【《电子制作》杂志专供稿件】我们在电子技术的学习和实验中常常使用到万用表、信号发生器、示波器等设备。万用表可以对电子元器件进行检测,也可以测量电路的电压、电流等参数。示波器可在电路实验或电器维修时,观察电路节点的信号波形,以判断前、后级电路是否正常工作。在学习模拟电子技术时,信号发生器和示波器还可以帮助我们感性地认识放大器、滤波器、振荡器等电路的特性。不过这两台设备价格比较贵,在初学阶段或许不一定非要配置。本文将介绍一种利用几个简单的元器件加一台普通计算机构成的 PC 信号源和 PC 示波器,成本不到 10 元,虽然测量的精度有限,但是对于初学阶段观察使用已经足够了。

外观及使用

如图 1、图 2 所示分别为 PC 信号源和 PC 示波器的外观。PC信号源很简单,它由立体声插头、导线、鱼夹组成。立体声插头插到计算机的耳机插座,在计算机上运行一个 PC 信号源软件,就可以在鱼夹上输出频率、幅度可调的正弦波、方波等函数信号。

图 2 是 PC 示波器,它的鱼夹连接到被测电路的某一节点上,该节点的信号经过保护电路后,由立体声插头送入计算机的麦克风插座,在计算机上运行一个 PC 示波器软件 ( 电路飞翔资源入口免费提供 ),就可以显示信号的波形了。

电路原理图

PC 信号源不涉及电路,如图 3 所示,它直接把计算机声卡的输出信号引出而已。而 PC 示波器与之不同,它把外界的信号输入计算机,为了保护计算机的声卡,所以添加了一个简单的保护电路,如图4 所示。被测电路某节点的信号被鱼夹引到保护电路里 ( 黄色底纹内 ),保护电路可以限制输入计算机的信号幅度不超过1.4V。

制作过程

制作 PC 信号源时,可以直接用一根带线的立体声插头 ( 图 5),它有 3 根导线 R、L、地线,分别把绝缘皮剥去,然后用3个鱼夹与这 3 根导线连接即完成制作。之后从本文后面提供的电路飞翔资源入口下载 PC 信号源软件,在计算机上运行,就会打开一个图 6 所示的界面。界面很直观,有三个控制参数:峰值、频率、函数选择。“峰值”和“频率”分别设置的是输出信号的幅度和频率,可通过各自下方的滑块进行设定。“函数选择”设定的是输出信号的波形,有标准正弦波等多种函数表达式供选择。以上参数设置好后,把 PC 信号源插到计算机的耳机输出插座上,单击PC信号源程序的“开始”按钮,就可以从 PC 信号源的鱼夹上输出信号波形了。

制作PC示波器时,需要一些元器件和一块面包板。可按照资源入口里的视频演示,把元器件逐个插到面包板上作为保护电路,之后连接上立体声插头线以及鱼夹,即完成PC示波器的制作。使用 PC 示波器时,把鱼夹与电路的被测节点相连,把立体声插头插入计算机的麦克风插座,然后运行 PC 示波器软件,打开图 7 所示的程序,这个程序可以接收从麦克风插座进来的信号并显示。

可按照图 7 中的说明,适当地设置 PC 示波器程序中的设备、线路等几个参数。当有信号通过麦克风插座进入计算机时,单击 PC 示波器程序的“启动”按钮,就会在波形显示区看到波形信号。

原理分析

在 PC 示波器的保护电路中,由于两个通道电路是相同的,所以我们拿一个出来分析一下其工作原理。如图 8 所示,信号由鱼夹引入到“输入( 通道 1)”,首先经过电阻 R1、R2 构成的分压器。由于它们的阻值之比为 10:1,所以到达二极管的时候信号的电压已经变成了原来的 1/11。比如输入信号的电压为 10V,经过分压器后变成了 0.9V。由于计算机声卡的输出电压不宜超过 2V,如果没有分压器,输入信号的电压也不能超过 2V,这样一来 PC 示波器的使用范围太小了。于是通过分压器可以把较高的电压成比例的降低,在计算机上显示时再成比例的提高即可。

在保护电路的一个通道中还有4个二极管,图中的型号是 1N4148,查其技术手册知道其正向电压 VF 约为 0.7V,于是二极管 VD1 和VD2 串联,可以形成 1.4V 的正向电压。由二极管的伏安特性,当 VD1 和 VD2 上的电压超过1.4V后,它们导通,于是在“麦克风输入(R)”端,也就是保护电路的输出端,电压为 0。亦或是电压超过 -1.4V 后,二极管 VD5 和 VD6导通,输出端同样电压为 0。可见,4 个二极管保证了“麦克风输入(R)”端的电压在-1.4~1.4V范围内,从而保护了计算机的声卡。

完成了PC示波器和PC信号源后,可以把 PC 信号源的输出信号引入 PC 示波器的输入端,方法是按图 9 所示,把双方的鱼夹一一对应连接。然后同时运行 PC 示波器和 PC 信号源软件,如果 PC 示波器可以实时显示 PC 信号源的波形信号,说明制作成功,接下来就可以把它们使用在实际的电路学习与调试环境中了。

注意:以上介绍的PC信号源和PC示波器只是学习提供一个简单的工具,其输出、显示并不非常精确,只供学习时定性观察。

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