Bahagian Depan Analog untuk Osiloskop: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:07

Di rumah saya mempunyai beberapa kad suara USB yang murah, yang boleh dibeli di Banggood, Aliexpress, Ebay atau kedai dalam talian global yang lain dengan harga yang banyak. Saya tertanya-tanya apa yang menarik untuk saya gunakan dan memutuskan untuk membuat skop PC frekuensi rendah dengan salah satu daripadanya. Di Internet saya telah menemui perisian yang bagus, yang boleh digunakan sebagai osiloskop USB dan penjana isyarat. Saya membuat reka bentuk kad yang terbalik (dijelaskan pada langkah pertama) dan memutuskan bahawa jika saya ingin mempunyai ruang lingkup yang berfungsi sepenuhnya - saya juga perlu merancang bahagian depan Analog, yang diperlukan untuk penskalaan voltan dan peralihan voltan yang betul. isyarat input yang diterapkan pada input mikrofon kad audio, kerana input mikrofon mengharapkan voltan input maksimum dalam urutan beberapa dekad milivolt. Saya juga mahu menjadikan frontend analog universal - untuk dapat digunakan dengan Arduinos, STM32 atau mikrokontroler lain - mempunyai jalur isyarat input jauh lebih luas daripada jalur input kad audio. Arahan langkah demi langkah bagaimana merancang ruang lingkup Analog seperti ini dibentangkan dalam karya ini.

Langkah 1: Reka Bentuk dan Nodifikasi Pembalik Kad Audio USB

Kad USB sangat mudah dibuka - sarungnya tidak dilekatkan, hanya dimasukkan sebahagiannya. PCB adalah dua sisi. Soket audio dan butang kawalan berada di bahagian atas, cip penyahkod media C, yang diliputi oleh kompaun berada di bahagian bawah. Mikrofon disambungkan dalam mod mono - kedua saluran dipendekkan bersama pada PCB. Kapasitor gandingan AC (C7) digunakan pada input mikrofon. Tambahan bahawa perintang 3K (R2) digunakan untuk bias mikrofon luaran. saya telah mengeluarkan perintang ini meninggalkan tempatnya terbuka. Output audio juga digabungkan AC untuk kedua saluran.

Mempunyai gandingan AC di laluan isyarat menghalang pemerhatian isyarat DC dan frekuensi rendah. Atas sebab itu saya memutuskan untuk membuangnya (pendek). Keputusan ini juga mempunyai keburukan. Setelah kapasitor ada ditentukan beberapa titik operasi DC untuk ADC audio dan jika front-analog analog mempunyai output DC OP yang berbeza, kerana julat isyarat input yang kecil, ADC dapat tepu. Ini bermaksud - OP DC litar depan depan mesti sejajar dengan tahap input ADC. Tahap voltan keluaran DC mesti disesuaikan agar dapat sama dengan tahap input ADC. Bagaimana penyesuaian ini dilaksanakan hendaklah dibincangkan dalam langkah seterusnya. Saya telah mengukur voltan DC 1.9V pada input ADC.

Keperluan lain, yang saya tetapkan untuk front-end analog adalah tidak memerlukan sumber kuasa tambahan. Saya memutuskan untuk menggunakan voltan USB 5V kad suara untuk membekalkan juga litar depan. Untuk tujuan itu saya memotong sambungan biasa antara hujung bicu audio dan kenalan dering. Cincin yang saya memutuskan untuk digunakan untuk isyarat (wayar putih pada gambar terakhir - jambatan juga kapasitor AC), dan hujung bicu yang saya memutuskan untuk digunakan sebagai terminal bekalan kuasa - untuk tujuan itu saya menghubungkannya dengan USB 5V garisan (wayar merah). Dengan itu pengubahsuaian kad audio selesai. Saya tutup semula.

Langkah 2: Reka Bentuk Depan

Keputusan saya adalah untuk mempunyai 3 mod kerja untuk osiloskop:

• DC
• AC
• tanah

Memiliki mod AC memerlukan voltan mod input / umum penguat input meluas di bawah rel bekalan. Ini bermaksud - penguat mesti mempunyai bekalan dua - positif dan negatif.

Saya ingin mempunyai sekurang-kurangnya 3 julat voltan input (nisbah pelemahan)

• 100:1
• 10:1
• 1:1

Semua peralihan antara mod dan julat adalah suis slaid 2P3T mekanikal bu.

