Осциллографтың аналогтық алдыңғы жағы: 6 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:22

Үйде менде бірнеше арзан USB дыбыс карталары бар, оларды Banggood, Aliexpress, Ebay немесе басқа ғаламдық интернет -дүкендерде бірнеше долларға сатып алуға болады. Мен оларды қандай қызықты түрде қолдана алатынымды білгім келді және олардың біреуімен төмен жиілікті ДК ауқымын жасауға тырысамын. Интернетте мен USB осциллографы мен сигнал генераторы ретінде қолдануға болатын жақсы бағдарламалық жасақтама таптым. Мен картаның кері дизайнын жасадым (бірінші қадамда сипатталған) және егер мен толық жұмыс істейтін аймаққа ие болғым келсе - кернеудің дұрыс масштабталуы мен ауысуы үшін қажет аналогтық фронтальды жобалауым керек деп шештім. дыбыстық картаның микрофон кірісіне қолданылатын кіріс сигналы, себебі микрофон кірістері бірнеше ондаған милливольт ретіндегі максималды кіріс кернеуін күтеді. Мен сондай -ақ аналогты фронтальды әмбебап етіп жасағым келді - Arduinos, STM32 немесе басқа микроконтроллерлермен жұмыс істеу үшін - кіріс сигналының диапазоны аудиокартаның кіріс жолағынан әлдеқайда кең. Бұл жұмыста осындай аналогтық фронтальды қалай жасау керектігі туралы қадамдық нұсқаулар берілген.

1 -қадам: USB аудио картасының дизайны мен нодификациясын өзгертеді

USB картасын ашу өте оңай - корпус желімделмеген, тек ішінара салынған. ПХД екі жақты. Дыбыс ұялары мен басқару түймелері жоғарғы жағында, қосалқы қапталған C-медиа декодерінің чипі төменгі жағында орналасқан. Микрофон моно режимде қосылады - екі арна ПХД -да қысқа тұйықталған. Микрофон кірісінде айнымалы токтың конденсаторы (C7) қолданылады. Сонымен қатар, сыртқы микрофонды бұру үшін 3K (R2) резисторы қолданылады. Мен бұл резисторды орнынан ашық қалдырдым. Дыбыс шығысы екі арна үшін де айнымалы токпен қосылады.

Сигнал жолында айнымалы ток байланысының болуы тұрақты және төмен жиілікті сигналдарды бақылауды болдырмайды. Сондықтан мен оны алып тастауды шештім. Бұл шешімнің кемшіліктері де бар. Конденсатордан кейін аудио ADC үшін кейбір тұрақты жұмыс нүктесі анықталады, ал егер аналогтық фронтальдық шығыс әр түрлі болса, кіріс сигналының диапазоны аз болғандықтан, ADC қанықтыра алады. Бұл дегеніміз - алдыңғы тізбектің тұрақты ток кернеуі ADC кіріс сатысына сәйкес келуі керек. Тұрақты ток шығысының кернеу деңгейі ADC кіріс сатысына тең болу үшін реттелуі керек. Бұл түзету қалай жүзеге асатыны келесі қадамдарда талқыланады. Мен ADC кірісінде шамамен 1,9В тұрақты кернеуді өлшедім.

Мен аналогтық фронтальды анықтаған тағы бір талап қосымша қуат көзін қажет етпеу болды. Мен 5В USB кернеуінің дыбыстық картасындағы қол жетімді фронтальды схеманы беруді шештім. Осы мақсатта мен аудио ұясы мен сақиналық контактілер арасындағы жалпы байланысты үздім. Мен сигнал үшін қолдануды шешкен сақина (соңғы суреттегі ақ сым - көпірлер, сондай -ақ айнымалы ток конденсаторы), мен ұяшықтың ұшын қуат көзінің терминалы ретінде пайдалануды шештім - оны USB 5V -мен жалғадым. сызық (қызыл сым). Дыбыстық картаның модификациясы аяқталды. Мен оны қайтадан жаптым.

2 -қадам: Frontend дизайны

Менің шешімім осциллографта жұмыс істеудің 3 режимі болды:

• DC
• Айнымалы ток
• жер

Айнымалы ток режимінің болуы кіріс күшейткішінің кіріс / жалпы режим кернеуі қоректену рельсінің астында созылуын талап етеді. Бұл дегеніміз - күшейткіш қосарлы жеткізілімге ие болуы керек - оң және теріс.

Мен кем дегенде 3 кіріс кернеуінің диапазонына ие болғым келді (сөндіру коэффициенттері)

• 100:1
• 10:1
• 1:1

Режимдер мен диапазондар арасындағы барлық коммутациялар 2P3T механикалық слайдтары арқылы алдын ала дайындалған.

