератор запускается.

Если синхронизация происходит от сети питания, то запуск развёртки будет синхронизирован с колебанием напряжения сети. Так что синхронизация от сети так же предусмотрена, чтобы наблюдать за помехами и искажениями. Ручная синхронизация подходит для исследования различных непериодических сигналов. К примеру, в логических схемах.

Вертикальная развёртка

Канал вертикального отклонения называется каналом Y, по аналогии с горизонтальной осью Y в системе координат. В нём входной исследуемый сигнал обрабатывается. Сигнал этот поступает в канал через аттенюатор. Аттенюатор – это ступенчатый регулятор уровня. Это делается для того, чтобы амплитуда параметра, который измеряют, не превышала допустимый уровень. А картинка тем временем не выходила за пределы экрана. Канал Y может передать сигнал на генератор горизонтального отклонения для его синхронизации.

Обычно канал вертикального отклонения работает в открытом режиме. Это значит, что само отклонения луча будет чётко совпадать с уровнем сигнала. Когда есть постоянная составляющая, то это мешает наблюдению за колебаниями. Происходит это из-за того, что картинка будет слишком смещена к границам экрана сверху или снизу. Так же она может вообще выходить за границы. Эту постоянную составляющую можно убрать, если включить режим закрытого входа. Или настроить аттенюатор под размеры экрана.

Про закрытый вход. Сигнал поступает через конденсатор, не создающий препятствия для переменного напряжения. Тогда оба канала обладают оконченными усилителями, формирующими нужные уровни сигналов, которые подаются на отклоняющие пластины.

Основные параметры осциллографа

Осциллограф имеет ряд характеристик, которые помогают лучше определить его области применения.

Сопротивление входа

Большинство осциллографов имеют сопротивление входа 1 МОм. Это нужно для того, что вход самого устройства не искажал схему. Для этого его сопротивление должно быть достаточно большим.

Верхняя граница частоты исследуемого сигнала

Это тоже очень важный параметр. Сейчас осциллографы могут работать с колебаниями частот в гигагерцах. И имеется в виду не только частота сигнала, но так же длительность его фронта и спад определённых импульсов. Другими словами, время измерения амплитуды.

Особенно это полезно при исследовании сигналов, не обладающих формой синусоида. В сигнале больше гармонических составляющих с большой частотой, когда форма сигнала близится к прямоугольной. И входные цепи должны быть рассчитаны на такие частоты. Иначе задняя и передняя стенки импульсов на изображении будут искажены. Форма импульса не будет соответствовать действительности, хотя частота будет верной.

Здесь важно учесть, что при исследовании прямоугольных колебаний максимально допустимая частота осциллографа должна превосходить частоту сигнала в несколько раз.

Допустимые значения уровня

Понятно, что колебания малого уровня едва ли вызовут отклонения пучка электронно-лучевой трубки. Да и выйти из границ допустимых пределов разрешающей способности аналого-цифрового преобразователя частот тоже. Высокие значения в свою очередь могут вызвать множество реакций, от искажений изображения до выведения из строя входных цепей всего устройства.

Назначение осциллографа

Из прошлых пунктов уже можно выделить несколько областей, в которых применяются осциллографы. Но о том, для чего именно нужен осциллограф, ещё сказано не было.

Понятно, что они нужны для измерений и анализа форм периодических сигналов. И иногда при измерениях без осциллографов не обойтись. Амперметр и вольтметр дадут понятие только об уровне сигнала, а частометр – о частоте. Но полной картины достигнуто не будет. Тут то и помогают осциллографы.

Самая большая область применения этих устройств – исследование форм телевизионных сигналов. В них, кроме сигналов с информацией об изображении, так же есть данные о синхронизации кадровой развёртки и строчной, импульсах синхронизации цвета и прочая информация. В этом случае наблюдение за изображением на осциллографах очень облегчает процесс ремонта и регулировку трактов изображения у телевизоров. На картинке – телевизионный осциллограф.

Типы осциллографов

Электронно-лучевые осциллографы подразделяются на:

Аналоговые осциллографы

Сначала, очевидно, появились аналоговые осциллографы, ведь для работы устройства использовались аналоговые детали. Они подавали вполне точное изображение формы сигнала. Однако замерять амплитуды и частоты совсем не могли. При определении этих характеристик создавалась нелинейность. Она создавалась из-за искажений, которые вносил входной тракт, и движения электронного луча вкупе с этим. Получаемые данные можно было использовать только для оценочного измерения. А наблюдение было возможно только в случае периодического сигнала.

