ВХОДНЫЕ УЗЛЫ САМОДЕЛЬНЫХ ОСЦИЛЛОГРАФОВ - 2

     простые интересные РАДИОСХЕМЫ сделанные своими руками

» ДАТАШИТ
Например: TDA2050


» РАДИОБЛОГИ
Простейший лазертаг
Тестер источников питания или разрядник АКБ
Стабилизатор тока для паяльника
Вольтметр с растянутой шкалой. Расчёт диапазона измерений
Самодельная штанга для металлодетектора
Контроллер ЗУ для Li-ion - TC4054 (STC4054, LTC4054)
Двухчастотный датчик металлоискателя
Еще в копилку доработок дешевых фонарей


Радиосхемы » Теория электроники

ВХОДНЫЕ УЗЛЫ САМОДЕЛЬНЫХ ОСЦИЛЛОГРАФОВ - 2

      

Данный обзор суммирует опыт, приобретенный за значительный срок. Большую часть из приведенной мной информации можно разыскать и без меня, но для этого придется перелопатить очень много, отлавливая крупицы информации то там, то там. Обзор является продолжением темы «Входные узлы самодельных осциллографов».

Базовые понятия

Пожалуй стоит хотя бы поверхностно обозначить общие вещи, для понимания взаимосвязей и чтобы говорить на одном языке. Основные параметры, определяющие качества и возможности осциллографа.

Частота выборок. Частота Дискретизации. Грубо говоря, цифровой осциллограф просто производит измерения мгновенного значения уровня сигнала и рисует его на дисплее пропорционально. Только делает это очень быстро. Упомянутый осциллограф (Буду для краткости называть его «Электрик») производит 9 миллионов таких замеров в секунду. Т.е. его частота дискретизации 9 Мегасэмплов. VirtOS_VetalST, который я упоминал - 4 мегасэмпла. «Пультоскоп» в разогнанной версии - 0,6 мегасэмпла.

Что это означает для нас? Каков практический смысл? Предположим, мы рассматриваем сигнал, генерируемый некой схемой. Если это синусоида и мы знаем, что там должна быть именно синусоида, то достаточно 4-10 замеров на период сигнала, чтобы понять, что это она и есть. Т.е. Электриком мы сможем увидеть синусоиду частотой порядка 1 мегагерца. VirtOS_VetalST порядка 400-500 килогерц. А Пультоскопом порядка 50-60 килогерц.

А теперь предположим, что нам надо отловить помеху, имеющую место на синусоиде и выглядящую как узкий выступ на синусоиде. Некий пик.

А вот тогда наши возможности по полосе просматриваемого сигнала резко сужаются. Сигнал на осциллографе будет выглядеть так, что часть периодов будут иметь искаженный вид. Но четко рассмотреть помеху мы сможем только когда на нее саму будет попадать хотя бы 2-3 замера.

Т.е. чем сложнее форма сигнала, тем ниже полоса частот, на которой осциллограф сможет рисовать сигнал адекватно. По моему опыту, для простых сигналов считаю приемлемым где-то от 10 до 20 замеров на период.

Еще один аспект. В современной цифровой технике преобладают сигналы прямоугольной формы. А это означает быстрое, почти мгновенное изменение уровня сигнала. То же самое относится к импульсным блокам питания, для наладки которых часто и требуется осциллограф. И вот это быстрое «изменение уровня сигнала» и порождает немалые проблемы для осликов.

Современные усилители для осциллографов, как правило, строятся на операционных усилителях. Это оправдано и логично. При выборе ОУ для схемы обычно обращают внимание на такой параметр как максимальная частота. Смотрят, допустим LM358. «Вау, 1 мегагерц! Мне хватит!». А вот и нет, не все так просто. Обычно указывают максимальную частоту пропускания, на которой ОУ способен вообще хоть что-то показывать, да и то, при коэффициенте усиления (КУ) равным единице. Т.е. без усиления вообще.

А если операционником сигнал еще и усиливать, то частота пропорционально сужается. Усиливаем в 10 раз. И частота пропускания падает в 10 раз. Усиливаем в 1000 раз, и частота уже не 1 Мгц, а 1 кГц. Да и то, на этой частоте вы не сможете отличить синус от треугольника и меандра.

Это потому, что для осциллографов куда важнее другой параметр «максимальная скорость нарастания выходного сигнала». 

О чем речь? Любые электронные цепи имеют паразитные емкости. Включая внутренние цепи самого ОУ. К ним плюсуется емкость нагрузки, проводников, электронных компонентов, принимающих сигнал с ОУ. Прямоугольный сигнал. Мы резко подаем (пусть мгновенно) скажем 1 вольт на вход ОУ. Он этот сигнал усиливает и выдает на выход допустим 5 вольт. 

