Щуп - осциллограф на светодиодах

Авторы: Б.Макеенко, А.Жебриков, г.Саяногорск, Хакассия

Нередко в лаборатории радиолюбителя отсутствует такой необходимый прибор, как осциллограф. Причины могут быть разные - от несоразмерных с имеющимся пространством рабочего места габаритов до высокой стоимости такого прибора. Не отчаивайтесь - в данной статье вы найдете рекомендации по изготовлению очень даже несложного и недорого миниатюрного устройства, которое в полной мере хоть и не заменит осциллограф, но в какой-то степени облегчит визуализацию процессов в электрических цепях.

Предлагаем несложный малогабаритный прибор, который может найти применение при разработке разнообразных поделок для дома, при ремонте автомобилей, на предприятиях с большими магнитными полями, где применение классических осциллографов просто невозможно. В нем индицируемый сигнал выводится на точечную светодиодную матрицу.

Принципиальная схема прибора показана на рисунке. Он состоит из входного усилителя, собранного на транзисторе VT1, и операционного усилителя DA1, АЦП, состоящего из цепочки резисторов R10-R18 и семи элементов "исключающее ИЛИ" DD1.1- DD1.4 и DD2.1 - DD2.3, коммутатора строк, собранного на транзисторах VT2-VT8, генератора развертки, собранного на элементе D2.4 и транзисторе VT9, коммутатора разрядов DD3, узла синхронизации, выполненного на диодах VD2-VD4, и индикатора захвата синхронизации HL1.

Рис.1. Схема Щуп-осцилографа

Сформированный входной сигнал с выхода операционного усилителя DA1 поступает на цепочку резисторов и в зависимости от амплитуды входного сигнала вызывает включение одного из элементов D1.1- D1.4, D2.1-D2.3, который, в свою очередь, откроет один из ключей "строк", соединив тем самым одну из "строк" через резисторы R26, R27 с общим проводом. Изменением сопротивления резистора R26 выбирают рабочий ток включенного светодиода и тем самым изменяют яркость его свечения. Таким образом, мы развернули входной сигнал по вертикали.

Развертка по горизонтали. Сигнал генератора развертки с выхода транзистора VT9 поступает на счетный вход CP микросхемы DD3. Коммутатор DD3 поочередно устанавливает уровень лог. 1 на одном из выходов 0-9 этой микросхемы, подавая питание на анод одного из светодиодов, в выбранной строке и в выбранном столбце. Таким образом, в определенный момент времени светится только один из светодиодов матрицы HL2-HL64. Меняя напряжение смещения на инвертирующем входе операционного усилителя DA1 резистором R7, можно сместить светящуюся точку ("луч") вверх или вниз.

Работа узла синхронизации. При включении переключателя SA5 в верхнее по схеме положение "Синхронизация" - "Ждущая" импульс разрядов, дойдя до выхода 9 микросхемы DD3, через диод VD2 запретит работу генератора развертки, коммутатор DD3 останется в состоянии 9. Это состояние сохраняется до тех пор, пока сигнал выходов микросхем DD1, DD2 через переключатель SA3 не сбросит счетчик DD3 в состояние лог. 0 и разрешит работу генератора развертки, тем самым засинхронизировав ее с входным сигналом.

Технические характеристики

Число позиций поля псевдографики (горизонталь-вертикаль)......7x9
Чувствительность, В/поз......0,1... 1 и 1..70
Скорость развертки (8 поддиапазонов), мс/поз......0,01...33
Синхронизация......по фронту и спаду импульса
Входное сопротивление на пределах чувствительности 0,1В,кОм......300 
1 В, МОм......3
Напряжение питания, В......12
Ток потребления, мА, не более......20

Входной формирователь. Коэффициент усиления операционного усилителя DA1 выбран таким, чтобы при подаче напряжения в 100 мВ луч в столбце сместился на одну строку.

Аналого-цифровой преобразователь. Известно, что порог переключения цифровых микросхем равен примерно Uпит/2. Микросхема К176ЛП2 имеет такую особенность, что для переключения из одного состояния в другое не обязательно подавать на входы уровень лог. 1 или лог. 0 - достаточно, чтобы разность между входами достигала несколько десятков милливольт. То есть, если при UПит = 10 В на один из входов подать напряжение 5,05 В, а на другой - 4,95 В, элемент "поймет" это как лог. 1 на одном входе и лог. 0 на другом. Микросхемы серии К561 таким свойством не обладают, поэтому работать в этом приборе не будут! На основе такого свойства и построена работа АЦП. При подаче напряжения +5 В в точку соединения резисторов R13 и R14 на входах (выводы 1, 2, 5, 6, 8, 9) элементов D1.1 -D1.3 будет лог. 1, на входах элементов D2.1 -D2.3 - лог 0, на выводе 12 входа элемента D1.4- лог. 1, а на выводе 13 входа элемента D1.4 - лог. 0. Следовательно, на выходе элемента D1.4 - состояние лог. 1, которое и открывает ключ "строки" VT5. Если напряжение на входе АЦП снизится, переключится следующий нижний по схеме элемент, если повысится - следующий верхний по схеме элемент.

Настройка. Очень желательно выбрать микросхемы DD1 и DD2 из одной партии, поточнее подобрать резисторы R10-R17 и конденсаторы С2-С7. При выключенной синхронизации (SA5 в нижнем по схеме положении) проверить работоспособность генератора развертки на всех диапазонах (коллектор VT9), проверить циклическое появление лог. 1 на каждом из выходов коммутатора "разрядов" DD3. Индикацией работы коммутатора "разрядов" может служить мигание светодиода HL1. Резистор R7 уста овить в такое положение, чтобы при подаче на вход прибора напряжения 100 мВ на дисплее светилась строка 1, при подаче напряжения 200 мВ - строка 2 и так далее.

Конструктивно прибор собран на одной печатной плате. Переключатели SA3, SA4 - самодельные, выполнены печатным монтажом из соображений уменьшения высоты, остальные переключатели - от импортной техники подходящих размеров, переменные сопротивления - импортные, под печатный монтаж.

Прибор собран в корпусе размерами 120x80x30 мм. Для этих целей можно использовать корпус от карманного приемника.

При разработке данного прибора были учтены рекомендации Романа Краузе в его публикации описания аналогичного устройства ("Цифровой осциллограф". - Praktyczny Eektronik, 2001, № 4, с. 4 - 8). У названного автора конструкция была выполнена с использованием специализированной ИМС и линейной светодиодной матрицы, подобная схема опубликована тут:   "Щуп - осциллограф на светодиодной матрице АЛС340"