Күшейткіштің теріс кернеуін жасау үшін мен 7660 зарядты сорғы чипін қолдандым. Күшейткіштің қоректену кернеуін тұрақтандыру үшін TI T7733 қос сызықты реттегішін қолдандым. Чиптің кішкене пакеті бар, бірақ оны ПХД -ге дәнекерлеу қиын емес. Күшейткіш ретінде мен AD822 опампты қолдандым. Оның артықшылығы - CMOS кірісі (өте аз кіріс токтары) және салыстырмалы түрде жоғары өткізу қабілеттілігі. Егер сіз одан да кең өткізу қабілеттілігін алғыңыз келсе, CMOS кірісі бар басқа опампты қолдануға болады. Темір жолға кіріс/шығыс рельсінің болуы жақсы; төмен шу, айналу жылдамдығы жоғары. Қолданылған опам мен +3.8V / -3.8V екі қоректендіруді шештім. Бұл кернеуді беретін TPS7A39 мәліметтер кестесі бойынша есептелген кері байланыс резисторлары:

R3 22K

R4 10K

R5 10K

R6 33K

Егер сіз осы фронтальды Arduino -мен қолданғыңыз келсе, 5В шығыс кернеуіне қол жеткізгіңіз келуі мүмкін. Бұл жағдайда кіріс кернеуін> 6В қолдану керек және қос реттегіштің шығыс кернеуін +5/-5В етіп орнату қажет.

AD822 - қос күшейткіш - олардың біріншісі инверттелмейтін конфигурацияны жинақтау үшін қолданылатын екінші күшейткіштің жалпы режимдік кернеуін анықтау үшін буфер ретінде пайдаланылды.

Жалпы режим кернеуін және кіріс күшейткішінің күшейтілуін реттеу үшін мен осындай потенциометрлерді қолдандым.

Мұнда сіз күшейткіштің жеке конфигурациясын орнатуға тырысатын LTSPICE модельдеу қондырғысын жүктейсіз.

ПХД екінші BNC қосқышы бар екенін көруге болады. Бұл дыбыстық картаның шығысы - екі арна да екі резистор арқылы қысқа тұйықталады - олардың мәні 30 Ом - 10 К диапазонында болуы мүмкін, осылайша бұл коннекторды сигнал генераторы ретінде пайдалануға болады. Мен өз дизайнымда BNC коннекторын шығыс ретінде қолданған жоқпын - мен сол жерде сымды дәнекерлеп, орнына екі банан қосқышты қолдандым. Қызыл - белсенді шығыс, қара - сигналдық жер.

3 -қадам: ПХД және дәнекерлеу

ПХД JLCPCB шығарды.

Осыдан кейін мен құрылғыларды дәнекерлей бастадым: Алдымен жеткізу бөлігі.

ПХД BNC қосқыштарының екі түрін қолдайды - қайсысын қолдану керектігін таңдауға болады.

Мен Aliexpress -тен сатып алған конденсаторлар.

Гербер файлдарын мына жерден жүктеуге болады.

4 -қадам: бокс

Мен мұның бәрін кішкентай пластикалық қорапқа салуды шештім. Менде жергілікті дүкенде біреуі бар. Құрылғыны сыртқы радио сигналдарға төзімді ету үшін мен мыс таспаны қолдандым, оны ішкі корпустың қабырғаларына жапсырдым. Аудио картаның интерфейсі ретінде мен екі дыбыс ұясын қолдандым. Мен оларды эпоксидті желіммен мықтап бекітемін. ПХД астыңғы корпустан біраз қашықтықта орнатылды. Құрылғының дұрыс жеткізілгеніне көз жеткізу үшін мен алдыңғы жарықтандыру ұяшығына қосылған 1K резисторы бар сериялы жарық диодты қостым (микрофон бүйірлік ұясының ұшы)

5 -қадам: құрылғы дайын

Міне жиналған құрылғының суреттері.

6 -қадам: тестілеу

Мен осциллографты осы сигнал генераторы арқылы сынап көрдім. Сынақтар кезінде жасалған кейбір скриншоттарды көруге болады.

Бұл ауқымды пайдаланудағы басты қиындық - алдыңғы режимнің жалпы кернеуінің дыбыстық картадағыдай кернеуін реттеу. Осыдан кейін құрылғы өте тегіс жұмыс істейді. Егер бұл фронтальды Arduino-мен қолданатын болсаңыз, кернеудің жалпы режимін теңестіру мәселесі болмауы керек-оны 0-5В диапазонында еркін орналастыруға болады және дәл осыдан кейін дәл сіздің өлшеміңізге сәйкес келтіруге болады. Arduino -мен қолданған кезде мен тағы бір кішігірім өзгерісті ұсынар едім - күшейткіштің кірісіндегі параллельді емес екі қорғаныс диодын Zenner -дің 4,7 В кернеулі, бірақ қарама -қарсы бағыттағы екі диодымен ауыстыруға болады. Осылайша, кіріс кернеуі ~ 5.3В қысылады, шамадан тыс кернеудің опампалық кірістерін қорғайды.