JYE Tech уже почти 10 лет выпускает конструкторы для сборки измерительных приборов. DSO 150 — один из популярных продуктов: невысокая цена и наличие корпуса выгодно отличают его от других продуктов компании. В обзоре мы соберем прибор, переведем инструкцию по сборке на русский язык и проведем немного тестов. Для заинтересовавшихся — прошу под кат. Внимание, трафик!
Введение:
Я несколько лет занимаюсь радиолюбительством как хобби, и как у многих, чьё хобби не связано с основной работой — у меня нет доступа к профессиональному оборудованию, а именно — к осциллографу. Как любителя, меня отпугивает высокая цена на прибор, который будет мало использоваться.
Поэтому мне было интересно взять на обзор небольшой осциллограф DSO 15002K, чтобы понять — нужен ли мне более профессиональный прибор, и понять принцип работы осциллографа.
Технические характеристики:
Сразу скажу пару слов о том, что именно эту модель активно подделывают. Производитель даже отдельную страницу на своем форуме посвятил тому, как отличить оригинал от подделки:
Дополнительная информация
Мой прибор оригинальный. Подделка также отличается очень низкой ценой. Только на оригинале можно менять прошивки; подделки, судя по форумам, при попытке их обновить превращаются в кирпич (хотя есть способы откатиться к старой версии прошивки).
Про ценовую политику
Версия 15002k на бэнге стоит 32$, 15001k на бэнге стоит 21$ (с указанием, что это оригинал). В официальном магазине фирмы на али цены выше: 15001к — 39$, 15002к — 43$, полностью собранный — 49$.
Упаковка и комплектация:
Упаковка:
Прибор пришел в стандартном для банггуда черном пакете. На пакете была отдельная наклейка с надписью «Fragile» (Хрупкое).
Коробка с деталями была в несколько слоев обмотана вспененным материалом:
Я заказал версию DSO 15002K, которая отличается от DSO 15001K тем, что нужно помимо выводных компонентов на плату измерителей нужно установить и SMD детали. Кстати, у производителя появилась и версия, где все детали SMD, правда она продается полностью собранной, и стоит дороже.
Детали упакованы в картонную коробку, на которой есть наклейка-пломба:
Сверху видим комплектные щупы:
Платы упакованы в антистатический пакет:
Вот так выглядит весь набор:
Элементы корпуса крупным планом:
Платы:
Вы еще не заметили ничего необычного? Производитель ошибся и в версию 15002K положил плату analog board, на которую уже установлены все SMD детали, а не пустую плату. Ну и в довесок в пакете с деталями есть все необходимые SMD детали, которые будут теперь запасными.
Рассмотрим платы поближе:
Основная плата:
Analog board:
Детали
Производителю — плюс в карму: он положил по 1 запасному SMD резистору каждого номинала и 2 запасных SMD конденсатора. Электролитические конденсаторы используются фирмы Hliaeng.
Небольшой спойлер: сразу после сборки прибор не заработал как надо. И пока я переписывался с техподдержкой, я перевел руководство по сборке, местами дополнив его. В некоторых местах перевод корявый, поэтому предложения по его совершенствованию только приветствуются. Из-за разницы форматирования из 4 страниц у меня получилось 18. Внизу страницы есть ссылка на архив, в котором эта инструкция размещена в формате .pdf.
Принципиальная схема
Основная плата:
Analog board:
Приступим к сборке:
Инструкция советует сборку начать с проверки основной платы. Никаких деталей паять не нужно до того, как Вы убедитесь, что она работает, иначе лишитесь гарантии. Проверяем и видим такую картину:
Сразу же и оценим экран: обычный TFT 320х240, углы обзора неважные. На свету яркость и контрастность падает, в темноте смотрится нормально:
Едем дальше. Для пайки я использовал гель флюс, так как он потом легче смывается.
Сначала были припаяны все кнопки и контакт для тестового сигнала:
К ним добавились выключатель, колодка 1х5 и разъем внутреннего питания (который можно и не запаивать). Феном был удален резистор 30 для проверки работоспособности выключателя:
С основной платой разобрались, переходим к плате измерителей.
Нас лишили радости установки SMD компонентов, поэтому переходим сразу к выводным. Устанавливаем все резисторы. В инструкции я расписал их цветовую маркировку, но на всякий случай проверяем их тестером (да и быстрей это будет).
Ставим керамические конденсаторы: так как каждого только по 1 номиналу, перепутать что-либо невозможно. На всякий случай маркировку написал в инструкции.
Электролитических конденсаторов 3 штуки, и все одного номинала. Серой полосой отмечен минус на конденсаторе, на плате видим +. Главное не перепутать полярность. Дальше паяем разъемную колодку и переключатель. BNC разъем запаять чуть сложнее: нам нужен мощный паяльник (на 50-100 Вт.).
Переходим к самой маленькой плате — плате энкодера. Здесь главное установить энкодер на правильную сторону печатной платы. Ориентироваться можно по картинке.
Теперь смываем флюс изопропиловым спиртом со всех плат.
С экрана снимаем пленку, берем любую другую, вырезаем по размеру и клеим. С двустороннего скотча сзади экрана снимаем пленку, экран кладем на пластиковую переднюю панель в пазы, и сверху накрываем печатной платой.
Энкодер устанавливаем на основную плату, фиксируем комплектными винтами и припаиваемым его выводы.
Сверху устанавливаем analog board и переходим к проверке контрольных напряжений на точках. Переключатель переводим в положение GND.
Показания должны быть такими:
И здесь у меня случилась неприятность: большинство контрольных напряжений не совпало с целевыми значениями, о чем я сразу сообщил производителю. Естественно, прибор показывал «температуру с марса».
Оказалось, что из-за питания от кроны и были проблемы. После замены батареек на питание с помощью блока питания 12 В. и понижающего адаптера контрольные напряжения приблизились к норме, и прибор ожил.
Дальше следует этап настройки переменных конденсаторов. Для этого подключаем комплектный щуп к BNC разъему, красный щуп подключаем к тестовому выводу прибора, который выдает 1 кГц. Нажимаем на энкодер на 3 секунды, и прибор переходит в режим подачи тестового сигнала. Путем вращения переменного конденсатора С3 стремимся придать прямоугольнику острые края. Должно получиться как-то так:
Аналогичным образом подстраиваем С5. На этом настройка закончена, и можно все собирать.
Прибор собирается просто, после того, как перевел инструкцию, все лишние вопросы по сборке отпали.
Прошивка в приборе версии 113-15001-064, а самая свежая, судя по сайту — 113-1501-110.
Результат:
У задней панельки было какое-то чувство незаконченности, решил заполнить пустое место:
Реальный вес прибора составил 92 грамма:
Тесты
Для проверки использовал приложение «Звуковой генератор». На приборе была включена информация в текстовом виде:
322 Гц:
4245 Гц:
9307 Гц:
20000 Гц:
На 20 кГц нормально отображалась только синусоида. Таким образом, производитель неплохо «завысил» технические характеристики прибора. Естественно, для серьезного применения 20 кГц явно недостаточно.
Про полосу частот
Из книги «Радиоэлектроника для чайников»:
Полоса частот и разрешающая способность осциллографа
Для того чтобы выбрать себе рабочий осциллограф, нужно знать хотя бы пару его важных характеристик. Одной из основных является так называемая полоса частот. Полосой частот осциллографа называется максимальная частота, сигнал с которой еще можно анализировать прибором (т.е. осциллографом), измеренная в мегагерцах. Осциллографы на базе ПК имеют наиболее низкую полосу частот — около 5-10 МГц. В принципе, такой полосы хватает для работы с большинством задач, включая радиолюбительство и даже сервисный ремоҥт видео- и аудиоаппаратуры.
Средняя полоса частот бюджетного настольного осциллографа составляет уже около 20-35 МГц. Этого диапазона с головой хватает для выполнения всех мало-мальски распространенных задач. Разве что специализированные задачи по поиску и устранению неисправностей в компьютерах и сверхвысокочастотных системах связи (СВЧ) могут потребовать частот, превышающих 100 МГц. Однако любое расширение полосы частот приводит к возрастанию стоимости измерительного прибора.
Тогда нужен ли этот набор? На мой взгляд, это отличное пособие для начинающих для того, чтобы понять принцип работы прибора. Это интересный и недорогой приборчик может выступить в качестве наглядного пособия на уроке физики в школе. Да и можно к нему прицепить фотоэлемент и фиксировать частоту мерцания светодиодных лампочек. Либо для измерения небольших частот, как-никак.
Итоги:
Достоинства:
— Низкая цена;
— Качественные печатные платы;
— Наличие заводского корпуса, ничего не нужно допиливать;
— Подробная инструкция (хотя русский пришлось «допиливать»).
Недостатки:
— Заявленная полоса частот сильно завышена;
— На корпусе нет защитного стекла для экрана (при перевозке в сумке экран можно повредить).
P.S. Переведенную инструкцию, последнюю прошивку, схемы сложил в архив.
Upd. от 12.03.2018:
Перепрошил на версию 111, вот как это выглядит:
Для начала запаиваем 2 перемычки на основной плате:
И впаиваем разъем для удобства:
Я прошивал с помощью адаптера на CP2102, т.к. адаптер на PL2303HX не видела программа.
Вот он в диспетчере устройств:
Далее Вам нужно запросить у китайцев по электронной почте код доступа:
После успешной прошивки появится такой экран, куда с помощью поворотов и нажатия энкодера нужно ввести полученный код:
Результат:
Товар для написания обзора предоставлен магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.
Комплект осциллографа katranji DSO150 DIY
Требования
- USB-кабель питания или литиевая батарея 3.7 В (дополнительно)
- Переменный или постоянный токtage 0–5 В MAX или дополнительный генератор сигналов
- Тестовые зонды
инструкции
- Подключите кабель датчиков к одному из следующих каналов (CH1 – CH2).
- Подключите кабель питания USB или используйте переключатель батареи для включения осциллографа.
- После подключения питания; ЖК-дисплей включится. Отрегулируйте триммер для контрастности ЖК-дисплея на задней стороне с помощью изолированной отвертки.
- Выберите количество тестовых каналов CH1 – CH2, повернув ползунковый переключатель (SW1) влево ←
- Тестируемый сигнал можно приостановить, повернув ползунковый переключатель (SW1) вправо → , на экране отобразится функция Single в правом нижнем углу и приостановится показанный тестируемый сигнал с сообщением READY, нажмите (SW1), чтобы отобразить следующие циклы сигнала, чтобы вернуться к сигналу мгновенного тестирования, поверните ползунковый переключатель (SW1) вправо →, на экране появится функция AUTO и повторноview мгновенное тестирование сигнала.
- Цикл сигнала можно определить в микро- и миллисекундах, повернув ползунковый переключатель SW2 вправо→ и влево ←.
Начиная следующее:
100 – 200 – 500 микросекунд США
1 – 2 – 5 – 10 – 20 – 50 – 100 – 200 – 500 – 1000 мс миллисекунд
- Прокрутите Offset, чтобы отрегулировать смещение сигнала по оси X.
- Используйте уровень, чтобы отрегулировать громкость входного сигнала.tagе от 0 В до 5.1 В
- Нажмите ползунковый переключатель SW2, чтобы повернуть тестовый сигнал между – и +.
Документы / Ресурсы
Для работы проектов iXBT.com нужны файлы cookie и сервисы аналитики.
Продолжая посещать сайты проектов вы соглашаетесь с нашей
Политикой в отношении файлов cookie
Содержание
- Технические характеристики одноканального цифрового осциллографа DSO150
- Упаковка, состав комплекта, сборка и внешний вид осциллографа DSO150
- Печатные платы и схема осциллографа DSO150
- Тестирование осциллографа DSO150
- Стробоскопический эффект
- Заключение
На китайских площадках можно встретить довольно много разновидностей цифровых осциллографов начального уровня по цене до $50. Можно найти эти же модели и в российских торговых точках; правда, по цене на 50-200% выше. 
Конечно, это не могут быть серьёзные модели для профессионалов; но давайте разберёмся, совсем там всё плохо, или не совсем?!
А в качестве примера рассмотрим популярный карманный осциллограф DSO150. Кстати, он известен также под именами DSO Fnirsi 150, DSO Shell и DSO 150, — это всё синонимы.