С появлением ЭЛТ стало возможным организовать память на одно движение луча горизонтальной развёртки. Чтобы оценивать помехи импульсов и однократные сигналы, это было необходимо.

Цифровые осциллографы

Современные цифровые осциллографы имеют куда более широкие возможности. В них цифровой тракт обработки сигнала подаётся после входных цепей осциллографа на аналого-цифровой преобразователь. Этот алгоритм позволяет проводить самые точные измерения параметров, таких как частота следования, длительность импульсов, напряжение. А используя запоминающее устройство (USB-осциллограф), можно запоминать любые участки формы сигналов без специального оборудования.

Цифровые осциллографы бывают двух видов. Разделены они были по принципу использования тракта. У одних он был дополнением к аналоговым измерениям, у вторых – использовался для формирования изображения.

Устройства первого типа не отличаются от аналоговых, имея дополнительную опцию для измерения. Вторые же максимально сходны с цифровыми, имея отличие только в отображении информации.

Современные осциллографы для отображения информация используют жидкокристаллические дисплеи. Кроме формы сигнала на нём отображаются все параметры, которые устройство замеряет:

Благодаря такому набору способностей один прибор может заменить большую часть других измерительных устройств.

Как ещё несколько полезных качеств цифровых осциллографов можно отметить:

Как правильно пользоваться осциллографом

После того, как стало понятны устройство и виды, нужно понять, как пользоваться осциллографом.

Начать стоит с калибровки. Для этого предусмотрены выходы встроенного калибратора, в котором значения частоты и напряжения строго фиксированы. Изображение на экране подгоняют под норму, регулируя чувствительность и частоту. Следует помнить, что щупы у этого устройства имеют два выхода, один из которых подключается к массе – общей точке всей электросхемы.

Далее на входном аттенюаторе нужно выставить уровень напряжения измеряемого сигнала. Если оно неизвестно, то устанавливается максимальное положение. Обычно – 100В на одно деление экрана. Переключениями аттенюатора нужно добиться, чтобы картинка заняла большую часть экрана.

Следующий шаг – выставить нужный режим синхронизации и частоту задающего генератора. Значения длительности периода колебаний установлены на регуляторе частот. Например, переключатель установлен на 20 мс/дел. Это обозначает, что период колебаний, длящийся 20мс, уложится в одно деление на координатной сетке. Частота будет равна 50Гц.

Регулируя уровень и синхронизацию, нужно добиться неподвижности изображения.

Чтобы произвести измерения, нужно следовать алгоритму:

Дополнительные возможности и советы

Осциллографы могут быть двулучевыми. Двулучевые осциллографы необходимы для построения изображений большего количества сигналов. Эти устройства имеют в своей комплектации специальную ЭЛТ с двумя лучами. Конструкция её состоит из стеклянной колбы, в которой есть две системы отклоняющихся пластин, независимые друг от друга.

Один сигнал выбирают главным, по нему синхронизируют осциллограф и относительно главного сигнала наблюдают за остальными. Для увеличения входного диапазона используются входные делители 1:10 или 1:100, поднимающие верхнее допустимое значение до 10 или 100 раз. Это нужно учитывать в дальнейших расчётах, чтобы не допустить ошибки. Наличие входного делителя при этом увеличивает и входное сопротивление.

Цифровые осциллографы не требуют подсчёта амплитуд и частот вручную. Эти значения выводятся на экран. Более того, изображение можно занести в память и распечатать.

Когда нет дополнительных входов Y, для определения фазовых сдвигов нужен осциллограф с входом Х, у которого отключён внутренний генератор развёртки. Тогда, подавая колебания на эти входы, фазы и частоты можно сравнивать по «фигурам Лиссажу».

Источник

Простейший аттенюатор для аудиокарты

В любительской радиотехнике, а именно в области проектирования усилителей низкой (звуковой) частоты, очень удобно использовать для измерений компьютер.
Профессиональные измерительные приборы стоят немалых денег, тогда как аудиокарта имеется почти в любом домашнем компьютере. В совокупности с доступным и разнообразным ПО мы получаем удобный инструмент для снятия всех основных характеристик: АЧХ (амплитудно-частотная характеристика), THD (уровень гармонических искажений), соотношение сигнал/шум и спектрограмму.

Единственным неудобством оказывается слишком чувствительный вход аудиокарты,
на который нельзя подать сигнал, превышающий напряжение 0.5-1.5 вольта.
И здесь на помощь приходит аттенюатор.

Его можно (и нужно) собрать самостоятельно. Ничего хитрого в этом опыте нет, но для тех, кто делает первые шаги в усилителестроении, материал будет полезным.

Аттенюатор является пассивным устройством и фактически, применительно к нашему случаю, представляет собой резистивный делитель напряжения. Его функция — ослабление уровня сигнала (переменного напряжения звуковой частоты) по заданным параметрам. Давайте определим эти параметры.

Задача

Необходимо подать на линейный вход аудиокарты сигнал, снятый с выходных клемм усилителя мощности, при этом не перегрузив аудиокарту. Для удобства установим величину выходного напряжения аттенюатора равным 0.775v RMS. Такое напряжение будет приемлемым для любой современной аудиокарты с линейным входом, к тому же величину 0.775v принято выбирать за опорный уровень (0dBu) при измерении абсолютных величин в децибелах.

Про измерения и децибелы очень рекомендую ознакомиться со статьей Михаила Чернецкого «Что мы измеряем?» (ссылка на публикацию на сайте журнала «Звукорежиссер» есть в конце поста [1], но для глаз намного комфортнее читать на сайте автора)

Входное напряжение на аттенюаторе выберем таким образом, чтобы оно соответствовало мощности, рассеиваемой на эквивалентной нагрузке в 8 Ohm, и равнялось 1W.

Для среднеквадратичного значения напряжения (RMS) верна следующая формула расчета мощности:

Некоторые считают мощность синусоидального сигнала по формуле P = U_a^2/2R, перепутав амплитудное значение напряжения со среднеквадратичным. Может быть у них для этих измерений осциллограф всегда под рукой(?!), мы же используем TrueRMS вольтметр и знаем разницу (и зависимость) между амплитудным и среднеквадратичным значениями напряжения (если поймали себя на мысли, что забыли и нужно срочно освежить память — идем прямиком к Радиокоту [2]).
По выше приведенной формуле находим значение 2.83v (для 1W), 4v (для 2W) и 5.66v (для 4W). Обычно для промера характеристик маломощного усилителя этих значений вполне достаточно, но если требуются бОльшие значения — вы без труда рассчитаете их сами.
Не удивляйтесь таким «маленьким» значениям мощности — для примера: однотактный ламповый усилитель вашего покорного слуги (режим работы класс «A») мощностью 2W(!) «раскачивает» здоровую напольную акустику безо всякого труда (по немногочисленным просьбам хабрачитателей я в процессе обдумывания статьи про его конструирование, но покамест решил прощупать интерес к теме публикацией данного материала — тут есть связь с компьютерами хотя бы).
Итак, у нас есть входные данные — можно перейти к расчёту.

Расчёт

В общем случае формула для расчета делителя без нагрузки выглядит так:

Единственно надо учесть тот факт, что номинал резистора Z₁ должен быть выбран на 3-4 порядка больше эквивалентной нагрузки 8 Ohm, чтобы для усилителя подключение атеннюатора осталось «незамеченным» (высокоомный, относительно выхода усилителя, вход аттенюатора практически не изменит значение сопротивления эквивалентной нагрузки, так как подключен параллельно нагрузке в 8 Ohm — вспоминаем правило сложения соединенных параллельно резисторов [3]).
Для удобства выберем Z₁=20 kOhm, тогда номинал нижнего резистора (Z₂) посчитаем по формуле:

Получим Z₂ = 0.775*20000/2.828-0.775 = 7550 Ohm
Аналогично посчитаем номиналы для других входных напряжений: 4v (для 2W) и 5.66v (для 4W).

Дотошные читатели наверняка уже заметили, что мы нигде не учитываем входное сопротивление аудиокарты. И дело вот в чём: практически любая звуковая карта изменит сопротивление резистора Z₂, так как фактически будет представлять собой включенное параллельно к нему сопротивление. Что это означает для нас? Означает, что выходное напряжение нашего аттенюатора будет несколько меньше, чем заложенное в расчётах 0.775v (sic!).
«Так значит надо измерить сопротивление линейного входа, делов-то!», — скажете вы. Но всё не так просто: звуковая карта имеет на входе конденсатор — обычным мультиметром входное сопротивление карты не измерить. Здесь понадобится генератор и осциллограф, не у всех они имеются, поэтому в рамках данной статьи мы не учитываем входное сопротивление аудиокарты при расчете.

Однако, на случай, если вы уже знаете сопротивление линейного входа вашей звуковой карты (например, оно указано в спецификации) привожу формулу, учитывающую входное сопротивление аудиокарты при расчете аттенюатора:

где Z_L — сопротивление линейного входа аудиокарты.

Принципиальная схема аттенюатора

В схеме использованы графические обозначения принципиальных схем авторства Сергея Комарова. Рекомендую скачать[5] и использовать.

Конструкция и детали

Нам понадобятся коннекторы типа «бананы» (2шт.) (или другие разъемы, совместимые с вашим усилителем), один RCA-разъем, поворотный переключатель (rotary switch) и ручка к нему (1/4″), а также резисторы (см. номиналы в схеме).
В качестве корпуса мне пришлось купить пластиковый корпус в «Чип и Дипе» за бешенные 90 рублей. Зато он очень подошел по размеру (65х45х22мм).

Выбор поворотного переключателя — дело вкуса. Можно выбрать самый дешёвый китайский, а можно — качественный. Я выбрал 2-ой вариант и заказал дорогущий Grayhill 71BD36-01-1-AJN. Ресурс 50000 поворотов, контакты ротора покрыты золотом (30 microinches — любопытная единица толщины покрытия), «военная приёмка», настоящее американское производство. Я ни разу не агитирую, но ссылку на даташит привожу [4].

Переключатель имеет 10 позиций, но нам понадобятся только три.
В идеале ещё нужен минимум инструментов: линейка или штангенциркуль, дрель, ключи-«многогранники» (чтобы закрепить рукоятку на вал).

Земляную шину лучше сделать из медной моножилы. У меня под рукой не было подходящего диаметра и я свил из медного проводника (22AWG) и облудил её бессвинцовым серебресодержащим припоем.

Резисторы можно взять любые, 1-2 ватта. Идеально выбрать проволочные или фольговые — у них минимальный шум. Я выбрал безиндуктивные проволочные Mills.
Припаивать к контактам очень удобно — у них большой шаг, а корпус переключателя сделан из термопластика и можно не опасаться повредить его горячим жалом паяльника.

После того, как закрепили разъемы и припаяли резисторы, можно закрыть корпус крышкой (я закрепил все детали в половинке корпуса), затянуть гайку переключателя, поставить два самореза (прилагаются к корпусу), закрепить ручку на вал и подписать на корпусе значения входных напряжений.

Финиш! Можно приступать к измерениям, но это уже тема для отдельной статьи.

Источник

Аттенюатор 20:1 и высоковольтный щуп с делителем 100:1 для осциллографа

Продолжаем продолжать обзоры щупов, переходников и т.д., которые могут пригодиться для диагностики автомобиля, и которые входят (либо не входят, но полезны) в комплект автомобильной версии осциллографа Hantek 2d82

Начнем с аттенюатора 20:1. Он может применяться при необходимости измерения относительно высоких напряжений, скажем напряжения первичной цепи системы зажигания, там бывает несколько сотен вольт.

Что нам обещает продавец:
Features:
Can allow oscilloscope to measure fuel injector and primary ignition waveforms.
Passive attenuator with 20:1 attenuation.
If input a 20V signal, it can output a 1V signal.
By using this item, oscilloscope can measure voltage higher than its range(*20V)

Specifications:
Attenuation: 20:1
Bandwidth: 10MHz
Input Resistance: 1.053M
Item Size: 60 * 18 * 16mm / 2.36 * 0.7 * 0.6in
Item Weight: 24g /0.85oz

Сравним с тем что пришло. Как видим внешний вид немножко отличается, что вообще говоря не принципиально

Вес — 25г, общая длина 61мм, высота 16мм, ширина 21мм.

