Օսլիլոսկոպի անալոգային ճակատ. 6 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:45

Տանը ես ունեմ մի քանի էժան USB ձայնային քարտեր, որոնք կարելի է գնել Banggood- ում, Aliexpress- ում, Ebay- ում կամ այլ գլոբալ առցանց խանութներում `որոշ դոլարով: Ինձ հետաքրքրում էր, թե ինչ հետաքրքիր բաների համար կարող եմ դրանք օգտագործել, և որոշեցի փորձել դրանցից մեկով ցածր հաճախականությամբ համակարգչի շրջանակ կազմել: Ինտերնետում ես գտա մի գեղեցիկ ծրագրակազմ, որը կարող է օգտագործվել որպես USB տատանում և ազդանշան գեներատոր: Ես կատարեցի քարտի որոշ հակադարձ ձևավորում (նկարագրված առաջին քայլում) և որոշեցի, որ եթե ուզում եմ լիարժեք գործելաոճ ունենալ, պետք է նաև նախագծեմ անալոգային դիմային հատված, որը պահանջվում է լարման ճիշտ չափման և տեղաշարժման համար: մուտքային ազդանշանը կիրառվում է աուդիո քարտի խոսափողի մուտքի մոտ, քանի որ խոսափողի մուտքերը ակնկալում են առավելագույն մուտքային լարման մի քանի տասնյակ միլիվոլտների կարգ: Ես նաև ցանկանում էի անալոգային դիմայինը դարձնել ունիվերսալ, որպեսզի կարողանամ օգտագործվել Arduinos- ի, STM32- ի կամ այլ միկրոկոնտրոլերների հետ `ունենալով ազդանշանային ազդանշան շատ ավելի լայն, քան աուդիո քարտի մուտքային գոտին: Քայլ առ քայլ հրահանգներ, թե ինչպես կարելի է նախագծել նման անալոգային շրջանակի առջևը, ներկայացված է այս աշխատանքում:

Քայլ 1. USB աուդիո քարտի հակադարձ նախագծում և նշումներ

USB քարտը շատ հեշտ է բացվում `պատյանը սոսնձված չէ, միայն մասամբ տեղադրված է: PCB- ն երկկողմանի է: Աուդիո խցիկները և կառավարման կոճակները վերևում են, իսկ C- մեդիա ապակոդավորման չիպը ՝ ծածկված բարդով, գտնվում է ներքևում: Խոսափողը միացված է մոնո ռեժիմին. Երկու ալիքները կարճ են միացված PCB- ի վրա: Խոսափողի մուտքի մոտ օգտագործվում է AC միացման կոնդենսատոր (C7): Բացի դրանից, 3K (R2) ռեզիստորն օգտագործվում է արտաքին խոսափողի կողմնակալության համար: Ես հեռացրել եմ այս դիմադրիչը ՝ տեղը բաց թողնելով: Աուդիո ելքը նույնպես զուգակցված է երկու ալիքների համար:

Ազդանշանի ճանապարհին AC զուգավորում ունենալը կանխում է DC և ցածր հաճախականության ազդանշանների դիտումը: Այդ պատճառով ես որոշում եմ հեռացնել (կարճացնել) այն: Այս որոշումն ունի նաև թերություններ. Կոնդենսատորից հետո որոշվում է աուդիո ADC- ի համար որոշ DC գործառնական կետ, և եթե անալոգային առջևն ունի տարբեր ելքային DC OP, մուտքային ազդանշանի փոքր տիրույթի պատճառով, ADC- ն կարող է հագեցվել: Դա նշանակում է, որ առջևի սխեմայի DC OP- ն պետք է համընկնի ADC մուտքի փուլի հետ: DC ելքային լարման մակարդակը պետք է կարգավորելի լինի, որպեսզի կարողանա հավասար լինել ADC մուտքագրման փուլի մակարդակին: Այս ճշգրտման իրականացման եղանակը կքննարկվի հաջորդ քայլերում: Ես չափել եմ մոտ 1.9V DC լարման ՝ ADC- ի մուտքի մոտ:

Մեկ այլ պահանջ, որը ես սահմանեցի անալոգային առջևի մասի համար, չէր պահանջում լրացուցիչ էներգիայի աղբյուր: Ես որոշեցի օգտագործել ձայնային քարտում առկա 5V USB լարման հասանելիությունը `նաև առջևի սխեմաները մատակարարելու համար: Այդ նպատակով ես կտրեցի ընդհանուր կապը աուդիո վարդակի հուշիչի և օղակաձև կոնտակտների միջև: Մատանին, որը ես որոշեցի օգտագործել ազդանշանի համար (վերջին նկարի սպիտակ մետաղալարեր - կամուրջներ ՝ նաև AC կոնդենսատոր), իսկ բակի ծայրը որոշեցի օգտագործել որպես սնուցման տերմինալ - այդ նպատակով այն միացրեցի USB 5V- ով գիծ (կարմիր մետաղալար): Դրանով ավարտվեց աուդիո քարտի փոփոխությունը: Ես նորից փակեցի այն:

Քայլ 2: Frontend Design

Իմ որոշումն էր ունենալ տատանումների համար աշխատանքի 3 եղանակ.

• DC
• AC
• գետնին

AC ռեժիմ ունենալը պահանջում է, որ մուտքային ուժեղացուցիչի մուտքային / ընդհանուր ռեժիմի լարումը տարածվի մատակարարման երկաթուղու տակ: Դա նշանակում է, որ ուժեղացուցիչը պետք է ունենա երկակի մատակարարում `դրական և բացասական:

Ես ուզում էի ունենալ մուտքի լարման առնվազն 3 միջակայք (թուլացման գործակիցներ)

• 100:1
• 10:1
• 1:1

Ռեժիմների և միջակայքերի միջև բոլոր փոխարկումները նախապես ձևավորված են մեխանիկական սլայդ 2P3T անջատիչների միջոցով:

Ուժեղացուցիչի մատակարարման բացասական լարումը ստեղծելու համար ես օգտագործեցի 7660 լիցքավորման պոմպի չիպ: Ամրացուցիչի մատակարարման լարումները կայունացնելու համար ես օգտագործեցի TI երկակի գծային կարգավորիչ TPS7A39: Չիպն ունի փոքր փաթեթ, սակայն այն PCB- ով զոդելը շատ դժվար չէ: Որպես ուժեղացուցիչ ես օգտագործել եմ AD822 opamp: Դրա առավելությունը `CMOS մուտք (շատ փոքր մուտքային հոսանքներ) և համեմատաբար բարձր եկամտաբերության լայնության արտադրանք: Եթե ցանկանում եք ունենալ նույնիսկ ավելի լայն թողունակություն, կարող եք օգտագործել մեկ այլ opamp CMOS մուտքով: Հաճելի է ունենալ Rail to Rail մուտքագրում/ելք; ցածր աղմուկ, հարվածի բարձր արագություն: Օգտագործված opamp- ը ես որոշեցի մատակարարել երկու +3.8V / -3.8V մատակարարումներով: Հետադարձ կապի դիմադրողները հաշվարկվում են ըստ TPS7A39- ի տվյալների թերթիկի, որոնք տալիս են այս լարումները.

R3 22K

R4 10K

R5 10K

R6 33K

Եթե ցանկանում եք օգտագործել այս առջևը Arduino- ի հետ, գուցե ցանկանաք հասնել 5 Վ ելքային լարման: Այս դեպքում դուք պետք է կիրառեք մուտքի մատակարարման լարումը> 6 Վ և երկակի կարգավորիչի ելքային լարումները սահմանեք +5/-5 Վ:

AD822- ը երկակի ուժեղացուցիչ է. Դրանցից առաջինը օգտագործվել է որպես բուֆեր `երկրորդ ուժեղացուցիչի ընդհանուր ռեժիմի լարումը որոշելու համար, որն օգտագործվում է ոչ հակադարձ կազմաձևերի ամփոփման համար:

Ընդհանուր ռեժիմի լարման ճշգրտման և մուտքային ուժեղացուցիչի շահույթի համար ես օգտագործել եմ նման պոտենցիոմետրեր:

Այստեղ դուք կարող եք ներբեռնել LTSPICE մոդելավորման կարգավորումը, որում կարող եք փորձել ստեղծել ձեր սեփական ուժեղացուցիչի կազմաձևը:

Կարելի է տեսնել, որ PCB- ն ունի երկրորդ BNC միակցիչ: Սա ձայնային քարտի ելքն է. Երկու ալիքներն էլ կարճ են երկու դիմադրիչների միջոցով, դրանց արժեքը կարող է լինել 30 Օմ - 10 Կ սահմաններում: Այս կերպ այս միակցիչը կարող է օգտագործվել որպես ազդանշանի գեներատոր: Իմ նախագծում ես BNC միակցիչ չեմ օգտագործել որպես ելք. Ես պարզապես այնտեղ մետաղալար եմ կպցրել և դրա փոխարեն օգտագործել բանանի երկու միակցիչ: Կարմիրը `ակտիվ ելքը, սևը` ազդանշանային հիմքը:

Քայլ 3: PCB և զոդում

PCB- ն արտադրվել է JLCPCB- ի կողմից:

Դրանից հետո ես սկսեցի զոդել սարքերը. Սկզբում մատակարարման մասը:

PCB- ն ապահովում է երկու տեսակի BNC միակցիչներ. Դուք կարող եք ընտրել, թե որն օգտագործել:

Կտրող կոնդենսատորներ, որոնք ես գնել եմ Aliexpress- ից:

Գերբեր ֆայլերը հասանելի են ներբեռնման համար այստեղ:

Քայլ 4: Բռնցքամարտ

Ես որոշեցի այս ամենը դնել փոքրիկ պլաստիկ տուփի մեջ: Ես ունեի մեկը, որը հասանելի էր տեղական խանութից: Արտաքին ռադիոազդանշանների նկատմամբ սարքն ավելի անձեռնմխելի դարձնելու համար ես օգտագործեցի պղնձե ժապավեն, որը ամրացրել էի պատյան ներքին պատերին: Որպես աուդիո քարտի միջերես, ես օգտագործեցի երկու աուդիո խցիկ: Ես դրանք ամուր ամրացրեցի էպոքսիդային սոսինձով: PCB- ն տեղադրվել է ներքևի պատյանից որոշ հեռավորության վրա ՝ անջատիչների միջոցով: Որպեսզի համոզված լինեք, որ սարքը պատշաճ կերպով մատակարարված է, ես ավելացրեցի LED շարքով ՝ 1K դիմադրիչով, որը միացված է առջևի մատակարարման վարդակին (խոսափողի կողային խցիկի ծայրը)

Քայլ 5: Սարքը պատրաստ է

Ահա հավաքված սարքի մի քանի նկար:

Քայլ 6: Փորձարկում

Ես փորձարկել եմ օսլիլոսկոպը ՝ օգտագործելով այս ազդանշանի գեներատորը: Դուք կարող եք տեսնել թեստերի ընթացքում արված որոշ սքրինշոթեր:

Այս շրջանակն օգտագործելու հիմնական մարտահրավերն է ՝ ելքի ընդհանուր ռեժիմի ելքային լարումը նույնականացնել աուդիո քարտին: Դրանից հետո սարքը շատ հարթ է աշխատում: Եթե դուք օգտագործում եք այս ճակատը Arduino- ի հետ, ընդհանուր ռեժիմի լարման հավասարեցման հետ կապված խնդիրը չպետք է գոյություն ունենա. Այն կարող է ազատորեն տեղադրվել 0-5V տիրույթում և դրանից հետո ճշգրիտ ճշգրտվել արժեքի համար, որն օպտիմալ է ձեր չափման համար: Arduino- ի հետ աշխատելիս ես կառաջարկեի ևս մեկ փոքր փոփոխություն. Ուժեղացուցիչի մուտքի մոտ գտնվող երկու հակա -զուգահեռ պաշտպանության դիոդները կարող են ցրվել երկու 4.7V Zenner դիոդներով, որոնք միացված են շարքով, բայց հակառակ ուղղություններով: Այս կերպ մուտքային լարումը կփակվի ~ 5.3 Վ -ում `պաշտպանելով գերլարման լարման հոսանքի մուտքերը: