Делитель напряжения для осциллографа своими руками

Делитель напряжения для осциллографа своими руками – Справочник металлиста

Делитель напряжения для осциллографа своими руками

Делитель напряжения. Онлайн расчет. Применение на примере осциллографа (10+)

Делитель напряжения

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

Делитель напряжения применяется, если нужно получить заданное напряжение при условии стабилизированного питания. Сейчас мы поговорим о постоянном токе и резисторных делителях.

О делителях с использованием конденсаторов, диодов, стабилитронов, индуктивностей и других элементов будет отдельная статья. Подпишитесь на новости, чтобы ее не пропустить.

В конце для примера расскажу, как сделать делитель напряжения для осциллографа, чтобы снимать осциллограммы высокого напряжения.

Резисторные делители также могут применяться для уменьшения в заданное количество раз сигналов сложной формы. На делителях напряжения с регулируемым коэффициентом ослабления строятся, например, регуляторы громкости.

Здесь можно почитать про схемы для выполнения математических операций над сигналами.

Вашему вниманию подборка материалов:Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Ознакомьтесь также с расчетом резисторно — конденсатороного (RC) делителя напряжения.

Схема традиционного резисторного делителя напряжения

Для применения делителя напряжения нам надо уметь рассчитывать три величины: напряжение на выходе делителя, его эквивалентное выходное сопротивление, его входное сопротивление. С напряжением все понятно.

Эквивалентное выходное сопротивление скажет нам, насколько изменится напряжение на выходе с изменением тока нагрузки делителя.

Если эквивалентное выходное сопротивление равно 100 Ом, то изменение тока нагрузки на 10 мА приведет к изменению напряжения на выходе на 1 В.

Входное сопротивление показывает, насколько делитель нагружает источник сигнала или источник питания. Дополнительно посчитаем коэффициент ослабления сигнала. Он может пригодиться при работе с сигналами сложной формы.

Расчет резистивного делителя напряжения

[Напряжение на выходе, В] = [Напряжение питания, В] * [Сопротивление резистора R2, Ом] / ([Сопротивление резистора R1, Ом] + [Сопротивление резистора R2, Ом])

Из этой формулы, в частности, видно, что резисторные (резистивные) делители выдают стабильное выходное напряжение, если напряжение питания фиксировано.

[Входное сопротивление делителя, Ом] = [Сопротивление резистора R1, Ом] + [Сопротивление резистора R2, Ом]

Эта формула верна для ненагруженного делителя. Если делитель работает на нагрузку, то [Входное сопротивление делителя, Ом] = [Сопротивление резистора R1, Ом] + 1 / (1 / [Сопротивление резистора R2, Ом] + 1 / [Сопротивление нагрузки, Ом])

[Эквивалентное выходное сопротивление делителя, Ом] = 1 / (1 / [Сопротивление резистора R1, Ом] + 1 / [Сопротивление резистора R2, Ом])[Коэффициент ослабления сигнала] = [Сопротивление резистора R2, Ом] / ([Сопротивление резистора R1, Ом] + [Сопротивление резистора R2, Ом])[Действующее / мгновенное / амплитудное напряжение на выходе делителя, В] = [Коэффициент ослабления сигнала] * [Действующее / мгновенное / амплитудное напряжение на входе делителя, В]

Эта формула верна, если ток нагрузки делителя равен нулю.

Пример — делитель для осциллографа

Если мы хотим получить осциллограмму высокого напряжения, то сразу приходит в голову делитель напряжения. Изготавливаем делитель, подключаем его вход к источнику высоковольтного сигнала, а выход к входу осциллографа. Должны получить на входе осциллографа уменьшенную копию входного сигнала.

Если наш сигнал имеет достаточно большую частоту или просто резкие фронты (например, меандр), то ничего не получится. Осциллограмма не будет похожа на изначальный сигнал.

Причина в том, что осциллограф имеет некоторую входную емкость, которая образует с эквивалентным выходным сопротивлением делителя фильтр нижних частот. Все высшие гармоники сигнала подавляются. Кроме того этот фильтр формирует фазовый сдвиг.

Это бывает существенным для многолучевых осциллографов, когда мы анализируем соотношения сигналов. Чтобы этого избежать, резистор R1 нужно зашунтировать конденсатором.

Емкость шунтирующего конденсатора определяется исходя из того соображения, что отношение модуля сопротивления переменному току шунтирующего конденсатора к модулю сопротивления переменному току входной емкости осциллографа должно быть равно отношению сопротивлений резисторов R1 и R2. А модуль сопротивления переменному току обратно пропорционален емкости конденсатора.

