Osiloskop üçün Analog Ön Uç: 6 Addım (Şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:43

Evdə Banggood, Aliexpress, Ebay və ya digər qlobal onlayn mağazalarda bir neçə dollara satın alınacaq ucuz USB səs kartlarım var. Onlardan hansı maraqlı məqsəd üçün istifadə edə biləcəyimi düşünürdüm və onlardan biri ilə aşağı tezlikli bir PC əhatə dairəsi yaratmağa çalışmağa qərar verdim. İnternetdə USB osiloskop və siqnal generatoru kimi istifadə edilə bilən gözəl bir proqram tapdım. Kartın tərs tərtibatını etdim (ilk addımda təsvir olundu) və qərara gəldim ki, tam işləyən bir sahəyə sahib olmaq istəsəm - eyni zamanda gərginliyin düzgün ölçülməsi və dəyişdirilməsi üçün lazım olan bir Analog ön uc dizayn etməliyəm. səs kartının mikrofon girişində tətbiq olunan giriş siqnalı, çünki mikrofon girişləri bir neçə onillikdə millivoltlar ərzində maksimum giriş gərginliyi gözləyir. Həm də analog cəbhəni universal etmək istədim - Arduinos, STM32 və ya digər mikro nəzarətçilərlə birlikdə istifadə edə bilmək üçün - səs kartının giriş bandından daha geniş giriş siqnalına malikdir. Bu işdə Analog əhatə dairəsinin necə qurulacağı barədə addım-addım təlimatlar təqdim edilmişdir.

Addım 1: USB Səs Kartı Dizaynı və Nodifikasiyasını Tersinə çevirir

USB kartı açmaq çox asandır - qutu yapışdırılmır, yalnız bir hissəsi qismən daxil edilir. PCB iki tərəflidir. Səs yuvaları və idarəetmə düymələri yuxarı tərəfdə, alt tərəfdə mürəkkəblə örtülmüş C-media dekoder çipi var. Mikrofon mono rejimdə bağlanır - iki kanal PCB -də birlikdə qısaldılır. Mikrofon girişində AC birləşdirmə kondansatörü (C7) istifadə olunur. Əlavə olaraq xarici mikrofonun yan təsirləri üçün 3K (R2) rezistoru istifadə olunur. yerini açıq qoyaraq bu rezistoru çıxardım. Səs çıxışı həm də hər iki kanal üçün AC ilə birləşdirilmişdir.

Siqnal yolunda bir AC əlaqəsinin olması, DC və aşağı tezlikli siqnalların müşahidə edilməsinə mane olur. Bu səbəbdən onu (qısa) çıxarmağa qərar verdim. Bu qərarın mənfi cəhətləri də var. Kondansatördən sonra səs ADC üçün bəzi DC iş nöqtəsi təyin olunur və analoq cəbhənin fərqli bir çıxış DC DC-si varsa, kiçik giriş siqnal aralığına görə ADC doyura bilər. Bu o deməkdir ki, ön cərəyanın DC OP -si ADC giriş mərhələsi ilə uyğunlaşdırılmalıdır. DC çıxış gərginliyi səviyyəsi ADC giriş mərhələsinə bərabər ola bilmək üçün tənzimlənməlidir. Bu düzəlişin necə həyata keçiriləcəyi növbəti addımlarda müzakirə olunacaq. ADC girişində təxminən 1.9V DC gərginliyi ölçdüm.

Analog cəbhə üçün təyin etdiyim başqa bir tələb, əlavə enerji mənbəyi tələb etməmək idi. Səs kartında olan 5V USB gərginliyindən istifadə edərək, ön dövrə təchiz etmək qərarına gəldim. Bunun üçün audio jak ucu ilə üzük kontaktları arasındakı ümumi əlaqəni kəsdim. Siqnal üçün istifadə etməyi qərara aldığım üzük (son şəkildəki ağ tel - körpülər də AC kondansatörü) və cərəyanın ucunu enerji təchizatı terminalı olaraq istifadə etməyə qərar verdim - bu məqsədlə onu USB 5V ilə bağladım. xətt (qırmızı tel). Bununla da səs kartının dəyişdirilməsi tamamlandı. Yenidən bağladım.

Addım 2: Frontend Dizaynı

Osiloskop üçün 3 iş rejiminə sahib olmaq qərarına gəldim:

• DC
• AC
• torpaq

AC rejiminin olması, giriş gücləndiricisinin giriş / ümumi rejim gərginliyinin təchizat rayının altına uzanmasını tələb edir. Bu o deməkdir ki, gücləndiricinin ikili təchizatı olmalıdır - müsbət və mənfi.

Ən azı 3 giriş gərginliyi aralığına sahib olmaq istədim (zəifləmə əmsalları)

• 100:1
• 10:1
• 1:1

Rejimlər və diapazonlar arasındakı bütün kommutasiyalar 2P3T mexaniki açarlarda əvvəlcədən hazırlanmışdır.

