Осциллографы и генераторы сигналов — это два основных электронных устройства для создания и тестирования электронных схем. К сожалению, эти устройства обходятся очень дорого для студентов, изучающих электронику, или простых радиолюбителей, которые хотят использовать электронные схемы в своих творениях только один раз...
Идея моего проекта — превратить ваш смартфон в портативную, мощную и безопасную платформу, способную имитировать осциллограф и генератор сигналов для ваших электронных схем. Здесь ваш телефон — это не просто аксессуар или обычный пульт дистанционного управления: он становится центром проекта и инструментом, который поможет вам создавать лучшие вещи в будущем.
Проект включает в себя:
- вход осциллографа для визуализации электронных сигналов в диапазоне от 150 Гц до 15 кГц. За пределами этой полосы пропускания отображаемые сигналы имеют более низкое качество. На вход схемы можно подавать сигналы напряжением до ±50 В. В случае превышения этого предела загорается светодиод.
- выход генератора сигналов, способный генерировать синусоидальные, прямоугольные и треугольные сигналы частотой до 15 кГц и током 2 А. Потенциометр используется для регулировки амплитуды сигнала.
Перед сборкой проекта я рекомендую скачать приложения на телефон, и проверить на совместимости этих приложений на вашем телефоне.
Приложение «Генератор сигналов»:
Чтобы генерировать различные сигналы с помощью телефона, вам понадобится приложение, которое генерирует звук (сигнал) на аудиовыход вашего телефона. Надеемся, многие приложения смогут выполнить эту работу!
Для устройств Android:
Function Generator (бесплатно)
Waveform Generator
Для устройств Apple:
Audio Function Generator
Signal Generator
Сигналы, генерируемые этими приложениями, поступают непосредственно на аудиовыход телефона: на динамик телефона, если наушники не подключены, или на выходное гнездо, если телефон обнаруживает наушники.
Мне нужен был электронный сигнал (а не звук) на выходе телефона, поэтому я решил использовать выходной разъем. Итак, электронный сигнал выходит из телефона через разъем jack и поступает в электронную схему с помощью кабеля jack.
Приложение-генератор сигналов, выбранное для этого проекта ( Функциональный генератор ), использует стереовыход смартфона: первый канал генератора сигналов подключен к левой стороне звука, а второй — к правой стороне звука.
Таким образом, вы располагаете двумя отдельными сигнальными каналами (левым и правым), используя один аудиовыход вашего телефона!
Приложение «Осциллограф»:
Чтобы визуализировать электронный сигнал на вашем телефоне, вам понадобится приложение, способное получать и отображать форму звука (сигнала). Для этой цели создано несколько приложений, вот их список.
Для устройств Android:
Oscilloscope Pro
Oscilloscope (бесплатно)
Для устройств Apple:
Oscilloscope
Physics Oscilloscope (бесплатно)
Эти приложения позволяют визуализировать сигнал, поступающий с микрофонного входа.
Электронная схема этого проекта состоит из 4 частей:
- Блок питания
- Входная цепь осциллографа
- Первый канал генератора сигналов
- Второй канал генератора сигналов
Блок питания
Для поддержки и обработки синусоидальных сигналов на операционные усилители системы необходимо подавать асимметричное напряжение. Весь проект питается напряжением +12 В и -12 В, которые преобразуются в + 8 В и -8 В с помощью стабилизатора положительного напряжения 7808 и стабилизатора отрицательного напряжения 7908.
Входная цепь осциллографа.
Фактическая входная схема осциллографа представляет собой слегка модифицированную версию схемы Чипштейна из его « Предварительного усилителя для осциллографов смартфонов », где я изменил некоторые номиналы резисторов и конденсаторов.
Конденсатор емкостью 1 мкФ блокирует вход постоянного тока, а затем потенциометр регулирует затухание сигнала. Если входящий сигнал по-прежнему слишком юольшой для микрофонного входа телефона, выполняется второе ослабление сигнала на 10 путем переключения переключателя между низким и высоким диапазонами.
Операционный усилитель в режиме буфера с единичным коэффициентом усиления принимает ослабленный сигнал и настраивает цепь с высоким импедансом. Это также помогает обеспечить дополнительную мощность для остальной части электронного блока.
Резистор 100 Ом и биполярный светодиод ограничивают напряжение, попадающее на телефон, примерно до ±1,8 В, а также предупреждают вас о наличии сигналов, превышающих это значение.
Конденсатор емкостью 4,7 мкФ используется для изоляции входа микрофона от постоянного тока на выходе предусилителя, а резистор сопротивлением 1,5 кОм подключается между выходом и землей, чтобы телефон мог распознавать внешний источник.
Если конечный сигнал не слишком велик для телефона и предупреждающий светодиод не горит, последний переключатель позволяет подключить телефон к цепи.
Первый канал генератора сигналов
Первый канал генератора сигналов использует потенциометр для усиления сигнала, выходящего на аудиовыход телефона, до 11 раз. Операционный усилитель не способен обеспечить высокий выходной ток этой сборки. Поэтому он предназначен для подачи сигнала на слаботочную цепь.
Второй канал генератора сигналов
Второй канал генератора сигналов использует ту же схему, что и выше, для усиления сигнала. Сигнал, генерируемый телефоном, можно усилить до 11 раз с помощью операционного усилителя, потенциометра и резисторов. Эта схема также включает в себя симметричный эмиттерный повторитель (называемый двухтактным), в котором используются два силовых транзистора и напряжение, поступающее от стабилизаторов напряжения. Таким образом, он позволяет питать цепи с током до 2 А, такие как громкоговоритель, аудиоусилитель или даже более крупные цепи...
В качестве операционного усилителя применен четырёх канальный ОУ LM324.
Сборка
Вся схема собирается на монтажной плате размером 10х4,5см
Изготовление кабелей
В этом проекте обмен сигналами между электронной схемой и телефоном происходит постоянно.
Во-первых, сигнал сгенерированный на телефоне, должен иметь возможность отправлять сигналы на правый и левый выходы стереоразъема. Затем осциллограф, должен иметь возможность принимать электрический сигнал, используя микрофонный вход телефона.
Единственный способ выполнить все эти соединения между телефоном и цепью — использовать 4-контактный кабель с разъемом 3,5 мм. Таким образом, использование осциллографа или генератора сигналов осуществляется с помощью одного кабеля.
Чтобы сделать этот кабель, начните с разрезания 4-жильного кабеля длиной 30 см. Затем припаяйте к каждому концу штекерный разъем, соблюдая одинаковую проводку на каждом конце.
Этот кабель будет похож на удлинитель между двумя гнездами.
Корпус устройства
В качестве корпуса используется корпус от старого CD-рома. Металлический корпус экранирует внутреннюю схему прибора, избавляя сигнал от наводок и помех.
Передняя и задняя части коробки выполнены из деревянных реек.
На лицевой стороне сверлятся 6 отверстий для размещения гнезд типа «банан».
Над разъемами, предназначенными для осциллографа, просверлено седьмое отверстие для установки светодиода предупреждения.
На задней панели имеются 3 отверстия: 2 для гнездовых разъемов и одно для проводов питания.
Сборка
После монтажа платы в корпус, распаиваются все провода к своим разъемам (переключатели, потенциометры, гнезда типа «банан», розетка, светодиод, провода питания...), затем к корпусу приклеивается картон и деревянные планки с помощью клеевого пистолета.
Наконец, прикручивается верхняя крышка и устанавливаются ручки потенциометров.
Изготовление подставки для телефона
Последний этап изготовления – создание подставки для телефона. Он состоит из 3-х склеенных между собой деревянных элементов.
Подставка приклеивается к верхней стороне привода компакт-диска с помощью клеевого пистолета.
В результате мы получим