[Емкость шунтирующего конденсатора, пФ] = [Входная емкость осциллографа, пФ] * [Сопротивление резистора R2, Ом] / [Сопротивление резистора R1, Ом]

(читать дальше…) :: (в начало статьи)

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. .

Еще статьи

Практика проектирования электронных схем. Самоучитель электроники….
Искусство разработки устройств. Элементная база радиоэлектроники. Типовые схемы….

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное. Принцип действия,…
Принцип действия, сборка и наладка преобразователя однофазного напряжения в трех…

Как не спутать плюс и минус? Защита от переполярности. Описание…
Схема защиты от неправильной полярности подключения (переполюсовки) зарядных уст…

Бесперебойник своими руками. ИБП, UPS сделать самому. Синус, синусоида…
Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, при…

Осциллограф своими руками — мастер-класс изготовления простейшего устройства в домашних условиях (140 фото и видео)

Делитель напряжения для осциллографа своими руками

Хорошее, дорогое оборудование — роскошь для радиолюбителя. А китайские измерительные устройства, во-первых, низкокачественные, во-вторых, каких-то денег, да стоят.

Лайфхак для начинающих радиолюбителей и не только: как создать простейший адаптер небольшого диапазона частот, выполняющий функции цифрового осциллографа своими руками.

Все что Вам понадобится: самостоятельно спаянный делитель для осциллографа, звуковая карта, компьютер (ноутбук) и специальное программное обеспечение для визуализации сигнала на экране монитора.

Осциллограф применяется для ремонта и настройки различной аудио-аппаратуры и не только. Работает по принципу исследования параметров сигналов, подаваемых на вход прибора. Незаменим для настройки микросхем и диагностике датчиков.

Хотя, самостоятельно разработанный осциллограф будет значительно уступать профессиональному прибору, он прекрасно справится с такими функциями, как измерение параметров источников питания и усилителей.

Реализация

Для того чтобы соорудить осциллограф, необходимо собрать приставку, в которую должны быть включены 8 полупроводниковых диодов, 3 резистора и один аттенюатор, штекер для подключения к звуковой карте (LINE-IN), все как показано на схеме осциллографа своими руками.

Плата собрана именно по такому принципу, чтобы защитить звуковую карту от скачков напряжения, которые могут поступить на ее вход вместе с исследуемым цифровым сигналом.

Диоды не пропускают сигналы с амплитудой более 2В, а комбинация последовательно соединенных резисторов, образующих делитель, разрешает высокое входное напряжение.

Цифровой сигнал, подлежащий диагностике, поступает на входные клеммы приставки.

Собранная схема имеет линейный вход к звуковой карте через специальный штекер. Здесь важна длина соединительного провода.

Чем провод короче, тем меньше ошибок возникает при измерении сигнала, так как на низких измеряемых уровнях высока вероятность появления высокой погрешности искажений.

Лучше всего использовать двухжильный провод. На фото осциллографа, сделанного своими руками хорошо видно, что используется электрический провод в медной оплетке.

Программное обеспечение

Аппаратная часть готова, теперь необходимо подготовить программную среду, чтобы увидеть результаты измерений на экране компьютера. К счастью, сегодня существует множество программ, работающих с осциллографами.

Современные утилиты оснащены всеми необходимыми функциями для исследования и анализа сигналов, с которыми работает осциллограф.

Организация осциллографа через планшет

Сложность создания датчика для осциллографа через планшет заключается в отсутствии у последнего дискретного линейного входа. Поэтому дополнительным устройством служит телефонная гарнитура со входом для микрофона.

Разводка входных клемм у планшета и телефона должны совпадать. Тогда в клемму для микрофона подсоединяется источник сигнала по схеме, рассмотренной выше.

Так же, как в случае с компьютером (ноутбуком), необходимо установить специальное программное обеспечение для работы с полученным сигналом.

Щуп для компьютерного осциллографа

Даже имея массу различных промышленных кабелей, не лишним будет изготовить своими руками кабель-щуп для осциллографа, работающий на низкой частоте.

Преимуществом самодельного кабеля данного типа является его гибкость и небольшой размером, что очень удобно.

Минусом является то, что область его эксплуатации сводится к ремонту примитивной аудиотехники. Для использования самодельного осциллографа вполне достаточно будет «кабель-щупа».

Калибровка компьютерного осциллографа

Если что-то пошло нет так, можно выполнить ремонт осциллографа, сделанного своими руками, произведя его калибровку.

Для этого понадобятся один из следующих приборов, на выбор:

  • Цифровой мультиметр.
  • Аналоговый прибор, типа стрелочный тестер (ампервольт).

Перед диагностикой необходимо отключить эквалайзер звуковой карты. Переключатели на шкалах «Уровни линейных входов/выходов», «WAVE» и «Уровень записи» установить до максимальной отметки. Далее установить вход платы в режим (1:1).

Так как аналоговые приборы дают высокую погрешность измерений переменных напряжений, величиной до 1В, калибровку выполняем на напряжении максимальной амплитуды.

Фото осциллографа своими руками

Также рекомендуем просмотреть:

Знакомство со стандартным осциллографическим пробником

Делитель напряжения для осциллографа своими руками

3 Октября 2018

Пробник — это во многих случаях недооцениваемая, но очень важная составляющая испытаний с помощью осциллографа. Основное назначение пробника — подключение испытуемого устройства (ИУ) ко входу осциллографа с целью приема сигнала от ИУ и просмотра его формы на экране осциллографа.

Однако следует учитывать, что осциллографический пробник — это не просто кусок провода с присоединенным к нему заостренным наконечником.

Есть еще множество вещей, которые необходимо знать о пробниках, если вы хотите получить корректные результаты испытаний.

В стандартную комплектацию большинства осциллографов с полосой пропускания до 1 ГГц входят высокоимпедансные пассивные пробники, по одному на каждый канал осциллографа. Именно с этими пробниками и будут работать большинство пользователей.

Сопротивление наконечника пробника обычно составляет 9 МОм, поэтому в сочетании с входным сопротивлением осциллографа, равным 1 МОм, образуется резистивный делитель с коэффициентом 10:1. Таким образом, сигнал на входе пробника будет ослабляться на величину, определяемую коэффициентом, равным 1 МОм/(9 МОм + 1 МОм).

Например, если подать на вход пробника сигнал с напряжением 10 В, то с учетом коэффициента ослабления пробника 10:1 на вход осциллографа поступит сигнал с напряжением 1 В. За наконечником пробника следует высокоимпедансный кабель.

На конце кабеля располагается компенсаторная или интерфейсная часть, которая соединяется с входом осциллографа.

Рисунок 1. Упрощенная схема высокоимпедансного пассивного пробника с коэффициентом ослабления 10:1

Главной особенностью этого пробника является его очень высокий импеданс. При постоянном токе входной импеданс пробника равен 10 МОм, но с повышением частоты входного сигнала входной импеданс пробника снижается вследствие увеличения емкостного реактивного сопротивления.

Стандартный пассивный пробник является самым прочным, гибким и недорогим пробником, имеющим очень широкий входной динамический диапазон. Поэтому этот пробник отлично подходит для выполнения базовых измерений и поиска и устранения неисправностей.

Компенсация пробника

Большинство стандартных пассивных пробников имеют настраиваемый компенсирующий конденсатор для согласования коэффициента RC пробника с входной емкостью осциллографа.

Компенсирующий конденсатор пробника можно отрегулировать так, чтобы нейтрализовать входную емкость осциллографа.

Для проведения процедуры компенсации пробник подключают к выходу калибровочного сигнала прямоугольной формы (обычно расположенного на передней панели осциллографа), и конденсатор регулируется так, чтобы прямоугольный сигнал выглядел действительно прямоугольным и имел как можно более плоскую вершину. Перед тем как выполнять любые измерения с помощью осциллографа, необходимо подключить пробники к клемме сигнала компенсации пробника на передней панели, чтобы убедиться, что пробники правильно скомпенсированы.

Рисунок 2. Не забывайте проводить компенсацию пробников перед измерениями

Пробники с двумя коэффициентами ослабления

Большинство пассивных пробников имеют коэффициент ослабления 10:1. Стандартный пассивный пробник обычно имеет два возможных коэффициента ослабления: 10:1 и 1:1. На пробнике 1:1/10:1 имеется переключатель, который вводит в цепь сигнала последовательный резистор с сопротивлением 9 МОм.

В осциллографе стоит резистор с сопротивлением 1 МОм, что обеспечивает коэффициент ослабления входного сигнала 10:1.

В режиме 1:1 последовательный резистор в пробнике отключается, и общее сопротивление постоянному току, измеренное на наконечнике пробника, составляет лишь 1 МОм, то есть равно сопротивлению на входе осциллографа.

Рис. 3. Пассивные пробники N2140A и N2142A компании Keysight с коэффициентами ослабления 10:1 и 1:1

Основное преимущество использования пробника с двумя коэффициентами ослабления состоит в том, что он поддерживает оба коэффициента ослабления – 10:1 и 1:1.