Gücləndiricinin mənfi təchizatı gərginliyini yaratmaq üçün 7660 şarj nasos çipindən istifadə etdim. Gücləndiricinin təchizatı gərginliyini sabitləşdirmək üçün TI ikili xətti tənzimləyici TPS7A39 istifadə etdim. Çip kiçik bir paketə malikdir, lakin onu PCB -də lehimləmək o qədər də çətin deyil. Gücləndirici olaraq AD822 opamp istifadə etdim. Üstünlüyü - CMOS girişi (çox kiçik giriş cərəyanları) və nisbətən yüksək mənfəət bant genişliyi məhsulu. Daha geniş bant genişliyinə sahib olmaq istəyirsinizsə, CMOS girişli başqa bir opampdan istifadə edə bilərsiniz. Rail Giriş/Çıxış xüsusiyyətinə malik olmaq xoşdur; aşağı səs -küy, yüksək sürüşmə dərəcəsi. İstifadə etdiyim opamp, iki +3.8V / -3.8V təchizatı ilə təchiz etməyə qərar verdim. Bu gərginliyi verən TPS7A39 məlumat cədvəlinə görə hesablanmış geribildirim rezistorları bunlardır:

R3 22K

R4 10K

R5 10K

R6 33K

Bu ön ucu Arduino ilə istifadə etmək istəyirsinizsə, 5V çıxış gərginliyinə çatmaq istəyə bilərsiniz. Bu vəziyyətdə giriş gərginliyi> 6V tətbiq etməli və ikili tənzimləyicinin çıxış gərginliyini +5/-5V olaraq təyin etməlisiniz.

AD822 ikiqat gücləndiricidir - bunlardan birincisi, ters çevrilməyən konfiqurasiyanı toplamaqda istifadə olunan ikinci gücləndiricinin ümumi rejim gərginliyini təyin etmək üçün tampon kimi istifadə edilmişdir.

Ümumi rejim gərginliyinin və giriş gücləndiricisinin qazancının tənzimlənməsi üçün bu cür potensiometrlərdən istifadə etdim.

Burada öz gücləndirici konfiqurasiyanızı qurmağa cəhd edə biləcəyiniz bir LTSPICE simulyasiya qurğusunu yükləyirsiniz.

PCB -nin ikinci BNC konnektoru olduğunu görmək olar. Bu səs kartının çıxışıdır - hər iki kanal iki rezistor vasitəsilə birləşdirilir - dəyəri 30 Ohm - 10 K aralığında ola bilər. Bu yolla bu bağlayıcı siqnal generatoru kimi istifadə edilə bilər. Dizaynımda BNC konnektorunu çıxış olaraq istifadə etmədim - sadəcə bir teli lehimlədim və əvəzinə iki banan bağlayıcıdan istifadə etdim. Qırmızı - aktiv çıxış, qara - siqnal zəmini.

Addım 3: PCB və Lehimləmə

PCB JLCPCB tərəfindən istehsal edilmişdir.

Bundan sonra cihazları lehimləməyə başladım: Əvvəlcə təchizat hissəsi.

PCB iki növ BNC konnektorunu dəstəkləyir - hansını istifadə edəcəyinizi seçə bilərsiniz.

Aliexpress -dən aldığım kəsmə kondansatörləri.

Gerber faylları burada yüklənə bilər.

Addım 4: Boks

Bütün bunları kiçik bir plastik qutuya qoymaq qərarına gəldim. Yerli dükandan əldə edə biləcəyim biri vardı. Cihazı xarici radio siqnallarına qarşı daha toxunulmaz etmək üçün, daxili korpus divarlarına bağladığım mis lentdən istifadə etdim. Audio kartın interfeysi olaraq iki audio jak istifadə etdim. Onları epoksi yapışqan ilə möhkəmləndirdim. PCB, alt korpusdan bir qədər məsafədə arakəsmələr istifadə edərək quraşdırılmışdır. Cihazın düzgün təchiz olunduğundan əmin olmaq üçün ön tərəfdəki təchizat yuvasına (mikrofonun yan yuvasının ucu) qoşulmuş 1K rezistorlu bir LED əlavə etdim.

Addım 5: Cihaz Hazırdır

Burada yığılmış cihazın bəzi şəkilləri var.

Addım 6: Test

Bu siqnal generatorundan istifadə edərək osiloskopu sınadım Testlər zamanı edilən bəzi ekran görüntülərini görə bilərsiniz.

Bu əhatə dairəsini istifadə edən əsas çətinlik, ön uçlu ümumi rejimin çıxış gərginliyini audio kartınki ilə eyni şəkildə tənzimləməkdir. Bundan sonra cihaz çox hamar işləyir. Bu cəbhəni Arduino ilə birlikdə istifadə edirsinizsə, ümumi rejim gərginliyinin uyğunlaşdırılmasında problem olmamalıdır-0-5V aralığında sərbəst şəkildə yerləşdirilə bilər və bundan sonra ölçməyiniz üçün optimal olan dəyərə dəqiq şəkildə düzəldilə bilər. Arduino ilə işləyərkən başqa bir kiçik dəyişiklik də təklif edərdim - gücləndiricinin girişindəki iki paralel əleyhinə qoruyucu diod, ardıcıl olaraq, əks istiqamətdə bağlanan iki 4.7V Zenner diod ilə dəyişdirilə bilər. Bu yolla giriş gərginliyi ~ 5.3V həddində bağlanacaq və həddindən artıq gərginliklərin girişini qoruyacaqdır.