Но на выходе то емкость! Напряжение на ней не может вырасти мгновенно. А токовые возможности ОУ ограничены. И вот ОУ начинает неспешно заряжать этот конденсатор. На это требуется время. И время это определяется параметром «максимальная скорость нарастания выходного сигнала». 

Боюсь даже предположить, какие токи циркулируют в выходных цепях операционных усилителей. В высокоскоростных возможно и до десятков, если не до сотен Ампер!

В крохотных обычно детальках. Как только внутренние проводники не испаряются мгновенно. Не просто так высокоскоростные ОУ гораздо дороже обычных.

К слову сказать, что эти два параметра «максимальная частота» и «максимальная скорость нарастания выходного сигнала», это на самом деле один и тот же параметр, просто написанный по разному. Физика.

К чему приводит ограниченная скорость нарастания выходного сигнала? Какой физический смысл для нас несет? Обратите внимание на следующие два снимка:

   

Если на верхнем вертикальные линии они и есть вертикальные, то на втором это уже не так. Уже заметен наклон. Строго говоря наклон есть и там и там, но по мере роста частоты меандра, мы как бы растягиваем картинку по горизонтали. И наклон становится все заметнее. Вот этот наклон и есть максимальная скорость нарастания сигнала на выходе ОУ.

И по мере роста частоты, мы достигнем такого положения, когда вершинки трапеции сойдутся и мы полностью потеряем возможность идентификации сигнала. Меандр? Треугольник? Синусоида? Вот как здесь.

Т.е. чем выше параметр «максимальная скорость нарастания выходного сигнала», тем большую частоту мы сможем нормально рассмотреть.

Естественно, при построении осциллографа стоит соблюдать баланс. Для «Пультоскопа» (при всем моем к нему уважении) не имеет смысл усилитель, адекватный до мегагерца. Хуже не станет, конечно, но и полноценного использования не получит.

И наоборот, для Электрика противопоказан усилитель на LM358, он попросту не позволит видеть частоты, доступные цифровой части.

Есть и еще ограничения, связанные с применением ОУ, да и следующих за ним узлов осциллографа. Я уже писал выше, что с увеличением коэффициента усиления, падает частота пропускания. А это означает, что общее усиление входной части следует размазывать по ступеням усилителя по возможности равномерно. В частности поэтому избегаю применять промежуточные делители между каскадов усилителя. Как сделано в том же Электрике. Получается, что мы сначала усиливаем сигнал первым каскадом, а затем его гасим делителями. Но ограничение то частоты остается! 

Как писали классики: «Скорость эскадры, это скорость самого медленного».

В Электрике понадеялся на внутреннюю растяжку два раза по два раза. Этот способ работает, но он далек от идеала. Видимо сказываются шумы и искажения самого АЦП осциллографа, когда он переводится в режим максимальной чувствительности, но картинка становится далекой от идеала:

Причем независимо от частоты. А без включенной растяжки, картинка имеет сравнительно качественный вид. Исходя из этого, позже возможно вернусь к межкаскадному делителю, если не получится сделать второй, дробный делитель отдельно перед первым каскадом. Но это уже тема для следующих публикаций. Автор материала: Тришин А.О. Г. Комсомольск-на-Амуре.

   Форум

   Обсудить статью ВХОДНЫЕ УЗЛЫ САМОДЕЛЬНЫХ ОСЦИЛЛОГРАФОВ - 2


БРЕЛОК - ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ МОБИЛЬНОГО ТЕЛЕФОНА

БРЕЛОК - ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ МОБИЛЬНОГО ТЕЛЕФОНА     Делаем крутой брелок - зарядник для мобильного телефона.

КОЛОНКИ ДЛЯ НОУТБУКА

КОЛОНКИ ДЛЯ НОУТБУКА     Изготовление простых колонок для ноутбука своими руками. Фото и описание процесса.

БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЙ БП НА 5В

     Проводим испытания бестрансформаторного источника питания на 5 вольт.

САМОДЕЛЬНАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ - ПРОСЛУШКА

САМОДЕЛЬНАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ - ПРОСЛУШКА     Схема простой сигнализации, с функцией прослушки охраняемого объекта.


» ПОИСК СХЕМ



» РАДИОЭЛЕМЕНТЫ

Группа вконтакте Канал ютуб Группа в фэйсбук Мобильная версия © 2010-2019, "Радиосхемы". Все права защищены. Почта