Untuk membuat voltan bekalan negatif untuk penguat, saya menggunakan cip pam caj 7660. Untuk menstabilkan voltan bekalan untuk penguat, saya menggunakan pengatur linear linear TI TPS7A39. Cip ini mempunyai bungkusan kecil, tetapi tidak terlalu sukar untuk disolder pada PCB. Sebagai penguat saya menggunakan opamp AD822. Kelebihannya - input CMOS (arus input yang sangat kecil) dan produk lebar jalur keuntungan yang tinggi. Sekiranya anda ingin mempunyai lebar jalur yang lebih luas, anda boleh menggunakan opamp lain dengan input CMOS. Senang mempunyai ciri Input / Output Rail to Rail; kebisingan rendah, kadar slew tinggi. Opamp yang digunakan saya memutuskan untuk membekalkan dua + 3.8V / -3.8V bekalan. Perintang maklum balas yang dikira mengikut lembaran data TPS7A39, yang memberikan voltan ini adalah:

R3 22K

R4 10K

R5 10K

R6 33K

Sekiranya anda ingin menggunakan frontend ini dengan Arduino, anda mungkin ingin mencapai voltan output 5V. Dalam kes ini, anda perlu menggunakan voltan bekalan input> 6V dan menetapkan voltan keluaran pengatur ganda menjadi + 5 / -5V.

AD822 adalah penguat ganda - pertama daripadanya digunakan sebagai penyangga untuk menentukan voltan mod umum penguat kedua yang digunakan dalam menjumlahkan konfigurasi tidak terbalik.

Untuk penyesuaian voltan mod biasa dan keuntungan penguat input, saya menggunakan potensiometer tersebut.

Di sini anda memuat turun persediaan simulasi LTSPICE, di mana anda boleh mencuba membuat konfigurasi penguat anda sendiri.

Ini dapat dilihat bahawa PCB mempunyai penyambung BNC kedua. Ini adalah output kad suara - kedua saluran dipendekkan bersama melalui dua perintang - nilainya boleh berada dalam julat 30 Ohm - 10 K. Dengan cara ini penyambung ini dapat digunakan sebagai penjana isyarat. Dalam reka bentuk saya, saya tidak menggunakan penyambung BNC sebagai output - saya hanya menyolder wayar di sana dan menggunakan dua penyambung pisang. Yang merah - output aktif, yang hitam - tanah isyarat.

Langkah 3: PCB dan Pematerian

PCB dihasilkan oleh JLCPCB.

Selepas itu saya mula menyolder peranti: Pertama bahagian bekalan.

PCB menyokong dua jenis penyambung BNC - anda boleh memilih mana yang hendak digunakan.

Kapasitor pemangkas yang saya beli dari Aliexpress.

Fail gerber boleh dimuat turun di sini.

Langkah 4: Tinju

Saya memutuskan untuk memasukkan semua ini ke dalam kotak plastik kecil. Saya mempunyai satu dari kedai tempatan. Untuk menjadikan peranti lebih kebal terhadap isyarat radio luaran, saya menggunakan pita tembaga, yang saya pasangkan pada dinding casing dalaman. Sebagai antara muka ke kad Audio, saya menggunakan dua bicu audio. Saya membetulkannya dengan gam epoksi. PCB dipasang pada jarak tertentu dari casing bawah dengan menggunakan spacer. Untuk memastikan bahawa peranti dibekalkan dengan betul, saya menambahkan LED secara bersiri dengan perintang 1K yang disambungkan ke bicu bekalan hujung depan (hujung bicu sisi mikrofon)

Langkah 5: Peranti Sedia

Berikut adalah beberapa gambar peranti yang dipasang.

Langkah 6: Menguji

Saya telah menguji osiloskop menggunakan penjana isyarat ini. Anda dapat melihat beberapa tangkapan skrin yang dilakukan semasa ujian.

Cabaran utama menggunakan skop ini adalah untuk menyesuaikan voltan output mod biasa frontend agar sama dengan kad audio. Selepas itu peranti berfungsi dengan sangat lancar. Sekiranya menggunakan front-end ini dengan Arduino, masalah dengan penjajaran voltan mod biasa tidak seharusnya ada - ia boleh diletakkan dengan bebas dalam julat 0-5V dan disesuaikan dengan tepat selepas itu ke nilai, yang paling sesuai untuk pengukuran anda. Semasa menggunakan dengan Arduino, saya akan mencadangkan perubahan kecil yang lain - dua diod perlindungan anti-selari pada input penguat dapat disatukan dengan dua dioda Zenner 4.7V yang dihubungkan secara bersiri, tetapi dalam arah yang bertentangan. Dengan cara ini voltan input akan dijepit pada ~ 5.3V melindungi input opamp daripada voltan berlebihan.