Изображение — с официальной страницы продавца (как выяснится позже, это не совсем то же самое, что с сайта производителя). Все картинки в обзоре — кликабельны.
Обзор начнём, как всегда, с технических характеристик.
Технические характеристики одноканального цифрового осциллографа DSO150
| Частотный диапазон | 0 — 200 кГц |
| Максимальное входное напряжение | 50 В |
| Входное сопротивление | 1 МОм |
| Вертикальная чувствительность / точность | 5 мВ — 20 В на деление / точность 5% |
| Масштаб по горизонтали | 10 мкс — 500 с (!) / деление |
| Объём буфера | 1024 семпла |
| Разрядность АЦП семплирования | 12 |
| Частота семплирования | до 1 МГц (1 Msps) |
| Диагональ экрана | 2.4 дюйма |
| Разрешение экрана | 320 x 240 |
| Питание | 9 В / 120 мА (адаптера в комплекте нет) |
| Габариты / масса | 115 x 75 x 22 мм / 100 г |
Осциллограф продаётся на Алиэкпресс в нескольких вариантах.
Один вариант — в полностью собранном и «готовом к употреблению» виде; второй вариант — в виде деталей корпуса, плат и россыпи деталей для пайки; и третий вариант — детали корпуса и платы с напаянными деталями. Я выбрал последний вариант, в котором нужно просто правильно всё собрать воедино без пайки (лень, знаете ли).
Приобрёл я всё это здесь.
Цена такого комплекта на дату обзора с доставкой в Россию — около $24.
Упаковка, состав комплекта, сборка и внешний вид осциллографа DSO150
Осциллограф прибыл в пенопластовой коробке, добросовестно обмотанной плёнкой и скотчем. Так она выглядит после освобождения от внешних покровов:
Пенопласт — это хорошая защита от неприятностей в пути; внутри ничего не пострадало.
В самой коробке оказался такой набор деталей для сборки:
Сборка прошла не совсем гладко.
Очень не хотела налезать на свою ось ручка энкодера. Пришлось применить грубую физическую силу (это помогло её одеть, хотя и не совсем до конца; было страшновато что-нибудь сломать).
Возможно, более лучшим вариантом было бы применение паяльного или косметического фена для разогрева оси и ручки (но осторожно, чтобы не подплавить пластиковые детали).
Кроме того, не удалось настолько точно подогнать верхнюю крышку и дно, чтобы между ними совсем не было зазора. Правда, оставшийся зазор в полмиллиметра можно даже назвать декоративным.
Давайте посмотрим на результат сборки.
Вид сверху:
Вид снизу:
Два вида по диагонали:
Вид со стороны нижнего торца:
Здесь расположен разъём для подключения источника питания и ползунок включения/выключения осциллографа.
Вид со стороны верхнего торца:
Здесь (на вехнем торце) — ползунок переключения входа (закрытый / открытый / земля), плоский контакт напряжения калибровки 1 кГц, и, собственно, разъём BNC для подачи сигнала.
В целом вид осциллографа получился довольно-таки благопристойным, и особо не напоминает «игрушку» или учебно-тренировочный экземпляр (как его исторический предшественник DSO138 в прозрачном корпусе или вообще в бескорпусном виде).
Также корпус хорошо закрыт от проникновения мелких внешних предметов и загрязнений (в отличие, например, от DSO188).
А вот что не есть хорошо — это необходимость во внешнем питании (встроенного аккумулятора нет). Правда, внутри осциллографа есть ещё свободное место, чтобы там разместить аккумулятор и необходимую «обвязку», но это — не для таких ленивых, как я. Обсуждение способов установки внутреннего питания есть на форуме официального производителя (JYE Tech).
Печатные платы и схема осциллографа DSO150
Вот наконец-то мы подошли и к электронной «начинке» нашего осциллографа.
Эта начинка состоит из двух плат: аналоговой и цифровой.
Аналоговая плата — небольшая. но весьма насыщенная компонентами:
Здесь радует, что маркировка всех элементов оставлена читаемой, и даже продублирована надписями на плате. Бывает, что отдельные особо бессовестные китайские производители — наоборот, тщательно затирают маркировку, чтобы затруднить ремонт изделий. Но здесь — не тот случай, к счастью!
Более того, ещё и принципиальные схемы можно скачать с официальной страницы осциллографа на сайте производителя (внизу страницы, в разделе «Documents»). Это вообще уже можно приравнять к чуду!!!
Основной элемент на плате — счетверённый операционник TL084C со входами на полевых транзисторах. Он отвечает за приём и усиление сигнала.
Обеспечивают переключение масштабов усиления два аналоговых коммутатора: HC4053 и HC4051.
Все перечисленные выше микросхемы требуют двухполярного питания, а запитывается устройство однополярным. Соответственно, создаёт отрицательную полярность для внутреннего питания преобразователь ICL7660, а стабилизируют питание 78L05 (+5 В) и 79L05 (-5 В).
За подстройку входной ёмкости отвечают зелёные триммеры в верхней части платы (необходимо для корректного отображения фронтов сигналов). Инструкция по настройке есть в прилагаемом бумажном документе (настраивать надо, естественно, до установки плат в корпус; или в корпусе, но без заглушки верхнего торца).
Теперь изучим цифровую плату, сначала — вид со стороны экрана:
Здесь — ручка энкодера, кнопки и экран. Шлейф экрана под ним припаян прямо к плате. Это затруднит смену экрана, если Вы его «грохнете». Правда, после сборки осциллографа сделать это будет довольно трудно, т.к. экран расположен в углублении. Но аккуратность в обращении не отменяется.
Экран не имеет регулировки яркости, но его яркость настроена на некий средний уровень, достаточный для комфортной работы в типовых условиях применения.
Углы обзора экрана — разные по вертикали и по горизонтали.
По горизонтали угол обзора — не широкий, даже при небольших поворотах вправо-влево экран заметно бледнеет.
При поворотах вверх-вниз, наоборот, изображение остаётся ярким и контрастным даже при больших поворотах.
Вид цифровой платы со стороны элементов значительно интереснее:
Здесь сначала обратим внимание на важный организационный момент: в белой рамке, расположенной в левом нижнем углу, должен быть номер платы, но его там нет!
В соответствии с инструкцией производителя «Как отличить не оригинальный осциллограф от оригинального» (ссылка) делаем вывод, что данный экземпляр — не оригинальный.
Что из этого следует? Следует, что его прошивку вряд ли получится обновить. В лучшем случае, новая прошивка просто не установится (производитель не даст код для её установки), а в худшем осциллограф может «окирпичиться». Можно ли жить с той прошивкой, какая есть — разберёмся.
Вернёмся к плате.
Здесь видим «сердце» осциллографа — аналого-цифровой процессор STM32F103C8T6.
Рядом с ним расположен кварц на 8 МГц; но процессор имеет собственный умножитель частоты и работает на частоте 72 МГц. Это — не много, но зато на низкой частоте и потребление энергии меньше.
Процессор сделан по принципу «всё-в-одном»: ОЗУ и ПЗУ тоже находятся в процессоре. Он же формирует изображение для отправки на дисплей.
Кроме процессора, на плате есть ещё две «микрухи»: флеш-память с последовательным интерфейсом и линейный стабилизатор на 3.3 В, который обеспечивает процессор питанием.
Чтобы окончательно прояснить ситуацию с версией ПО (прошивки), посмотрим на фотку экрана в момент загрузки осциллографа:
Таким образом, осциллограф работает под прошивкой версии 062. Эта версия — не последняя, но довольно отработанная и сильными глюками удивлять не должна.
Тестирование осциллографа DSO150
С механикой и схемой разобрались, переходим к практическому тестированию. Для тестирования использовался генератор FY6800.
Начнём с элементарного и стандартного: синус, 1 кГц, размах 5 В (стандартнее не придумаешь!):
Обращаем внимание сначала на множество параметров, измеряемых осциллографом в реальном времени, прямо по ходу сигнала.
Кроме результатов измерений, осциллограф показывает собственные режимы работы (сверху над осциллограммой и снизу под ней).
Если данные измерений мешают наблюдать форму осциллограммы, то их можно убрать с экрана.
А теперь — заценим точность измерения.
Размах напряжения (Vpp) осциллограф показал в 5.15 В. Это — хороший результат, поскольку укладывается в заявленную погрешность 5%. Правда, при снижении амплитуды сигнала и точность снижается, но это соответствует теории вопроса.
А теперь посмотрим на частоту. Осциллограф показал 973.303 Гц. Для измерения частоты такая точность просто никуда не годится.
Проверка замера частоты при другом масштабе по времени показала гораздо более приличный результат:
Здесь осциллограф замерил частоту абсолютно точно: 1 кГц.
Вероятнее всего, расчет частоты аппарат ведёт примитивно, по числу пересечения сигналом уровня триггера за период, равный наполнению буфера. Чем больше периодов влезает в буфер, тем и замер частоты получается точнее.
Идём далее.
Проверка полосы частот по уровню минус 3 дБ показала результат, примерно соответствующий заявленному в параметрах: около 220 кГц.
Теперь подаём прямоугольник 20 кГц и проверяем фронты:
В целом фронты «прямоугольника» можно оценить, как хорошие. Но есть и интересная особенность: отрицательный фронт — более крутой, чем положительный; который имеет довольно плавное «скругление» вверху.
Аналогичные эффекты будут наблюдаться и на других осциллограммах «классического» ряда:
Теперь перейдём от теории к практике и посмотрим пару реальных осциллограмм.
В качестве объекта испытаний был выбран импульсный блок питания, дающий напряжения + 5 и +12 В с током выхода 3 А по выходу +5 В и 2 А по выходу +12 В.
Напряжение снималось с отвода импульсного трансформатора, идущего к выпрямителю напряжения +5 В.
Вариант 1, блок питания без нагрузки:
Вариант 2, с нагрузкой 1 А по выходу +5 В:
По осциллограммам можно оценить частоту работы преобразователя импульсного блока питания (составила чуть выше 50 кГц) и величину импульсов прямого и обратного хода.
Смотреть частоту сигнала по показаниям измерений самого осциллографа для сигналов такой сложной формы бесполезно — он может показать всё, что угодно (причём вполне законно).
По итогам этой главы надо сказать, что электрические процессы с частотой около 50 кГц — это предел, когда можно реально отследить форму сигнала с помощью этого осциллографа. Для более высоких частот на период сигнала будет приходиться слишком мало отсчетов, чтобы судить о его реальной форме.
Стробоскопический эффект
Пользователи цифровых осциллографов уже, вероятно, знают об этом интересном эффекте. Но тех для любителей и профессионалов, кто пока пользовался только аналоговыми «трубчатыми» осциллографами, это может оказаться новостью.
Кстати, аналоговые осциллографы — это не анахронизм, они до сих пор с успехом производятся и используются. Но, конечно, отсутствие в них математической обработки, а также большой вес и габариты не способствуют их популярности.
Начну подход к проблеме издалека. В Википедии, в статье «Осциллограф», есть интересный пассаж о недостатках цифровых осциллографов (подчёркнут):
Данная проблема (отображение несуществующих сигналов вместо реальных) возникает из-за стробоскопического эффекта.
Возникают стробоскопические эффекты тогда, когда количество отсчетов сигнала на период становится слишком малым.
Согласно классической для радиотехники теореме Котельникова, любой сигнал может быть абсолютно точно восстановлен, если частота его дискретизации хотя бы в два раза превосходит верхнюю частоту в спектре сигнала.
Но это действительно, условно говоря, для сигналов бесконечной длины и после обработки соответствующими алгоритмами, а не в режиме реального времени.
А в режиме реального времени сигнал «теряет форму» настолько серьёзно, что становится совсем не похож сам на себя.
Так, например, показывает наш осциллограф синусоиду с частотой 246 кГц:
Наблюдатель видит на экране несуществующий амплитудно-модулированный сигнал. На самом же деле на осциллограф подана чистейшей воды синусоида.
Иногда даже опытные обзорщики пишут, что на высокой частоте какой-либо осциллограф показывает сигнал с испорченной формой, скачущей амплитудой и т.п. На самом же деле такое отображение сигнала может быть вполне законным с физической и даже с геометрической точки зрения.
Поскольку при переключении на осциллографе масштаба по оси времени меняется и его частота семплирования, то пользователь может увидеть эти эффекты и на довольно низких частотах.
Например, следующая осциллограмма сделана при частоте прямоугольного сигнала 124 кГц; но из-за того, что частота семплирования при масштабе 0.2 мс/деление снизилась до 50 кГц, сигнал на экране выродился в прямоугольник с частотой 1 кГц:
Наблюдателю будет казаться. что он видит прямоугольный сигнал с частотой 1 кГц; и только неестественно-затянутые для такой частоты фронты будут подсказкой, что «что-то здесь не так».
Существование этого эффекта надо учитывать при работе с цифровыми осциллографами (т.е. правильно подбирать параметры горизонтальной развёртки).
Этот эффект может использоваться и с пользой: существуют специальные стробоскопические осциллографы для исследования периодических процессов на СВЧ, но это уже далеко не «общегражданские» приборы.
Заключение
Протестированный осциллограф — один из самых дешевых, такие обычно называют «игрушками» или «показометрами».
Тем не менее, он может использоваться и в серьёзных целях, если не ставить для него невыполнимых задач.
Например, для проверки и настройки усилителей класса D он не подойдёт: там частота импульсов ШИМ начинается от 400 кГц.
Зато для работы с «обычными» усилителями (класса A или AB) почти никаких препятствий нет; разве что он может не показать самовозбуждение усилителя, если оно случилось на высокой частоте.
Также можно использовать для работы с импульсными блоками питания с частотой ШИМ до 50 кГц ( а это, правда, не всегда бывает так; иногда даже в типовых контроллерах повербанков частота может быть до 100 кГц).
Одним словом — он подходит для работы с низкочастотными устройствами.
Из обнаруженных проблем прошивки надо отметить некорректную автоматическую установку уровня триггера при длительном удержании кнопки TRIGGER (уровень устанавливается не точно посередине размаха сигнала, а примерно на 10% от величины размаха выше).
Вторая проблема — «перевёрнутая» работа энкодера: происходит увеличение регулируемого параметра при вращении против часовой стрелки и уменьшение — по часовой. Привыкнуть к этому сложно, но можно.
И ещё надо отметить аппаратную проблему — нестандартное напряжение питания (9 В). У каждого из нас валяется дома гора стандартных адаптеров на 5 В; а на 9 В вряд ли у кого завалялось.
Как быть? Можно купить адаптер на 9 Вольт, можно подключить батарейку или аккумулятор на 9 Вольт («Крона»), можно приобрести DC-DC преобразователь с 5 В до 9 В, можно (кому не лень) встроить аккумулятор внутрь осциллографа (как описывают на форумах). Выход есть!
Описанный в обзоре осциллограф приобретён на Алиэкпресс здесь.
Спасибо за внимание!
В наше время многие увлекаются различными ардуинами и делают свои подобия умных домов со множеством исполняющих устройств и часто сталкиваются с проблемой наблюдения различных сигналов в динамике, особенно при управлении яркостью подсветки или скоростью вращения всяких двигателей. Для этих целей, конечно же, лучше подойдет полноценный осциллограф, но это решение довольно дорогостоящее и часто сугубо стационарное. Я увлекаюсь модификацией фонариков, и в один прекрасный момент я решил обзавестись осциллографом для модификации и разработки их драйверов. Так как частоты управляющих ШИМ-сигналов в драйверах обычно невелики (от 200Гц до 100КГц), я решил попробовать самый бюджетный вариант — компактный портативный DSO150, характеристики которого хорошо подходят к моим требованиям.
Характеристики
- Количество каналов: 1
- Частота дискретизации: 1 миллион выборок в секунду
- Полоса пропускания: 0-200Кгц
- Входной импеданс: 1МОм, 20пФ
- Тип входа: GND, DC, AC
- Диапазон измерения: 5мВ/дел — 20мВ/дел
- Максимальное входное напряжение: 50В
- Размер буфера: 1024
- Режим синхронизации: авто, нормальный, одиночный
- Триггер: по нарастанию/спаду фронта
- Дисплей: цветной, 320×240, диагональю 2.4 дюйма
- Погрешность: 5%
- Контроллер: STM32F103C8
- Габариты: 105x75x22мм
- Вес: 100г
Здесь уже было несколько обзоров DSO150, мой вариант отличается комплектацией: помимо уже собранного осциллографа в комплекте с ним идут 2 пробы (стандартные крокодилы и P6100), а так же сетевой блок питания на 9В.
Распаковка
Приехал осциллограф ко мне без какой-либо коробки. Вообще DSO150, как и более дешевая бескорпусная версия DSO138, позиционируется как DIY набор для самостоятельной сборки, но на странице товара у продавца можно выбрать несколько вариантов, в том числе можно заказать полностью готовое устройство. Никакого желания сидеть и запаивать каждый резистор у меня не было, поэтому я выбрал готовый вариант, в комплекте с которым еще идут блок питания и проба P6100:
Разъем пробы — такой же BNC:
Щуп:
На пробе имеется делитель на 1X-10X, что позволяет расширить предел максимального напряжения до 500В:
В колпачке пробы имеется подпружиненный крючок, с помощью которого удобно цепляться к проводам и контактам:
Блок питания с китайской вилкой:
Характеристики: напряжение 9В, ток 1А, центральный контакт — плюсовой:
Сам осциллограф работает в диапазоне входных напряжений 8-10В и потребляет при этом около 130мА.
DSO150 лежал в антистатическом пакете вместе с парой страниц инструкции, стандартной пробой в виде крокодилов и пакетиком с саморезами. Да, под «полностью готово» подразумевались только платы, затолкать все это великолепие в корпус все же придется самому. Платы:
На дисплее есть защитная пленка, на задней его части имеются полоски двухстороннего скотча:
В инструкции подробно и в картинках расписан каждый этап сборки и настройки осциллографа. В моем случае этап сборки полностью пройден за меня, нужно лишь закрепить платы в корпусе с помощью комплектных саморезов и настроить форму сигнала подстроечными конденсаторами. Так выглядит 1КГц меандр со встроенного генератора до всех настроек:
А так после:
Настройка осуществляется с помощью пары подстроечных конденсаторов, доступ к которым обеспечивается через вырезы на плате:
В предыдущих версиях DSO150 этих вырезов не было, доступ к конденсаторам осуществлялся перестановкой первой платы. Вид осциллографа после сборки:
На экран я наклеил матовую защитную пленку. Элементы управления на лицевой части: 4 кнопки и энкодер. Каждая кнопка выполняет 2 действия в зависимости от характера нажатия (короткое/длительное).
V/DIV: короткое нажатие переводит в режим выбора чувствительности, длительное — устанавливает ноль.
SEC/DIV: короткое нажатие переводит в режим выбора горизонтального разрешения (сек/дел), длительное — переводит вид в центр буфера.
TRIGGER: короткое нажатие — выбор режиме триггера (AUTO, NORM, SING) и уровня (по фронту/спаду), длительное — устанавливает уровень триггера в среднее значение амплитуды.
OK: короткое — включает заморозку сигнала (HOLD), длительное — скрывает/отображает параметры сигнала.
Выбор значений осуществляется вращением ручки энкодера. Короткий клик энкодером сохраняет введенное значение, длительное удержание — переводит в режим выбора напряжения встроенного генератора (0.1В/3.3В).
Одновременное зажатие SEC/DIV+TRIGGER приводит к сбросу до заводских настроек.
На тыльной стороне ничего нет:
На верхней стороне расположен входной BNC разъем, контактное ушко встроенного генератора и переключатель режима входа (GND/DC/AC):
На нижней стороне только вход питания и выключатель:
Впечатления
Тру-электронщикам возможности данного осциллографа покажутся слишком слабыми, но для моих низкочастотных задач — самое норм. На частотах свыше 100КГц форма меандра начинает искажаться и превращается в синусоиду ближе к 200КГц))) В целом, DSO150 меня порадовал, шумы практически отсутствуют:
Помимо, собственно, графика сигнала на экране можно включить отображение параметров сигнала:
Наводки от сети 50Гц на теле:
ШИМ сигнал с драйвера фонаря в разных режимах яркости:
Какие плюсы у DSO150? Главные козыри — цена, портативность и низковольтное питание. По сравнению с полноценными осциллографами это все же полу-игрушка, но тем не менее даже с ее помощью можно решать некоторые задачи. Переделка на питание от аккумулятора достаточно тривиальна, поэтому приложив немного усилий можно получить очень компактный автономный осциллограф.
Переводим на литий
Питание от внешнего источника — самый главный недостаток данной модели, но с помощью аккумулятора от телефона и небольшого повышающего модуля на MT3608 эту ситуацию можно исправить. В корпусе осциллографа идеально умещается аккумулятор BL-4U от Nokia, при этом вообще не нужно ничего подрезать и подпиливать:
Повышайку на MT3608 нельзя оставлять постоянно подключенной к аккумулятору, потому что на холостом ходу она потребляет около 1мА и будет его высаживать. Для отключения модуля задействуем уже имеющийся выключатель, и чтобы это сделать нам необходимо перерезать 2 дорожки, а затем зачистить маску на одной из них для подпайки провода:
Повышающий модуль я собрал сам на коленке, ибо заводских у меня не было, зато были дроссели и сами микросхемы:
Схема:
Сверлить отверстия и соединять землю со вторым слоем не стал, хотя по-правильному надо было бы. Изначально я поставил дроссель CD32, но он сильно грелся, поэтому позже я заменил его на CD47. Резисторы: R1 — 43 КОм, R2 — 3 КОм, с такими номиналами теоретическое напряжение на выходе — 9.14В, на практике:
Вполне сойдет, конденсаторы поставил по 22 мкф.
Дальше подпаиваем провода к дорожкам выключателя, заодно не забываем накинуть на ногу AMS1117 питание с диода:
Да, получилось немного грязновато — тыкал обычным USB паяльником с канифольным припоем) Дальше приклеиваем к плате осциллографа и подключаем модуль зарядки лития:
Затем приклеиваем аккумулятор с повышающим модулем и подключаем провода. Общий вид с еще пока не подключенным ко входу осциллографа повышающим модулем:
Влезло все идеально, прямо миллиметр в миллиметр, не пришлось ничего подпиливать или ломать:
Вход для зарядки:
Общий вид:
Готово! Теперь у нас есть полностью автономный карманный осциллограф, батарейка имеет реальную емкость около 800мА/ч, хватает ее примерно на 3 часа полноценной работы, после преобразователь перестает справляться, и появляются шумы. Но даже такая автономность лучше, чем никакая, не правда ли?)
Доставка
Осциллограф заказывался на Taobao через посредника yoybuy. Доставка всего заказа вышла в $20, в пересчете цена за осциллограф вышла примерно в $30.
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.
Осцилло́граф (лат. oscillo — качаюсь + греч. γραφω — пишу) — прибор, предназначенный для исследования (наблюдения, записи, измерения) амплитудных и временны́х параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, либо непосредственно на экране, либо записываемого на фотоленте. Один из важнейших приборов в радиоэлектронике.
Википедия.
Моим первым осциллографом был радиолюбительский Н3015, произведённый в СССР в 1985 году. Со временем, у него отказала часть вертикальной отклоняющей системы. Затем была попытка создания самодельного цифрового осциллографа на основе микроконтроллера STM32 с цветным LCD-дисплеем. Проект частично работает, но был заброшен из-за нехватки времени. Может как-нибудь о нём напишу потом статью.
И вот недавно на Aliexpress я стал присматриваться к недорогим наборам для самостоятельной сборки осциллографа. Среди множества моделей я остановился на DSO150 от компании JYE Tech.
Покупал я его на Aliexpress. Найти можно его по этой ссылке. На момент покупки он стоил 1320 руб.
Замечание
У меня ревизия 05. На момент написания статьи уже появилась ревизия 06. В устройство могут вноситься различные изменения и коррективы, поэтому внимательно изучайте свою инструкцию перед сборкой.
Распаковка
Пришёл осциллограф вот в такой коробочке из довольно плотного картона. Испытание почтой она выдержала отлично. На коробке отметка «15001K». Буква «K» означает, что это кит для самостоятельной сборки. Набор 15002K отличается от 15001K нераспаянными SMD элементами. Ещё есть 15003K — он без корпуса.
Содержимое коробки:
- корпус;
- две платы + дисплей;
- маленькая плата для установки энкодера;
- набор радиодеталей;
- щупы (крокодилы);
- две инструкции;
- электрическая схема.
Корпус пластиковый, состоит из пяти частей: лицевой части, лицевой рамки (на фотографии они соединены), задней части, нижней и верхней торцевых частей:
Радиодетали:
- BNC-разъём;
- металлический контакт для выхода тестового сигнала;
- конденсаторы;
- конденсаторы электролитические (100µF 16V);
- резисторы;
- плата для энкодера;
- энкодер;
- двухконтактный разъём для подключения аккумулятора;
- два переключателя;
- три гребёнки контактов;
- два подстречных конденсатора (5-30 pF);
- 4 кнопки.
Плата с аналоговой частью. Здесь уже распаяны SMD конденсаторы, резисторы и микросхемы:
Цифровая часть. Здесь ещё дополнительно распаяны стабилизатор напряжения, разъём питания, кварц, колодка под гребёнку контактов, дисплей:
Сборка
1. Для начала убеждаемся, что основная часть у нас работает и не повреждена. Для этого подаём питание 9 вольт на круглый разъём (центральный контакт — плюсовой). Если всё нормально, то мы должны увидеть загрузку, логотип, а затем картинку с сигналом, как на следующей фотографии. Если этого не произошло, то необходимо либо поднимать вопрос о возврате с продавцом, либо связаться с изготовителем для исправления самостоятельно. У меня всё заработало сразу:
2. Впаиваем контакт выхода тестового сигнала (J8).
3. Впаиваем разъём для питания от аккумулятора (J6).
4. Выключатель питания (SW5).
5. Впаиваем гребёнку из 4-х контактов (J2).
6. Кнопки (SW1-4).
7. Теперь необходимо убрать резистор R30 с основной платы (выпаять паяльником, либо аккуратно выломать плоскогубцами). Он был нужен для подачи питания в обход выключателя при первоначальной проверке платы:
Теперь снова подаём питание и убеждаемся, что выключатель и все кнопки функционируют нормально.
Сборка основной платы закончена. Теперь аналоговая часть.
1. Впаиваем резисторы. Внимательно проверяем номиналы по полоскам и лучше при этом вооружиться мультиметром.
| R1 | 510 KΩ |
| R2 | 5.1 MΩ |
| R3 | 1.2 MΩ |
| R4 | 11 KΩ |
| R5, R6, R14 | 1 KΩ |
| R7 | 300 Ω |
| R8, R13, R16 | 150 Ω |
| R9 | 91 Ω |
| R10 | 30 Ω |
| R11, R12 | 15 Ω |
| R15 | 680 Ω |
| R26, R27 | 120 Ω |
2. Впаиваем конденсаторы. Сверяемся с маркировкой.
| C1 | 0.1 µF |
| C2 | 330 pF |
| C4 | 1 pF |
| C6, C7 | 120 pF |
3. Два подстроечных конденсатора.
4. Переключатель режимов (SW1).
5. Электролитические конденсаторы.
| C10, C11, C12, C13, C14 | 100 µF / 16V |
6. Впаиваем BNC коннектор. Тут потребуется мощный паяльник, чтобы хорошо прогреть место крепления к плате.
7. Две гребёнки контактов 2×5 (J2, J3).
Обе платы собраны и теперь выглядят вот так:
Впаиваем энкодер в его небольшую плату. Тут нужно быть внимательным и не перепутать сторону. Иначе ничего не заработает.
Проверка и калибровка
Аккуратно собираем лицевую часть. Для этого вставляем LCD дисплей в лицевую панель, затем главную плату. Вставляем плату с энкодером, прикручиваем её и припаиваем к основной плате.
Теперь соединяем плату с аналоговой частью и основную плату через разъёмы указанные на фото:
Подключаем питание 9 вольт. Переключатель AC/DC/GND переводим в положение GND. Включаем питание выключателем ON/OFF и замеряем напряжения. Они должны соответствовать указанным в инструкции.
Подключаем красный щуп к выходу тестового сигнала. Нажимаем на энкодер (ADJ) и держим 3 секунды, пока в левом нижнем углу дисплея не появится надпись «T.S. Amp»:
Коротким нажатием на энкодер устанавливаем значение напряжения тестового сигнала в 0.1V. Затем нажатиями кнопки V/DIV устанавливаем выделение на индикатор напряжения в левом нижнем углу. Поворотом энкодера устанавливаем там значение 50mV.
Теперь нажимаем кнопку TRIGGER до тех пор, пока уровень триггера (стрелочка справа) не окрасится в голубой цвет. После этого крутим энкодер и устанавливаем его так, чтобы уровень триггера был между максимальным и минимальным значениями сигнала. Это стабилизирует картинку.
Теперь берём маленькую отвёртку и крутим конденсатор C3. Необходимо как можно точнее приблизить изображение сигнала к прямоугольной форме.
Затем нажимаем на энкодер и устанавливаем напряжение тестового сигнала 3.3V. Теперь крутим конденсатор C5.
На этом калибровка окончена. Можно всё собрать в корпус.
Обзор и тестирование
Характеристики осциллографа:
| Максимальная скорость оцифровки сигнала (частота дискретизации) | 1 млн/с |
| Аналоговая полоса пропускания | 0 — 200 кГц |
| Диапазон чувствительности | 5 мВ/дел — 20 В/дел |
| Максимальное входное напряжение | 50 Vpk |
| Входное сопротивление и ёмкость | 1 MΩ / 20 pF |
| Разрешение | 12 бит |
| Длина буфера | 1024 точки |
| Диапазон времени | 500 с/дел — 10 мкс/дел |
| Режимы триггера | Авто, нормальный, один замер |
| Позиция триггера | Центр буфера |
| Питание | 9 В / DC (8 — 10 В) |
| Ток потребления | ~120 мА @ 9 В |
| Размеры | 105 x 75 x 22 мм |
| Масса | 100 г (без щупов и блока питания) |
| Дисплей | 2.4″ TFT LCD 320×240 |
В качестве микроконтроллера используется STM32F103C8T6. Усилением сигналов в аналоговой части занимаются операционные усилители серий TL082 и TL084. А за переключение резисторных делителей отвечают аналоговые мультиплексоры 74HC4053 и 74HC4051. Судя по схеме, используется аппаратный контроль триггера. За это отвечает ОУ, включенный в режиме компаратора. Уровень сигнала для сравнения задаётся через ШИМ с микроконтроллера. Отрицательное напряжение для питания операционных усилителей и мультиплексоров генерируется преобразователем ICL7660.
В качестве источника питания я сначала выбрал сетевой блок питания 9 вольт. Но так как осциллограф позиционируется как портативный, то логично было бы подключить к нему аккумулятор. Вот тут возникают определённые трудности. У меня в наличии имеется трёхбаночный LiFePO4 аккумулятор. В полностью заряженном состоянии его напряжение составляет 10.95 В, что довольно много. Разрядив до допустимых 10 вольт, я попробовал подключить его. И увидел сильные всплески сигнала в отрицательном напряжении. Постепенно разряжая аккумулятор, удалось добиться нормальной работы только при напряжении меньше 9.3 В. Но тут возникает другая проблема: довольно быстрое снижение напряжения аккумулятора (основной его рабочий диапазон находится в районе 9.9 В). По этой причине я хочу заказать повышающий DC-DC преобразователь, поставить одну-две банки 18650 и выставить выходное напряжение 9 вольт.
Осциллограф действительно маленький, легко помещается в руке. Но при этом это полноценный прибор, с возможностью отображения осциллограммы, замера частоты, напряжения и других параметров.
На передней панели располагается цветной LCD дисплей диагональю 2.4 дюйма. Подсветка достаточно яркая, все элементы интерфейса видно хорошо. Ниже располагаются 4 кнопки и ручка энкодера.
Функции кнопок:
| Кнопка | Функция | При долгом нажатии |
|---|---|---|
| V/DIV | Выбор чувствительности (вольт на деление). Вертикальная позиция сигнала. |
Калибровка нуля (необходимо перевести переключатель AC/DC/GND в положение GND). |
| SEC/DIV | Выбор времени (секунд на деление). Перемещение сигнала по горизонтали. |
Переход в центр буфера |
| TRIGGER | Выбор режима триггера (Auto, Normal, Single). Уровень триггера. Выбор типа триггера (по фронту, по спаду). |
Установка уровня триггера по среднему значению амплитуды сигнала. |
| OK | Включение режима HOLD («заморозка» сигнала). | Включение/выключение замеров. |
| ADJ | Изменение выбранного параметра. | Выбор напряжения тестового сигнала. |
| OK + TRIGGER | Сохранение текущего сигнала в EEPROM | |
| OK + SEC/DIV | Отображение сохранённого сигнала из EEPROM | |
| SEC/DIV + TRIGGER | Восстановление заводских настроек |
Снизу располагается разъём и выключатель питания. Отверстие для выведения провода подключения аккумулятора не предусмотрено. При необходимости его нужно будет просверлить самостоятельно.
Сверху находятся: разъём BNC для подключения щупов, выход тестового прямоугольного сигнала (0.1 В или 3.3 В, 1 кГц), и переключатель AC/DC/GND. В положении AC отфильтровывается постоянная составляющая сигнала, в положении GND входной контур замыкается на землю.
Основная площадь дисплея поделена на 12 делений по горизонтали и 8 делений по вертикали. Осциллограмма изображается жёлтой линией. Слева находится стрелка — указатель нулевого уровня. Справа — указатель уровня триггера.
Сверху отображается статус осциллографа (Running / HOLD), горизонтальная позиция в буфере, состояние триггера.
Состояний триггера три:
- Holdoff — триггер выключен до тех пор, пока буфер не заполнен до точки его запуска.
- Waiting — ожидание необходимого фронта волны.
- Trigged — сигнал зарегистрирован.
Если установлен режим времени 50 мс/дел и медленнее и при этом режим триггера AUTO, то триггер автоматически переходит в статус Holdoff с постоянным движением осциллограммы справа налево.
В нижней части дисплея отображается чувствительность, род тока (AC/DC), режим времени, режим триггера, тип триггера (по фронту или по спаду).
Для тестирования я воспользовался программой для смартфона «Function Generator» от Keuwlsoft. Скачать можно в Google Play.
Синус 100 Гц:
Вот такая хорошая синусоида. Включим отображение замеров:
Обратите внимание на очень точное определение частоты.
Треугольник 100 Гц:
Прямоугольник 100 Гц. Тут скорее всего перекос из-за конденсаторов в выходном аудиотракте смартфона:
Синус 440 Гц:
Треугольник 440 Гц:
Прямоугольник 1 кГц:
Треугольник 1 кГц:
Пила 1 кГц:
Попробуем частоты повыше. 20 кГц:
Теперь подаём сигнал со звуковой карты компьютера. 40 кГц:
80 кГц:
А это ШИМ сигнал с ардуины:
Теперь подробнее об измеряемых параметрах. Лучше всего их описывает вот эта картинка (найдено на сайте http://www.rfcafe.com/references/electrical/sinewave-voltage-conversion.htm):
- Freq — частота;
- Cycl — период;
- PW — ширина импульса (Pulse Width);
- Duty — заполнение ШИМ в %;
- Vmax — макимальное напряжение;
- Vmin — минимальное напряжение;
- Vavr — среднее напряжение;
- Vpp — амплитуда сигнала (Vmax — Vmin);
- Vrms — эффективное значение напряжения переменного тока. Среднеквадратичное значение синусоидальной волны представляет собой значение постоянного напряжения, которое обеспечивало бы такое же количество тепла в нагревательном элементе.
В общем, очень неплохой осциллограф за свои деньги. Свои задачи выполняет полностью. Собирается довольно легко, нужны только минимальные навыки владения паяльником.
Предупреждение!
Автор не несёт ответственности за возможную порчу оборудования. Всё, что вы делаете — вы делаете на свой страх и риск!
Update:
Пока писал эту статью, вздулся аккумулятор который у меня был подключен к осциллографу. Собственно от этого напряжение и падало быстро. Теперь точно куплю двухбаночный LiPo и DC-DC step up.
