Осциллограф

Демонстрационный осциллограф


        «Демонстрационный осциллограф» - компьютерный аналог традиционного электронного осциллографа. Прибор состоит из двух функциональных модулей: осциллографа и генератора сигналов звуковой частоты. Аппаратной частью осциллографа является звуковая карта компьютера. С помощью этого прибора можно изучать электрические сигналы полученные от внешних устройств, генерировать электрические колебания звуковой частоты, подключать их к внешним цепям, для изучения их свойств. Рассмотрим версию продукта 2.04. Интерфейс программы изображен на рис. 1

Рис. 1


        Основные отличия по предыдущей версии:
- Осциллограф имеет два входа;
- Кроме развертки во времени появилась возможность подавать сигналы на входы "Х" и "У";
- Одноразовая развертка. Новый режим открывает возможность изучать непериодические электрические процессы. Пуск развертки может осуществляться вручную, и по приходу к входу первого импульса достаточной амплитуды;
- Сетка экрана имеет квадратные ячейки, что облегчает  работу с симметричными сигналами на входах "Х" и "У";
- Генератор сигналов звуковой частоты имеет два самостоятельных канала, с независимыми органами управления. К органам управления добавлено регулляторы фазы сигнала.


Настройка и работа с программой. "Осциллограф".


        Перед началом работы с программой нужно выбрать необходимые режимы работы звуковой карты. Если в правом нижнем углу Вашего компьютера имеется иконка регулятора громкости, наведите на нее курсор мыши и нажмите правую кнопку. Из сообщений "Настройка аудиопараметров" и "Открыть регулятор громкости" выберите последний нажатием на нем левой кнопкой мыши, после этого на экране появится регулятор громкости устройств в режиме воспроизведения звука. Левый регулятор устанавливает общий уровень всех устройств, остальные регуляторы устанавливают необходимые для комфортного звучания громкости устройств воспроизведения звуков. Для работы нашего устройства необходимо включить "Общая" и "Звук" и установить оба регулятора примерно в среднее положение, как показано на рис. 2. Все другие устройства воспроизведения можно отключить.

Рис. 2


        Перейдем к налаживанию входных цепей звуковой карты. В левом верхнем углу этого же окна левой кнопкой мыши нажмите кнопку "Параметры", выберите "Свойства", а в окне "Микшер" из выпадающего списка выберите "Input" (рис. 3), затем установите галочки в список избранных устройств и нажмите кнопку "Ok"

Рис. 3


        После выполнения последних действий можно будет увидеть регуляторы уровня записи устройств, сигналы с которых можно будет выводить на экран осциллографа (рис. 4).

Рис. 4


        Обычно мы имеем возможность выбирать "линейный вход", "микрофон", и "стереомикшер". "Линейный вход" обеспечивает подключение двух различных сигналов от внешних устройств на разные входы 1,2 - (L, R) и отображать данные на осях (Х, У) экрана "Осциллограф". Подключение осуществляется через гнездо линейного входа (Line in) звуковой карты компьютера. Микрофонный вход более чувствителен, но обеспечивает работу только с одним входным сигналом.  Подключение сигнала к компьютеру осуществляется через гнездо микрофона (Mic). Последний вход. "Стереомикшер" обеспечивает работу "Осциллограф" в виртуальном режиме. Он позволяет подать сигналы с устройств входящих в состав компьютера на вход звукового процессора с помощью внутренних связей.
        Приведем примеры использования программы "Осциллограф". На Рис. 1 показан вид интерфейса программы, когда на оба входа (1,2) подключены сигналы, полученные от генераторов этого же устройства. По положению органов настройки генераторов видно, что частоты и амплитуды сигналов идентичны, а фазы отличаются на 90 градусов .. Осциллограмму суммы тех же сигналов с одинаковыми фазами показано на рис. 5.

Рис. 5


        Изменим частоту генератора 2 с 440 на 330 Гц. На экране появится диаграмма (рис. 6).

Рис. 6


        Существует два способа получения такого результата. В виртуальном режиме, в окне устройств записи звука нужно выбрать "Стерео микшер", как показано на рис. 4. В реальном режиме сигнал с выхода звуковой карты необходимо подать на ее линийниий вход с помощью шнура, имеющего стерео штеккеры диаметром 3,5 мм на обоих концах. В этом случае следует переключить устройство записи со "Стерео микшера" на "Линейный вход" Рис. 4 Во внешнюю цепь можно включать различные устройства, которые являются компонентами экспериментальных установок. Как видно из примеров, осциллограммы отражены на рис. 1, Рис. 5, Рис. 6 получены путем подключения одновременно двух исследуемых сигналов, значение одного отображается на оси Х, второго - на оси В. Режим развертки сигнала во времени становится доступным при отключении входов Х. Этот режим работы осциллографа является более традиционным. При использовании данного устройства, в режиме развертки сигналы можно подавать на оба входа "У". Сигналы в этом случае будут суммироваться. Пример работы "Осциллограф" с одним  непериодическим  сигналом   приведен  на. Рис. 7

Рис. 7


        Опыт работы с предыдущей версией продукта указывает на зависимость результатов от качества звуковой карты. Некоторые дешевые интегорованые звуковые карты приводят к некорректной работе органов управления программы и искажают исследуемый сигнал. В частности, регулятор усиления сигнала смещает положение кривой сигнала на экране осциллографа. Такие звуковые карты имеют еще один недостаток: в них только один одноканальный вход "микрофон", что не дает возможности изучать два сигнала одновременно (За исключением виртуального режима).
        Контроль качества звуковой карты можно осуществить в режиме, показанном на рис. 5 При указанных положениях органов управления, с помощью регуляторов баланса и уровня сигнала генератора, меняют угол наклона линии графика относительно оси Х.  В некоторых случаях, при указанных настройках, сигнал на экране "Осциллограф" появляется в виде эллипса. Недостаток обусловлен якостью звуковой карты и приводит к несоответствию шкал регулирования фазы сигналов на несколько градусов.


Литвинов Юрий Викторович, ХНПУ им. С. Сковороды, доцент кафедры физики.
e-mail office@itm.com.ua