Специальные функции, о которых полезно знать

За последние пару десятилетий осциллографы приобрели иные очертания по сравнение с более старыми аналогами; добавилось и несколько дополнителоних функций и возможностей. И, хотя в рутинной работе без них вполне можно обойтись, с ростом опыта часто обнаруживается, что такие специальные функции очень удобы и облегчают жизнь. Среди наиболее востребованных можно назвать следующие.

> Ждущая развертка: при детальном анализе небольших участков протяжённости во времени и сложного сигнала часто возникает необходимость увеличить и исследовать какую-то его часть. Особенно полезна функция ждущей развертки при работе с телевизионными сигналами.

> Цифровое ЗУ: позволяет сохранять сигналы в цифровой памяти и выводить их на экран в любое удобное время. Сохранив сигнал, его можно растянуть, исследовать какой-то конкретный участок и т.п. Опять же, данная функция особенно востребована при ременте телевизионных приемников. Цифровые запоминающие осциллографы часто позволяют сравнивать сигналы между собой, пусть даже измерения были проведены в разные моменты времени.

Как водится, все эти дополнительные функции стоят денег. Так что всегда нужно уметь балансиронать между ценой и функциональностью прибора.

 

Ручной осциллограф

При работе в полевых условиях ничто не сравнится с портативным ручным осциллографом. При размерах, лишь немного превышающих карманные компьютеры из фантастических сериалов типа "Звездного пути", он обеспечивает практически все основные функции настольного осциллографа, но при этом питается от батареек. Его экран сделан на основе ЖК-индикатора и, хотя он меньше, чем у его стационарного аналога, столь же читабелен и функционален.

Ручной осциллограф практически незаменим, если нужно много бегать, но, к сожалению, просто не может быть столь же функционален, как его огромный настольный аналог. Если все же вопрос выбора стоит как никогда остро, то брать ручную модель рекомендуется лишь тогда, когда во главе угла стоит портативность.

 

Осциллограф на базе ПК

Такой прибор не имеет собственного экрана вообще. Вместо этого, он использует монитор персонального компьютера (как настольного, так и ноутбука) для отображения и хранения измеряемых электрических сигналов. Большинство осциллографов на базе ПК внешне представляют собой совсем небольшую плату или компактный внешний модуль. Этот модуль подключается к компьютеру через параллельный, последовательный или USB-порт. В случае если производитель разработал осциллограф в виде платы расширения, его нужно вставить в соответствующий разъем на материнской плате.

Чаще всего осциллографы на базе ПК стоят значительно меньше, чем аналогичные по функциональности настольные приборы. Кроме того, они используют функции самого ПК: возможность хранения сигнала в памяти или печать. К сожалению, по сравнению с теми же настольными осциллографами, компьютерные имеют один серьезный недостаток: обязательно нужно иметь доступ к ПК.

 

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 ремонт 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.

Другой важной характеристикой осциллографа является разрешающая способность. Разрешающая способность осциллографа представляет собой меру его точности. По оси X, или абсцисс (горизонтальной), прибора откладывается время, а по оси Y, или ординат (вертикальной), — напряжение. Так, разрешающая способность по оси абсцисс определяется усилителем горизонтальной развертки осциллографа.

Для большинства имеющихся на рынке приборов эта величина составляет 0,5 мкс (миллионных доли секунды!) или даже меньше. Время развертки можно настроить и [другую сторону, так что становится возможным анализировать сигналы, длитель-сть которых достигает 0,5 или 1 секунды. Обратите внимание на то, что осциллограф показывает и более короткие, чем 0,5 мкс сигналы, но на экране они выглядят осто как короткие пики напряжения.

Чувствительность осциллографа по напряжению определяется разрешением прибора оси Y. Нижний предел напряжений, измеряемых большинством средних по стоимости функциям осциллографов, составляет, как правило, 5 мВ (тысячных вольта). Чувствительность прибора устанавливается рукояткой на передней панели. Если установить переключатель в положение 5 мВ, то это значит, что каждая клетка экрана осциллографа дет соответствовать этой величине. Напряжения меньше 5 мВ также можно различить нa глаз, но измерить точно их уже не удастся. Напряжения еще меньших амплитуд будут различимы на экране только как мелкая рябь на поверхности линии.

 

Вся подноготная осциллографа

Хотя с помощью осциллографа можно выполнять огромный объем работ, научиться юльзоваться им совсем просто; нужно знать всего пару особенностей.

Изучите краткую инструкцию, необходимую для измерения осциллографом уровня постоянного напряжения.

 

1. Прикрепите ко входу осциллографа выводы (щупы). Внимание: некоторые осциллографы имеют несколько входов, или каналов. Пока что предположим, что мы имеем дело с одноканальным прибором.

 

2. При помощи ручки "Вольт на деление" установите диапазон амплитуды напряжения. К примеру, если уровень тестируемого напряжения предполагается в районе 0-5 В, то удобнее всего анализировать сигнал, установив переключатель в положение 1 В/деление. В таком положении каждой клетке сетки на экране осциллографа соответствует амплитуда 1 В.

 

3. При помощи ручки "Развертка" или "Время на деление" установите диапазон временной развертки. Длительность той части сигнала, которая отображается на экране осциллографа, называется временным интервалом. Чем короче этот интервал, тем меньшую часть сигнала видно на экране, и наоборот — увеличив развертку, можно видеть более длительные сигналы.

Если же речь идет о сигнале постоянного тока, то временная развертка не играет никакой роли, поскольку такой сигнал не изменяется во времени (во всяком случае, значительно). Для отображения основной массы измеряемых сигналов достаточно установить какой-нибудь средний диапазон развертки — например, 1 мс на деление (1 тысячная секунды).

 

4. Выберите тип сигнала — переменного или постоянного тока (с постоянной составляющей) — и нужный канал. Канал нужно (и можно) выбирать только в случае, если осциллограф имеет несколько каналов.

 

5. Большинство осциллографов имеет контроль синхронизации. Если ваш прибор также имеет данный переключатель, нужно установить его в положение "Авто".

 

6. Соедините земляной (общий) вывод осциллографа с землей схемы.

 

7. Поставьте второй щуп осциллографа в точку, где измеряется сигнал (см. рис. 10.8).

 

8. Проанализируйте форму сигнала на экране прибора. Если осциллограф не отображает параметры сигнала в цифровом виде, то необходимо самостоятельно пересчитать амплитуду и период сигнала, исходя из текущих масштабов шкал.

 

При тестировании переменных напряжений малой амплитуды или пульсирующих цифровых сигналов ручки управления (развертка и амплитуда на деление) нужно выставить так, чтобы видеть на экране два-три периода сигнала. Не переживайте по поводу того, чтобы сразу найти адекватный масштаб — со шкалой можно экспериментировать как угодно, пока не получите нужное изображение сигнала.

 

Не пытайтесь тестировать переменное напряжение из электрической сети переменного тока, как минимум до тех пор, пока не приняты все меры предосторожности. Эти меры обычно детально описаны в руководствах по эксплуатации. Предположим, что ваш осциллограф будет использоваться только для целей тестирования постоянных или переменных напряжений с малыми амплитудами, например сигнала с микрофона. Если же присоединить осциллограф прямо к сети переменного напряжения 220 В, вы не только угробите ценный прибор, но еще и рискуете расстаться с жизнью!

 

Что значат все эти бегущие линии

Принцип работы осциллографа заключается в визуальном отображении электрических сигналов. По вертикальной оси откладываются напряжения сигналов (их еще называют амплитудами), а по горизонтальной оси — время. Сигнал на экране прибора всегда отображается слева направо, т.е. в этом направлении идет временная шкала — в общем, все, как в книжных диаграммах.

Основным предназначением осциллографа является возможность изучения формы сигнала. Некоторые сигналы бывают сложными, другие же, наоборот, весьма незамысловато меняются во времени. (Кратко сигналы и их формы описаны в главе 1.) Формы четырех наиболее распространенных сигналов изображены на рис. 10.9; именно с ними чаще всего приходится сталкиваться радиолюбителю, и потому он просто обязан

знать, что они значат сами по себе.

 

> Постоянное напряжение (напряжение постоянного тока). Прямая горизонтальная линия. Единственным важным ее параметром является амплитуда, т.е. уровень сигнала над осью X.

 

> Сигналы переменного тока. Форма сигнала, изображенного на рисунке, называется синусоидой. Она является наиболее распространенным видом переменного сигнала (подробнее о синусоиде см. главу 1). Изображенный сигнал непрерывно изменяется во времени, но может также иметь любую частоту. Некоторые синусоиды изменяются довольно медленно — скажем, с частотой 50 Гц, как в электросети стран Старого Света, частота других же может достигать миллионов и даже миллиардов герц.

 

> Цифровые сигналы. Они представляют собой сигналы с переменной амплитудой, которая может иметь лишь два значения: низкий уровень (0 В) и высокий (напряжение источника питания). Цифровая схемотехника интерпретирует сигнал по частоте и по заполнению периодов импульсами. Так, компьютер перекачивает файлы с подключенной к нему цифровой камеры именно в виде подобных сигналов. Частота цифровых сигналов также может быть очень большой, обеспечивая высокую скорость передачи данных за короткий промежуток времени.

> Импульсные сигналы. Они представляют мгновенные перепады уровней напряжения между состояниями логических единицы и нуля. Большинство импульсных сигналов являются цифровыми и часто служат для контроля времени, как стартовый пистолет на стадионе перед забегом. Как только судья делает выстрел из пистолета (начинается импульс), какие-то узлы и компоненты схемы начинают работать и, быть может, генерировать новые сигналы.

 

Так когда же нужно использовать осциллограф?

При тестировании уровней напряжения, или амплитуд сигналов, можно практически равноценно использовать как осциллограф, так и мультиметр. Выбор средства измерения, в конечном счете, остается за человеком, хотя, как правило, пользоваться тестером все же легче и даже несколько приятнее. В целом, можно запомнить ситуации, когда использование осциллографа явно предпочтительнее, а точнее, даже не имеет альтернатив.

 

> Визуальное определение временных параметров переменных сигналов. Поведение переменных сигналов во времени часто играет важную роль, особенно в телевизионных и радиосистемах. Даже в сервисных инструкциях и на принципиальных схемах, которые иногда попадаются в комплекте с каким-либо устройством, как правило даются примеры того, как должны выглядеть осциллограммы в тех или иных узлах. Весьма удобно, надо сказать!

 

> Тестирование пульсирующих сигналов, частота которых слишком высока для логического пробника. Как правило, такие сигналы изменяются со скоростью 5 миллионов раз в секунду (5 МГц) и более.

 

> Визуальное тестирование синхронизации пары сигналов по времени. При использовании двухканальных приборов становится возможным одновременно наблюдать за двумя разными сигналами, причем сравнивая их временные параметры по одинаковой шкале; это бывает очень полезно при работе с некоторыми типами схем. К примеру, один сигнал может включать какой-то узел, в результате чего должен генерироваться другой сигнал. В общем, такие ситуации встречаются сплошь и рядом, и возможность наблюдать за двумя сигналами сразу позволяет увидеть, правильно ли функционирует схема. (Особенно данная функция полезна при синхронизации одним сигналом другого или их обоих третьим сигналом, т.е. когда временные параметры пары сигналов должны четко коррелировать друг с другом. — Примеч. ред.)

 

> Измерение напряжений. Если осциллограф включен и под рукой, то можно посмотреть амплитуду сигнала прямо на экране, не отвлекаясь на то, чтобы включить и настроить мультиметр, хотя последний тоже очень удобен.

 

Ну, и, напоследок, приведем перечень тех тестов, для которых не стоит зря щелкать осциллографом, потому что в некоторых случаях он окажется бесполезен.

 

> Измерение сопротивления цепи.

> Определение короткого замыкания (сопротивление 0 Ом) или разрыва цепи (бесконечное сопротивление).

> Измерение тока. (Не считая косвенного измерения тока с помощью резистора (см. главу 7). — Примеч. ред.)

> Измерение напряжений и параметров электронных компонентов, таких как конденсаторы и транзисторы.

 

Подготовка осциллографа к работе: тестируем – три, два, один!

Итак, надеемся, что, прочитав первую часть главы, вы уже хоть немного представляете, что такое осциллограф и для чего он предназначен. В следующих разделах мы покажем вам пару практических тестов, которые продемонстрируют возможности осциллографа в рутинной работе. После этих практических уроков уже ничто не помешает вам стать настоящим профессионалом "осциллографических дел".

 

Настройка и предварительное тестирование

Перед тем как приступить непосредственно к работе с осциллографом, необходимо установить органы его управления в нормальные или нейтральные положения. Затем нужно откалибровать прибор, используя встроенные средства, и только потом можно будет браться за работу.

Давайте запишем те шаги, которые нужно предпринять для настройки осциллографа. Чтобы уточнить названия ручек и кнопок на передней панели осциллографа, можно всегда вернуться к рис. 10.6, парой страниц выше. Не забывайте, что каждый осциллограф может чем-то отличаться от изображенного образца, а органы управления разных моделей могут иметь разные наименования.

 

1. Включите осциллограф. Если экран осциллографа имеет ЭЛТ, то нужно дать время прибору прогреть трубку до тех пор, пока на экране не появится точка или линия.

2. Установите ручку развертки времени в положение 1 мс/дел. Такое значение представляет золотую середину для калибровки прибора.

3. Установите ручку "Вольт/деление" в положение 0,5 В/дел. Эта величина напряжения также близка к оптимальному значению для проведения начальной калибровки прибора, учитывая, что дело чаще всего приходится иметь с низковольтными схемами постоянного тока.

4. Установите ручку контроля синхронизации в положение "Авто" (или посередине, если осциллограф не имеет функции автоматического выбора источника синхронизации). Выберите внутреннюю синхронизацию и тип сигнала — переменного тока (без постоянной составляющей).

5. Ручки выбора положения луча (вверх/вниз и вправо/влево) установите в положение "Авто"; если имеющийся осциллограф не поддерживает функции автоподстройки изображения, то установите их таким образом, чтобы видеть на экране луч.

6. Подсоедините ко входу прибора выводы с металлическими щупами. Если осциллограф имеет два канала (т.е. два входа), то используйте канал А.

7. Установите переключатель типа сигнала в положение GND (земля), если осциллограф имеет такое положение. На некоторых образцах осциллографов этот переключатель может называться "Развязкой сигналов".

8. Подключите земляной щуп тестового вывода к специальному контакту с заземлением на корпусе прибора (рис. 10.10). Если осциллограф не имеет специального гнезда заземления, подключите зажим щупа к любой открытой (неокрашенной) точке на корпусе, например, к головке винта.

9. Если осциллограф имеет переключатель "Тип сигнала", установите его в среднее положение, чтобы заземлить вывод. Если же данный переключатель отсутствует, то можно просто коснуться выводом все той же точки заземления или замкнуть щупы между собой.

10. Ручкой вертикального положения добейтесь установки луча в первой клетке снизу (рис. 10.11).

11. Ручкой горизонтального положения добейтесь установки луча примерно посередине экрана. Необязательно делать это с точностью до миллиметра.

12. Если осциллограф имеет переключатель типа сигнала, установите его обратно в положение измерения постоянной составляющей сигналов, иначе просто уберите щуп из гнезда заземления.

 

 

Во многих осциллографах используются специальные тестовые сигналы, которые представляют собой сравнительно низкочастотные прямоугольные импульсы. Если вы забыли, что подразумевается под этим термином, можете вернуться к главе 1 за подробностями. Чтобы узнать, какие точно напряжение и частоту выдает данный прибор на калибровочном выходе, нужно всего-навсего заглянуть к нему в паспорт. (При калибровке прибора по внутреннему источнику на экране появится прямоугольный сигнал известных амплитуды и частоты. Его параметры обязательно присутствуют в документации на устройство или просто написаны на корпусе рядом с гнездом калибровки. Ручками управления нужно добиться соответствия сигнала на экране с его надлежащей формой. — Примеч. ред.)

Пусть, к примеру, сигнал имеет размах 0,5 В от верхушки положительного импульса до верхушки отрицательного11 при частоте 1000 Гц. Благодаря заранее установленной в положение 0,5 В ручке "Вольт/деление" и тому, что тестовый сигнал имеет такую же амплитуду, высота линии на экране будет равна 1 клетке.

 

Уменьшая установленную величину "Вольт/деление", можно добиться увеличения сигнала на экране, что, в свою очередь, повышает точность наблюдений. К примеру, если тот же сигнал с размахом 0,5 В рассматривать при положении ручки "Вольт/деление" 0,1 В, то он будет занимать уже 5 клеток.

 

Жива ли еще батарейка?

Допустим, у вас уже накопился полный ящик севших батареек, и вам непременно хочется узнать, сколько же напряжения может дать хотя бы одна из них. Простейший тест, который можно провести при помощи осциллографа, как раз и заключается в измерении напряжения. Поскольку батарейка является источником напряжения постоянного тока, то временная развертка прибора в данном случае не играет никакой роли. Достаточно просто установить ручку "Вольт/деление" в удобное для наблюдений положение.

Давайте возьмем для теста стандартную 9-волыовую батарейку. Итак, начнем процедуру измерений.

 

1. Настройте и откалибруйте осциллограф, следуя процедурам, подробно описанным в предыдущих подразделах этой главы.

 

2. Установите ручку "Вольт/деление" в положение 2 В/дел.

 

3. Подсоедините земляной зажим осциллографа к отрицательному выводу батарейки.

 

4. Подсоедините тестовый щуп осциллографа к положительному выводу батарейки.

 

Линия на экране прибора должна подпрыгнуть из начальной позиции (одна клетка от низа) примерно к середине клеток между четвертым и пятым рядами. При данном положении ручки "Вольт/деление" 4,5 клетки от начальной позиции соответствуют напряжению на выводах батареи 9 В (4,5 умножить на 2 В/дел).

 

Препарация радио в целях изучения аудиосигналов

А следующее практическое занятие многим радиолюбителям покажется в высшей степени увлекательным по той простой причине, что для его проведения придется раскурочить вполне работоспособный прибор. Осциллограф, как известно, может визуально воспроизводить на экране форму переменного сигнала, например, электрического, который управляет динамиками радиоприемника. Такой переменный сигнал представляет собой относительно сложные колебания, поскольку состоит из постоянно изменяющихся частот. Именно эти частоты и являются электрическим представлением человеческой речи, пения или звуков музыкальных инструментов.

Для проведения нашего второго теста нужно проникнуть вовнутрь портативного радиоприемника, сняв его заднюю крышку, чтобы можно было дотянутся инструментами до выводов динамика. Затем можно начинать сам тест.

 

1. Настройте и откалибруйте осциллограф, следуя процедурам, подробно описанным в подразделе "Настройка и предварительное тестирование" этой главы.

 

2. Установите ручку "Вольт/деление" в положение 1 В/дел.

 

3. Установите ручку "Время/деление" в положение 100 мкс/дел.

 

4. Подсоедините земляной зажим осциллографа к одному из выводов динамика.

 

5. Подсоедините тестовый щуп осциллографа к оставшемуся выводу.

 

6. Включите радио и посмотрите на экран осциллографа.

 

7. Если сначала линия на экране видна не очень отчетливо и троится или не слишком наглядна, то попробуйте подстроить частоту ручкой "Время/деление".

 

Ниже приведено несколько интересных замечаний по поводу параметров наблюдаемого сигнала.

 

> Амплитуда сигнала увеличивается и уменьшается при изменении громкости радиоприемника. Это изменение является следствием того, что регулятор громкости управляет величиной напряжения на динамике.

 

> Поворачивая ручку развертки ("Время/деление"), можно рассмотреть сигнал подробнее. Чем медленнее развертка, тем меньшую часть сигнала видно на экране. Так, например, при положении ручки 0,1 мс/дел., в каждой клетке видно частоты до 10 000 Гц. При более быстрой развертке, скажем, 10 мкс/дел. каждая клетка соответствует уже 100 000 Гц.

 

Если под рукой имеется доступ к генератору сигналов, который может воспроизводить сигнал с заданной частотой, можно использовать его для проведения дальнейших экспериментов. Так, задав на его выходе параметры синусоиды, можно видеть на экране осциллографа не хаотическую сетку мечущихся по экрану частот, а четкую плавную линию.

 

Тестирование частоты сигналов в схемах переменного тока

Имея осциллограф, можно легко определить частоту практически любого сигнала переменного тока. Ну, и хотя, конечно, достаточно просто воткнуть щупы осциллографа в самую обычную настенную электрическую розетку, чтобы воочию увидеть тот самый переменный сигнал 50 Герц, НИКОГДА НЕ ДЕЛАЙТЕ ЭТОГО! Такая беспечность запросто может стоить жизни. Лучше провести тест частоты бытовой электросети более безопасным способом — удаленно.

Для этой цели понадобится фототранзистор (не фотодиод или фоторезистор, а именно фототранзистор, т.е. транзистор, чувствительный к свету) и резистор номиналом 10к (если срочно требуется освежить память по названиям и предназначению электронных компонентов, вернитесь к главам 4 и 5). Подключите транзистор и резистор последовательно к 9-вольтовой батарее, как показано на рис. 10.12. Затем возьмите настольную лампу с обычной лампой накаливания и приготовьтесь начать эксперимент!

 

1. Настройте и откалибруйте осциллограф, следуя процедурам, подробно описанным в подразделе "Настройка и предварительное тестирование".

 

2. Установите ручку "Вольт/деление" в положение 1 В/дел.

 

3. Установите ручку "Время/деление" в положение 10 мс/дел.

 

4. Подсоедините земляной зажим осциллографа к отрицательному выводу батареи.

 

5. Подсоедините тестовый щуп осциллографа к точке между транзистором и резистором.

 

6. Включите лампу и внимательно посмотрите на экран осциллографа.

 

Дрожащий сигнал, который будет виден на экране осциллографа, представляет собой не что иное, как переменный ток, пульсирующий по нити накала лампы. Для получения более наглядного результата поверните лампу чуть в сторону, чтобы ее свет не попадал прямо на фототранзистор: прямое излучение может оказаться чрезмерно большим для транзистора и полностью засветить его (перевести в режим насыщения – Прим. ред.), что, в свою очередь, сделает невозможным отображение на экране изменений сигнала. Поворачивайте плафон лампы до тех пор, пока не добьетесь на осциллографе четкого синусоидального сигнала. Ручкой "Вольт/деление" отрегулируйте амплитуду отображаемого сигнала так, чтобы получить удобную для наблюдения картину.

 

Даже если смотреть на лампу, не отрываясь от нее, заметить невооруженным глазом изменения яркости нити накаливания не удастся. В частности, это вызвано инерционностью человеческого зрительного аппарата. Однако фототранзистор гораздо более быстр, чем глаз, поэтому он легко реагирует на малейшие изменения света.

 

Осциллограф отображает на экране временную развертку, т.е. период сигнала переменного тока, а не его частоту. Для преобразования одной физической величины в другую нужно немного посчитать. Так, сигнал с частотой 50 Гц имеет период 0,02 с, как это можно определить из простейшей формулы:

 

1 / Частота = Период (с.)

 

Аналогично, чтобы узнать частоту, зная период, нужно всего-навсего поменять местами неизвестные:

 

1 / Период = Частота (Гц).

 

А теперь давайте забудем о том, что мы уже знаем частоту переменного тока, и о том, что при помощи эксперимента с фототранзистором она была определена равной 50 Гц. Чтобы определить частоту по сигналу на экране осциллографа, нужно измерить расстояние между ближайшими максимумами или минимумами сигнала. (То есть период— минимальный интервал времени между ближайшими повторяющимися точками периодического сигнала — Примеч. ред.) Затем берем приведенную выше формулу и подставляем известный период. Если предположить, что ручка временной развертки была установлена в положение 10 мс/дел., то каждый период сигнала будет занимать примерно 2 клетки на экране:

 

1 / 2 клетки = 0,5

 

Так как ручка "Время/деление" стояла на отметке 10 мс, то нужно разделить полученное число на 0,01 (10 мс). В результате как раз и получим искомую частоту сигнала 50 Гц.

 

Однако постойте! При измерении частоты переменного тока в эксперименте с фототранзистором тот же самый сигнал с выхода транзистора занимал всего лишь 1 клетку! Что же изменилось? Дело в том, что фототранзистор фиксирует целых 100 вспышек света в секунду, поскольку считает за вспышку не только положительные пики сигнала, но и отрицательные. В этом случае вследствие непрямого измерения частоты нужно делить результат еще надвое:

 

1 / 1 (измеренный период, с) = 1

 

Разделив 1 сначала на 0,01 (10 мс/дел.), а затем на 2 (см. выше), как раз и получим все те же 50 Герц.

 

Возможно, кто-то обратил внимание на то, что с помощью осциллографа можно узнать частоту сигнала только приблизительно. Если же необходимо получить эти данные с большей точностью, не остается ничего другого, как использовать частотомер. Этот прибор измеряет частоту сигналов с точностью до тысячных долей процента и выводит ее на экран в цифровом виде. Немного подробнее о частотомерах будет рассказано в главе 16.

 

Часть V

Рог изобилия схем

 

 

В этой части...

Следующие три главы посвящены тому, как собирать схемы собственного изготовления, используя такие милые вещицы, как беспаечные макетные платы. Достаточно просто вставить выводы элементов в отверстия на плате — и готово! Внести изменения также не представляет трудностей, а когда с экспериментами покончено, можно смело переносить готовую схему на постоянную плату. Как это сделать, мы также узнаете из последующих глав.

Более того, — и конце этой части вы впервые познакомитесь с магей и великолепием микроконтроллеров, которые позволяют программировать электронные устройстна так, как того желает их создатель.

Наконец, в главе 14 на суд читателя будут представлено более десяти интересных проектов, каждый из которых можно собрат за каких-то 30 минут. А в главе 15 вам представится шанс собрать собственного робота!

Глава 11

Мои первые макетные платы

В этой главе...

> Все о беспаечных макетных платах (и для чего они нужны вообще)

> Конструирование схем с использованием беспаечных макетных плат

> Перенос готовых схем на макетные платы для пайки

> Использование перфорированных макетных плат для построения схем

> Создание надежных схем с использованием метода накрутки проводов

 

Может показаться, что спросить продавца о наличии макетных плат в магазине радиотоваров, где продаются новейшие микропроцессоры и профессиональная аппаратура, неуместно или даже смешно. Однако, скорее всего, консультант лишь понимающе улыбнется и кивнет, оценив по достоинству желание радиолюбителя разобраться в дебрях электроники самостоятельно, а затем с готовностью укажет на стеллаж под вывеской "Сделай сам". Где-то на этих полках лежат стопки квадратных или прямоугольных пластин с кучей мелких дырочек, больше всего напоминающих, в зависимости от вида и размера, или хлебцы для тостов, или перфокарты.

Эти мелкие создания и представляют собой макетные платы, которые используются для воплощения любых идей, когда дело еще не дошло до паяльника. Макетные платы служат для создания на их основе грубых моделей схем, на которых можно поиграть номиналами и типами компонентов, прежде чем перенести готовую схему на печатную плату. На стадии подобного моделирования исправление ошибок и неточностей не представляет абсолютно никакого труда.

В этой главе мы расскажем все о макетных платах и их использовании. В общем-то, они предельно просты, и для работы с ними не потребуется степень доктора наук, но все же никогда не помешает выслушать несколько советов и рекомендаций от профессионалов,

По тексту главы будут также описаны методы конструирования схем на макетных платах, включая обычную скрутку выводов и монтаж накруткой. Эти техники сборки можно смело использовать и при конструировании постоянной схемы.

Ну, а пока, просто попробуем!

 

Взгляд на беспаечные макетные платы

Макетные платы, в частности те из них, которые предназначены для беспаечного монтажа, бывают самых разных форм и размеров, но все без исключения выполняют одну и ту же функцию: в них имеется множество мелких отверстий, электрически связанных между собой при помощи металлических полосок. В эти отверстия вставляются выводы электронных компонентов — резисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов и даже интегральных схем - в общем, всех ранее рассмотренных — которые затем соединяются при помощи кусочков проводов и составляют цельную схему. Когда создатель схемы уже уверен, что она работает, и работает как надо, можно, наконец, перенести ее на плату одним из известных способов (мы поговорим о них позже — в главе 12).

Не следует пропускать этап тестирования схемы на беспаечной макетной плате. Часто, немного поиграв номиналами элементов, из которых состоит схема, можно значительно улучшить ее параметры. Изменения подобного рода легко выполнить, просто заменив один радиоэлемент другим, без необходимости выпаивать один и впаивать другой.

В следующих разделах речь пойдет обо всех вещах, которые нужно знать, работая с беспаечными макетными платами.

 

 

Беспаечные макетные платы внутри и снаружи

Стандартная макетная плата, например такая, как изображена на рис. 11.1, состоит из большого количества квадратных отверстий, внутри которых скрыты ряды металлических полосок. Эти полоски, сделанные из гибкого металла, сгибаются таким образом, чтобы все отверстия в одном ряду или колонке были связаны между собой.

Металлические полоски внутри платы служат токопроводящими каналами макетки. Каждый такой канал соединяет между собой все отверстия ряда или колонки. Так, каждая колонка на макетной плате, изображенной на рисунке рядом, представляет собой два больших контакта, по пять отверстий. Таким образом, чтобы соединить между собой два компонента, достаточно их соответствующие выводы вставить в близлежащие отверстия на плате. Наглядная иллюстрация внутренней структуры макетной платы со всеми ее электрически связанными рядами и колонками изображена на рис. 11.2.

Обратите внимание на длинные ряды контактов вверху и внизу макетной платы. С их помощью удобно монтировать соединения компонентов с источником питания или землей. Такие длинные ряды контактов, предназначенные именно для этой цели, имеются в большинстве предлагаемых макеток. В некоторых платах они могут быть соединены между собой, в некоторых же, как на рисунке, изолированы. Не следует, однако, додумывать, есть ли соединение внутри данной платы— лучше самому взять мультиметр и проверить проводимость между двумя отверстиями, воткнув в них какие-нибудь тонкие проводки или кусочки откушенных выводов. Если тестер покажет нулевое сопротивление, то соседние ряды связаны между собой электрически, в противном случае они изолированы. Подробнее о проверке электропроводности между двумя точками с помощью мультиметра было рассказано в главе 9.

 

Расстояния между отверстиями на платах обычно равняются 1/10 дюйма (Это расстояние в англоязычных странах имеет собственное название — линия (line). — Примеч. ред.) (2,54 мм) — принятого расстояния между выводами большинства микросхем, (Это касается микросхем в корпусах с двухрядным расположением выводов, выпущенных зарубежной промышленностью. У отечественных микросхем данное расстояние часто равняется 2,5 мм (этот факт обеспечивает совместимость по выводам у ИМС с небольшим количеством выводов и смещения для больших микросхем). У микросхем для поверхностного монтажа (например, в корпусах типа SOIC — small-outline (package) integrated circuit) расстояние между выводами обычно равняется половине линии, т.е. 1,27 мм. Точные данные относительно конкретной микросхемы почти всегда можно найти в ее спецификации. — Примеч. ред.) транзисторов и некоторых дискретных компонентов. Поэтому достаточно просто вставить выводы в отверстия и соединить их при помощи провода диаметром 0,7-1,0 мм, точно так же вставляя его в соответствующие отверстия на плате.

 

Дешевизна... Хм-м...