В целом режим пробника 1:1 обеспечивает более низкий уровень шума, что делает его идеальным для измерения слабых сигналов, таких как пульсация и шум источника питания.

Однако режим 1:1 вносит значительную емкостную нагрузку, подключенную параллельно входу осциллографа, что приводит к уменьшению полосы пропускания приблизительно до 25 МГц.

В примере ниже пробник 10:1/1:1 используется для измерения выходного шума источника питания с каждым из доступных коэффициентов ослабления. В режиме 1:1 измеренный шум почти наполовину меньше шума, измеренного в режиме 10:1.

Рисунок 4. Осциллограф и исходный уровень шума пробника при коэффициенте ослабления 10:1

Рис.5. Осциллограф и исходный уровень шума пробника при коэффициенте ослабления 1:1

Влияние пробника на устройство

При подключении осциллографического пробника к цепи, пробник становится частью испытуемой цепи, и его электрические характеристики начинают влиять на процесс измерений в целом.

Это может привести к снижению точности измерений и ухудшению рабочих характеристик, поскольку новая цепь, включающая в себя пробник, будет вести себя иначе, чем цепь без пробника.

Это особенно актуально при измерениях высокочастотных сигналов.

https://www.youtube.com/watch?v=iV1SAcenH4Mu0026t=28s

Все пробники создают резистивную, емкостную и индуктивную нагрузки. Необходимо добиться того, чтобы это влияние не выходило за допустимые пределы.

Резистивная нагрузка обычно создает наименьшие проблемы среди этих трех нагрузок до тех пор, пока вы используете высокоимпедансный пассивный пробник для измерения низкоскоростных сигналов.

Наиболее распространенный эффект от резистивной нагрузки связан с делителем напряжения, который образуют выходное сопротивление цепи и входное сопротивление пробника.

Zsource — это импеданс источника испытуемой цепи. Чем меньше сопротивление пробника относительно Zsource, тем сильнее нагрузка от пробника уменьшает амплитуду измеряемого сигнала. Например, если значение Zsource равно 1 МОм, а значение Zprobe — 10 МОм, измеренная амплитуда сигнала будет примерно на 9 % меньше фактического ее значения до подключения пробника.

Рис.6. Резистивный, емкостный и индуктивный компоненты импеданса пробника могут менять отклик испытуемой цепи в зависимости от того, какую нагрузку пробник вносит в цепь

При постоянном токе входной импеданс и нагрузочная характеристика пробника определяются резистивным компонентом его импеданса.

Емкостное реактивное сопротивление пробника при этом не влияет на результаты измерений, поскольку емкостное сопротивление (Xc) при постоянном токе равно бесконечности.

Однако, по мере увеличения частоты емкостное сопротивление снижается и становится основным источником нагрузки, вызывая рост потребления энергии из испытуемой цепи.

При измерении цепи вы можете обнаружить в вашем сигнале затухающие колебания, или “звон”. Что является причиной их появления — испытуемая цепь или пробник? Трудно ответить на этот вопрос, но вопрос сам по себе поставлен верно.

Причиной затухающих колебаний в сигнале часто бывает индуктивное сопротивление. Источником затухающих колебаний является резонансная индуктивно-емкостная (LC) цепь, которая состоит из внутренней емкости, а также провода заземления пробника и индуктивности наконечника пробника.

Частота затухающих колебаний простой LC-цепи определяется по следующей формуле:

Здесь Fringing — частота (Гц), L — индуктивность (Гн) и C — емкость (Ф).

Провод заземления часто бывает основным источником индуктивности. Простая замена провода заземления с зажимом типа “крокодил” на более короткий может изменить форму измеряемого сигнала. Если это так и происходит, скорее всего, проблема связана с индуктивной нагрузкой, а не с испытуемой цепью.

Заключение

Для получения максимально надежных результатов измерений важно правильно подобрать осциллографические пробники и использовать их надлежащим образом. Выбор правильной комбинации пробника и осциллографа обеспечивает максимальную точность измерений с помощью осциллографа.

Вы ознакомились с теоретическими основами функционирования пассивного пробника и с преимуществами его компенсации перед проведением измерений. Пробники с двумя коэффициентами ослабления очень удобны, так как они обеспечивают сразу два коэффициента ослабления – 10:1 и 1:1.

Также очень важно знать электрические характеристики пробника, поскольку они могут повлиять на результаты измерений и на работу цепи.

Сделай своими руками
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: