Текст книги "Путеводитель в мир электроники. Книга 2"

Автор книги: И. Шелестов

Соавторы: Борис Семенов
сообщить о нарушении

Текущая страница: 21 (всего у книги 23 страниц)

Анализаторы сигналов

Лучшее – враг хорошего.

Вольтер

Анализаторы можно разделить по виду (форме) входного сигнала, который нам надо анализировать, – на аналоговые и цифровые. Аналоговые сигналы исследуют при помощи осциллографа и спектроанализатора. Анализатор спектра позволяет наблюдать зависимость амплитуды сигнала от частоты, то есть с его помощью можно снять амплитудно-частотную характеристику НЧ усилителя или фильтра, измерить ряд дополнительных параметров: уровень шума, коэффициент гармонических и интермодуляционных искажений. Естественно, результаты этих измерений напрямую зависят от параметров вашей звуковой карты. Поэтому последняя должна обладать низким уровнем шума и минимальным коэффициентом гармоник. Хорошо, что большинство современных звуковых карт этим требованиям удовлетворяют.

Для реализации всех возможностей указанных ниже программ потребуется звуковая карта, обеспечивающая дуплексную работу, т. е. когда один канал работает как генератор сигналов, а второй – как входной усилитель. Входной сигнал подается на линейный вход одного из каналов звуковой карты (Line in), а выходной снимается с линейного выхода (Line out). Современные звуковые карты с шиной PCI этот режим работы обеспечивают, например звуковая карта типа Sound Blaster 16/32/64 (AWE), Creative Audio PCI 128.

Помимо возможностей наблюдения сигналов в реальном времени, приведенные ниже программы позволяют получить копию исследуемого сигнала в виде файла, скопировать изображение сигнала в буфер обмена либо вывести его на печать.

Сразу следует отметить, что для проведения качественных испытаний внешних устройств не годятся звуковые карты со встроенным оконечным усилителем для подключения пассивных колонок – у них повышенный уровень нелинейных искажений в выходном сигнале (такой выход лучше отключить), а сигнал снимать с линейного выхода.

 SpectraLab (разработана фирмой Sound Technology Inc.) – программа является наиболее мощным анализатором сигналов в звуковом диапазоне. Кроме обыкновенной осциллограммы сигнала (Time Series), позволяет делать мгновенный снимок спектра (Spectrum), а также показывать спектр объемным (Spectrogram, 3D Surfase), строит график фазовой характеристики (Phase). Имеется встроенный генератор разнообразных сигналов. Позволяет практически измерить все качественные характеристики низкочастотных устройств, включая параметры самой звуковой карты компьютера. Может использоваться для проведения комплекса испытаний УНЧ, а с помощью микрофона измерить акустические параметры в вашей комнате.

Минимальный уровень сигнала, наблюдаемый на экране осциллографа, составляет 300 мкВ (напряжение собственных шумов звуковой карты в полосе частот 1,5…24000 Гц не превышает 10…30 мкВ). Особенности программы описаны в журнале [1] и [2], а как выполнить калибровку имеющегося в составе виртуального осциллографа и ввести ее в файл программы, подробно описано в книге [3]. Там же подробно рассказывается, как пользоваться этой программой.

Программа имеет замечательную возможность создания фильтра – файла компенсации для полосы пропускания (*.mic) и его использования в дальнейшем для того, чтобы иметь отображаемую на экране линейную полосу пропускания до предельных возможностей самой карты.

Минимальные системные требования: Pentium 90 с ОЗУ 16 Мб. Работает под управлением Windows 95, 98.

 Audio Tester – программа для тестирования звуковой карты или внешних низкочастотных устройств (содержит в себе двухканальный осциллограф, анализатор спектра и генератор сигналов). Уступает по своим возможностям предыдущей программе (ее упрощенный вариант).

При использовании программы регуляторы уровня записи микшера Windows лучше отключить и выполнить калибровку виртуального осциллографа по входному напряжению, так как из-за различий в параметрах звуковых карт амплитуда входного сигнала является относительной величиной. Калибровка позволяет настроить осциллограф под вашу карту и определить максимальное входное напряжение, которое можно наблюдать без искажений (в канале звуковой карты).

Программный двухлучевой осциллограф позволяет наблюдать сигналы частотного диапазона 10…22000 Гц. Коэффициент отклонения по вертикали: 0,1…2000 мВ/дел, по горизонтали – 0,05… 10 мс/дел. Работать можно не только с внутренней, но и с внешней синхронизацией (анализ фигур Лиссажу).

Имеющийся в составе генератор работает в диапазоне частот 0,1…48006 Гц и обеспечивает формирование сигналов синусоидальной, прямоугольной, треугольной форм, белый и розовый шумы, всевозможные импульсы различной частоты и длительности. Также на нем можно воспроизвести сигнал особого вида, записанный ранее в wave-файл. Регулировка уровня выходного сигнала осуществляется отдельно по левому и правому выходам. Есть возможность изменять фазовый сдвиг между каналами (подробно описано в справке).

Анализатор спектра может работать как в режиме автоматического определения амплитуды сигнала на заданной частоте, так и в режиме измерения полных гармонических искажений плюс шум THD+N (Total Harmonic Distortion plus Noise). При этом частоту, на которой эти параметры будут измеряться, можно задать вручную либо включить ее автоматическое определение (если входной сигнал определенной частоты). Диапазон рабочих частот и уровень входного сигнала анализатора спектра такие же, как и у осциллографа.

Так же, как и в предыдущей программе, для уменьшения ошибок, возникающих в процессе обработки сигнала и приводящих к погрешностям измерения, есть возможность включать корректирующие входные и выходные фильтры, позволяющие компенсировать влияние собственной неравномерности АЧХ звуковой карты на результаты измерений. Эти фильтры представляют собой обычный текстовый файл с расширением *.соr, правила создания которого подробно описаны в справочной системе.

Программа работает из Windows 95, 98 (инсталляционный файл для версии 1.4 занимает 1 Мб). Минимальные системные требования: Pentium 90 с ОЗУ 16 Мб.

 Win Tone v. 2.02 – программа декодера сигналов тонового набора телефонного номера (DTMF) при помощи звуковой карты. Поддерживается также ряд других современных стандартов. Работает из Windows (wintn22.zip 1,5 Мб).

Анализатор логических сигналов

Анализатор – программа, которая позволяет генерировать импульсы и принимать сигналы с логическим уровнем для анализа работы реальной цифровой схемы (4 входа). Эпюры напряжений показываются на экране монитора в виде многоканальной осциллограммы. Для работы потребуется изготовить довольно простую приставку, которая подключается к любому из последовательных портов компьютера (СОМ1 или COM2). Более подробное описание данной программы можно найти в журнале [4], а саму программу переписать с сайта издательства.

Работает она из-под Windows (analizer.exe 423 Кб). Автор А. Шрайбер.

Unilogic – осциллограф на четыре канала для наблюдения логических сигналов. Имеется возможность их записи с последующим воспроизведением.

Может выполнять роль частотомера. Схема подключения входных сигналов к LPT порту имеется в описании (это порт, куда обычно подключается принтер). Программа написана для DOS (uniIogic.zip 81,5 Кб). Автор А. Полюсов.

Разводка печатных плат и графические работы

Человеку свойственно ошибаться, но с помощью компьютера это ему удается намного лучше.

Опыт

Этот класс программ относится, к чисто радиолюбительским технологическим «инструментам». Воспользовавшись ими, вы облегчите себе работу по «разводке» печатной платы, оформлению электрической схемы и разработке передней панели своего прибора.

 Sprint Layout v3.0 – программа для «ручной» разводки печатных плат, выпущенная немецкой фирмой Abacom Ingenicurgcsellschaft. Своеобразная замена бумаги, карандаша и стирательной резинки. Очень удобна и проста в освоении, обладает русским интерфейсом.

Работает из Windows и не требует инсталляции (занимает на диске 793 Кб).

Существует несколько версий программы: 2-я и 3-я с русским интерфейсом, а также их дубли с немецким. Пользоваться удобнее, конечно, русифицированной 3-й версией – она предоставляет больше возможностей, да и работает, как показала практика, намного лучше.

При пользовании программой очень важно сразу определить, в какой «сетке» рисовать топологию. Отечественные компоненты типа микросхем «становятся» в сетку с шагом 2,5 мм, в то время как зарубежные – с шагом 2,54 мм.

Если вы используете и отечественные, и импортные детали, при разводке топологии под конкретный компонент сетку можно перенастроить на другой шаг, а затем вернуться. Отверстия не «поедут». Переключение осуществляется слева в позиции всплывающей подсказки «координатная сетка». Также сразу желательно установить примерный размер платы.

В левой панели окна расположены характерные «кирпичики» топологии печатной платы – «проводник», «пятачок», «круг», «заливка», «многогранник», «надпись». Толщина линий может настраиваться, а элементы – выравниваться по сетке. Инструмент «тест» покажет вам весь нарисованный проводник – закрасит его другим цветом. Масштабирование изображения осуществляется инструментом «лупа», причем левой кнопкой «мыши» изображение приближается, а правой – удаляется. Выделение элементов, их перемещение осуществляются инструментом «указка». Выделенные элементы можно копировать и удалять, поворачивать, делать зеркальное отображение, группировать.

Программа имеет 4 слоя, переключаемых из панели, расположенной внизу окна. В одном слое удобно рисовать печатные проводники, в другом – контуры элементов. Можно также «разводить» двухстороннюю печатную плату.

Важное значение имеет библиотека макросов, панель которой расположена справа. Возможно создать типовое посадочное место и занести его в библиотеку, чтобы потом не перерисовывать, работая над другой печатной платой.

В библиотеке уже содержится множество посадочных мест под разные элементы, так что не исключено, что вам не придется часто рисовать новые макросы. Кстати, вид макроса отображается в правом нижнем углу. Его можно перетащить «мышкой» на поле платы.

Надеемся, что вы быстро разберетесь с программой и стремительно нарисуете в ней хорошую плату. Что делать с ней дальше, когда последний проводник установлен? Конечно же – вывести на принтер! Для этого в программе имеется несложный интерфейс – окно предпросмотра, в котором вам придется самим задать слой печати, пропечатываемые элементы (дорожки, отверстия; сверловка), масштаб, количество дублей платы. Можно вывести зеркальное изображение.

Внимание – маленькая хитрость! Эскиз платы появляется в окошке – именно так он будет расположен на листе. Если вам не понравилось расположение, которое создал для вас компьютер, перетащите эскиз «мышкой» на место, которое вам нравится больше.

В заключение обзора этой программы отметим, что, как и в настоящих профессиональных программах, имеется возможность вывести специальные файлы gerber и drill для программирования автомата сверловки и фрезерования платы. К сожалению, авторы не имели возможности проверить, насколько хорошо программа выполняет эту задачу.

 PIA v2.2b – программа для «ручной» и автоматической разводки печатных плат. Очень удобна при небольшом количестве корпусов. Работает не с библиотеками элементов, а с корпусами (870 Кб). Автор Andreas Waldher.

Программа предоставляет пользователю не слишком широкий выбор библиотечных посадочных мест компонентов. Имеются микросхемы в DIP-корпусах (количество «ножек» – от 8 до 28), транзисторы в корпусах ТО-92 и ТО-220, четыре вида резисторов и четыре – конденсаторов.

Сразу после запуска программы в окне появляется библиотека некоторых других компонентов. Установки выбираются из меню «Objects/Setup objects». Остальные элементы, не представленные в библиотеке, придется рисовать самостоятельно, поскольку в данной демо-версии программы возможность занесения элементов в библиотеку не предусмотрена.

Весь инструментарий программы находится на верхней части окна, под меню. Здесь можно включать слои, переносить проводники из одного слоя в другой, копировать, удалять, менять их положение, толщину. В меню «Grid» настраивается сетка, в которой размещаются элементы печатной платы.

Очень заманчивым представляется для радиолюбителя режим автоматической трассировки платы, включаемый из меню «Router/Router». При этом проводники, расставленные инструментом «Connection for the router», автоматически располагаются по топологии. Программа не всегда может «развести» однослойную печатную плату, поэтому необходимо включать режим двухсторонней трассировки или оперативно корректировать проводники введением технологических переходных отверстий.

Программа позволяет распечатать плату в разных масштабах и с разными настройками (в том числе печать сверловки и зеркало), а также создавать gerber-файлы.

 ExpressPCB – менее удачный вариант программы, позволяющей вручную «разводить» печатную плату. Имеются все необходимые инструменты, однако отсутствует предпросмотр в окне печати, стандартные посадочные места видны только в виде текстовых фрагментов.

Работает из Windows, размер инсталлятора – 3,57 Мб.

 Splan-4.0 – русифицированная программа для создания принципиальных электрических схем. Слева в окне расположена библиотека элементов, которую можно дополнять новыми графическими обозначениями, в том числе и принятыми^ нас в стране, – в соответствии с нормами ЕСКД. Радиолюбители могут воспользоваться уже готовыми графическими обозначениями, благо, их имеется достаточно. Кстати, схему можно экспортировать в формат .bmp, тогда, конвертировав ее в популярные в Интернете форматы .jpg или. gif, возможно представить рисунок на своем сайте (если он, конечно, у вас есть). Удобный интерфейс печати имеет предпросмотр и масштабирование листа. Автоматически отцентрировать рисунок позволяет кнопка «центровка».

Очень простая в освоении программа, рекомендуемая радиолюбителям. Размер – 1 Мб.

 Fdsigner – дизайнер панелей. Русифицированная отечественными умельцами программа от немецкой фирмы Abacom. Напоминает обычный графический продукт типа «короля дров» (Corel draw), если бы не одно «но». В библиотеке дизайнера содержатся готовые, нарисованные в масштабе символы элементов, обычно выносимых на передние приборные панели, – шкалы, гнезда, значки, кнопки, шильдики, сигналы. Размещая их на поле панели, можно скомпоновать вполне приличную «морду» прибора. Затем, распечатав ее на лазерном или струйном принтере, подложить под оргстекло.

Программа не требует инсталляции (размер – 1,35 Мб).

Программы для расчетов цепей и узлов

Работая над решением задачи, всегда полезно знать ответ.

Правило точности

RLC-цепи и элементы

 Радио-калькулятор позволяет быстро определить:

• общее сопротивление при параллельном включении резисторов;

• реактивное сопротивление конденсатора на заданной частоте;

• реактивное сопротивление катушки индуктивности;

• резонансную частоту контура по известным L и С;

• количество витков однослойной катушки для заданной индуктивности;

• количество витков многослойной катушки;

• номиналы элементов для аттенюатора мостового типа;

• номиналы элементов для аттенюаторов Т и Н типа.

Выполнена в виде Web-страницы (все файлы программы занимают 26 Кб), автор Harry Lythall.

 Расчет колебательного контура – простая программа для быстрого расчета параметров колебательного контура в разных вариантах. Здесь же можно рассчитать параметры однослойной катушки с нужной индуктивностью.

Написана под Windows и инсталляции не требует (kontur32.exe 259 Кб). Автор К. Гранкин.

 Capacitor Calculator – радиотехнический калькулятор для определения параметров параллельного или последовательного включения до 5 разных конденсаторов и постоянной времени RC-цепи.

Работает из Windows и инсталляции не требует (файл самораспаковывающего архива ccalc.exe занимает 118 Кб).

Расчет трансформаторов и дросселей

Почти в любом радиотехническом устройстве имеется трансформатор. Не всегда удается купить такое изделие с нужными параметрами. В этом случае соответствующие программы позволяют быстро выполнить расчет таких узлов для необходимых значений напряжения и тока в нагрузке. Вот некоторые из них.

 Transss! – программа для упрощенного расчета сетевого (220 В, 50 Гц) трансформатора с Ш-образным магнитопроводом. Вводится входное напряжение, необходимое выходное на нагрузке (после выпрямительного моста в пределе 3…130 В) и ток в нагрузке (в интервале 0,1… 1 А). Все остальное (число витков и диаметр провода для каждой из обмоток, мощность трансформатора, площади сердечника и окна) вычисляется автоматически. Работает из Windows, и инсталляция не требуется (transss.exe 34 Кб).

 TR – позволяет выполнить расчет трансформатора или дросселя. Знает разные виды магнитопроводов. Работает из Windows, и инсталляции не требуется (все файлы занимают 335 Кб).

Программы для аналоговых таймеров

Довольно широко используются в разных конструкциях аналоговые таймеры из серии 555 (отечественный аналог К1006ВИ1). Выполняющие расчет временных параметров таких узлов, имеется много разных вспомогательных программ для персонального компьютера (вы их найдете на компакт-диске). Здесь Мы отметим только две. Пользоваться ими довольно просто: после запуска выбираем режим генератора (Astable) или одновибратора (Monostable) и вводим исходные значения времязадающих элементов. После этого сразу получаем рассчитанную частоту для генератора, собранного по типовой схеме (дополнительно еще может показываться рассчитанная длительность импульса (Т1) и рабочий цикл «duty cycle» – D = Т1/Т), а для одновибратора – только длительность импульса.

 555 timer component selection – удобная программа, которая, в отличие от остальных, позволяет сразу выбирать номиналы времязадающей цепи из стандартного ряда (Е24) для элементов. Значения при расчете могут использоваться для резисторов от 1 кОм до 1 МОм, конденсаторов от 1000 пФ до 1000 мкФ. Правда, программа вас предупредить, что использовать конденсаторы с емкостью более 100 мкФ не рекомендуется (для микросхем, выполненных по биполярной технологии), но расчет все равно выполнит. Написана для Windows 95, 98 и не требует инсталляции (файл ic_555 занимает 221 Кб).

 555 TIMER – программа позволяет рассчитать частоту автогенератора. При этом параметры резисторов можно вводить любые в интервале от 100 Ом до 10 МОм, а емкость от 100 пФ до 1 Ф. Написана для DOS (инсталляция не требуется), но работает и в Windows 95, 98 в режиме эмуляции DOS (весь комплект файлов занимает 215 Кб).

Существует много программ расчета, выполненных в виде HTML-документов (интернетовских страниц). Для их независимого использования (без подключения к Интернету) необходимо их переписать, сохранить на своем компьютере, перейдя. к меню «Добавить в избранное», отметив галочкой опцию «Сделать доступной автономно». Варианты таких программ и обучающую информацию по практическому использованию таймеров вы сможете найти в Интернете по адресам:

http://webhome.idirect.com/~jadams/electronics/555calcs.htm

http://www.hot.ee/ps00/ele/555.htm

http://www.ilmu.8k.com/kalkulator/kal555.html

http://www.westminster.org.uk/intranet/departments/electronics/555.htm

http://www.williamson-labs.com/555-circuits.htm

http://ourworId.compuserve.com/homepages/Bill_Bowden

Обзор обучающих программ

Я умею только сомневаться.

Вольтер

Этот класс программ пригодится только начинающим радиолюбителям. Скорей всего, вы не будете использовать их в своей практической деятельности. Но они помогут легче запомнить азы построения электронных схем.

 Digital Works 3.04 – демонстрационная версия простой и легкой в освоении программы, позволяющей виртуально имитировать работу логических (цифровых) схем, графически представив их на экране монитора. Программа дает возможность анализировать поведение элементов схемы в режиме реального времени. Это облегчает процесс обучения цифровой электронике.

После инсталляции работает программа из Windows (dw3_install.exe 1,6 Мб).

 Schematic Symbol Reference ver. 1.0 – программа позволяет познакомиться с особенностями в обозначениях различных радиодеталей за рубежом. Выделив интересующий компонент, вы сразу получите его краткое описание, правда, на английском языке. Работает из Windows после инсталляции (227 Кб). Автор Aaron Cake.

 Tone Stark Calculator, версия 1.2 – программа для 7-ми типовых схем пассивных регуляторов тембра, демонстрирующая их все характеристики. Позволяет сразу показать амплитудно-частотную характеристику при изменении положения виртуальных регуляторов.

Работает из Windows (tsc120.exe 945 Кб).

 DLS Box 2000 – программа для расчета и демонстрации характеристик низкочастотной акустической колонки в зависимости от ее конструкции. Вам достаточно выбрать один из распространенных вариантов конструкций из меню, а также найти в базе данных тип динамиков на нужную мощность.

После инсталляции работает из Windows (dxsbox2000eng.zip 3,3 Мб).