Входное и выходное сопротивление:

Внутренний мир:

Схема. Номиналы конденсаторов, к сожалению, нечем измерить более точно.

Я проверил работу аттенюатора при помощи генератора FY6800. С учетом того, что я не проверял пока что выдает этот генератор на более серьезном осциллографе — я не могу быть уверен в правильности формы сигнала на его выходе, так что смотрим не на форму сигнала, а на одинаковость этой формы на первом и втором канале осциллографа — они подключены к одному и тому же выходу генератора.

Для начала подключим щупы к осциллографу и убедимся в идентичности всего. Щупы я предварительно подстроил по встроенному в осциллограф генератору. Щупы, соответственно, не из комплекта осциллографа, ибо в комплекте был только один, а купленные ранее, и ссылка на них давно утеряна.

Теперь подключаем аттенюатор

И проверяем на частотах 100кГц, 500кГц, 1МГц, 2МГц, 5МГц и 10МГц, и на синусе/меандре/треугольнике.

При использовании аттенюатора можно видеть некоторую несимметричность и заметное искажение формы сигнала на частоте от примерно 5МГц и выше, вносимую явно самим аттенюатором.

Что нам обещает продавец:
Specifications:
Band Width: 100MHz
Rise Time: 3.5ns
Attenuation Ratio: 100:1
Input Resistance: 100MΩ±2%
Input Capacitance: 6pF
Maximum Input: 2KV Working Voltage(Vp-p)
Compensation Range: 10pF-35pF
Operating Voltage: 0-50°C
Operating Humidity: 0-80%RH
Item Length: 15cm
Item Weight: 51g / 1.8oz
Package Size: 22 * 14 * 1cm / 8.7 * 5.5 * 0.4in
Package Weight: 79g / 2.8oz

Внешний вид:

Детальнее

Комплектуха:

Ну и проверим. Условия — те же что и с аттенюатором, то есть генератор FY6800, синус-меандр-треугольник, частоты 100/500/1000/2000/5000 кГц. Кроме того я добавил синус 20 и 40МГц

Подключаем

И погнали

Тут мы можем видеть, что со щупом 100:1 амплитуда сигнала не так сильно падает с повышением частоты.

В целом же сигнал со щупом ИМХО более корректный чем с аттенюатором. Но у него и параметры заявлены заметно лучше.

Все данные проверки были проведены в режиме переключателя на щупах х1. И меня не покидало ощущение, что что-то я делаю не так 😉 и таки да. В режиме х10 у «обычных» щупов полоса 100МГц, а в режиме х1 — всего 6МГц! И я хотел было переделывать весь обзор, но подумал — а пусть это будет наглядной иллюстрацией того, как можно лихо наколоться при измерениях, когда забыл всё чему учился. 😉

Переключаем щупы в режим x10 и на 10Мгц получаем уже гораздо более гораздую картинку:

А вот так — если один щуп в положении х1, а второй — х10. Впечатляет масштаб ошибки? 😉

Ну и перепроверим. Тут у нас 10МГц, 15МГц и 20МГц, В каждой паре 2 канал (зеленый, нижний) это «обычный» щуп в режиме х10, левая картинка — на первом канале стоит аттенюатор 20:1 и щуп х10, правая картинка — в 1 канале щуп 100:1

И как видим тут уже с аттенюатором сигнал не хуже чем со щупом 100:1, а может и даже немного лучше. Впрочем, тут уже скорее всего всё упирается в быстродействие самого осциллографа.

Подытоживая. Аттенюатор, насколько я понимаю, позиционируется в основном для наблюдения сигнала с первичной цепи системы зажигания. Там пара сотен вольт и довольно низкие частоты. И надо сказать, что справляется с этой задачей он отлично — проверено в деле (кстати, случайно подключенный к первичке осциллограф без аттенюатора тоже выжил). Щуп 100:1 — инструмент уже более высокого класса, и выбор между ними неоднозначен. Для работы на столе — я б, пожалуй, склонился именно к щупу, хотя он и дороже в полтора раза. С другой стороны, аттенюатор 20:1 может работать и с любыми другими щупами, например с имеющими крокодилы на концах, что в автодиагностике полезно. В целом — и то и другое работает, и то и другое вполне подойдёт для автомобильной диагностики, при этом щуп подойдёт и для радиолюбительства.

Источник