Мини-лаборатория с осциллографом на базе ПК

Магазин Gtest(R) предлагает широкую номенклатуру Осциллографов на приводимой страничке сайта в самом конце настоящего Раздела, а также рекомендуемые приборы и статьи для самообразования

В этом эксперименте по поведению сигналов переменного тока используйте программу-осциллограф на базе ПК для наблюдения за формами сигналов с музыкальной клавиатуры и изучите основные принципы работы такого рода осциллографа.

Обзор проекта

Осциллограф — незаменимый испытательный прибор для студентов и профессионалов в области электроники. Ни одна серьезная лаборатория электроники не должна обходится без него. 

К сожалению, коммерческие осциллографы, как правило, дороги, и практически невозможно спроектировать и построить свой собственный прибор без другого осциллографа для устранения неполадок! Одно цепляет за другое. 

Однако звуковая карта персонального компьютера способна оцифровывать низковольтные сигналы в диапазоне от нескольких сотен герц до нескольких тысяч герц с приемлемым разрешением. Кроме того, доступно бесплатное программное обеспечение для отображения этих сигналов в виде осциллографа на экране компьютера. 

Поскольку у большинства людей либо есть персональный компьютер, либо они могут приобрести его по более низкой цене, чем осциллограф, это становится жизнеспособной альтернативой для экспериментатора с ограниченным бюджетом.

В этом проекте вы будете использовать клавиатуру и схему подключения, описанные в предыдущем эксперименте, для использования музыкальной клавиатуры для генерации входных сигналов на звуковую карту компьютера для отображения на осциллографе на базе ПК, как показано на рисунке 1. 

Рисунок 1. Использование осциллографа на базе ПК для контроля выходных сигналов электронной клавиатуры. 

Одно предостережения: вы можете нанести значительный ущерб оборудованию вашего компьютера, если сигналы чрезмерного напряжения будут подключены к микрофонному входу звуковой карты! Переменное напряжение, вырабатываемое музыкальной клавиатурой, слишком низкое, чтобы нанести вред вашему компьютеру через звуковую карту, но другие источники напряжения могут быть опасны для «здоровья» вашего компьютера. 

Детали и материалы

• IBM-совместимый персональный компьютер со звуковой картой под управлением Windows 3.1 или выше

• Программное обеспечение Winscope, которое можно бесплатно загрузить из Интернета

• Электронная клавиатура (музыкальная)

• Моно (не стерео) разъем для наушников для клавиатуры

• Моно (не стерео) разъем для наушников для входа микрофона звуковой карты компьютера

• Потенциометр 10 кОм

Программа Winscope, которая была использована, была написана доктором Константином Зельдовичем для свободного личного и академического использования. Она выводит на экран компьютера графики волновых форм в ответ на сигналы переменного напряжения, интерпретируемые входом микрофона звуковой карты. Похожая программа, называемая Oscope, создана для операционной системы Linux. Если у вас нет доступа ни к одному из этих программ, вы можете использовать утилиту звукозаписи, которая поставляется с большинством версий Microsoft Windows, чтобы отобразить грубые формы волн. 

Цели обучения

• Использовать компьютерную программу для работы в качестве осциллографа

• Показать основную функцию осциллографа

 Инструкции

Шаг 1: Подключите выход клавиатуры к внешним клеммам потенциометра сопротивлением 10 кОм, как показано на рисунках 1 и 2. 

Рисунок 2. Принципиальная схема подключения выхода клавиатуры к входу звуковой карты ПК с регулируемым потенциометром усилением.  

Шаг 2: Припаяйте два провода к точкам подключения на входном разъеме микрофона звуковой карты, чтобы получить набор измерительных проводов для осциллографа.

Шаг 3: Подключите эти щупы к потенциометру между средней клеммой (скользящий контакт) и любой из внешних клемм.

Шаг 4: Запустите программу Winscope и щелкните значок стрелки в верхнем левом углу (он похож на стрелку воспроизведения на кнопках управления кассетным проигрывателем и проигрывателем компакт-дисков).

Шаг 5: Нажмите клавишу на музыкальной клавиатуре. Вы должны увидеть на экране какую-то форму волны. Выберите флейту или другой голос, похожий на флейту, на музыкальной клавиатуре для лучшей формы синусоиды. Если компьютер отображает форму волны, похожую на прямоугольную волну, вам нужно настроить потенциометр на сигнал с меньшей амплитудой. Почти любая форма волны будет обрезана, чтобы выглядеть как прямоугольная волна, если она превысит предел амплитуды звуковой карты.

Шаг 6: Проверьте разные инструментальные голоса на музыкальной клавиатуре и обратите внимание на разные формы волн. Обратите внимание, насколько сложны некоторые формы волн по сравнению с голосом панфлейты.

Шаг 7: Поэкспериментируйте с различными элементами управления в окне Winscope, отмечая, как они меняют вид формы сигнала.

Конденсатор связи, обнаруженный во входных цепях микрофона звуковой карты, не позволяет ему измерять постоянное напряжение; это похоже на то, как если бы была включена функция связи по переменному току обычного осциллографа. Несмотря на эти недостатки, он полезен в качестве демонстрационного инструмента осциллографа и для начальных исследований в области анализа формы сигнала для начинающих студентов электроники.