Stap 3: Input fase
Als u wilt toestaan voor aansluiting van verschillende soorten sondes biedt de input drie verschillende opties voor de verbindingslijn. De standaard is een de BNC-connector, die is verplicht als het toepassingsgebied moet worden gemonteerd in de behuizing van de Serpac met de verstrekte aangepaste einde panelen. Sommige mensen verkiezen deze voor kale halfpension varianten die kan de gebruiker installeren RCA-aansluitingen (ook bekend als Cinch of audioconnectors) – omdat het gemakkelijker is om te bouwen van goedkope sondes voor hen. Er is ook ruimte voor een 0.1" afstand van jumper kop – nuttig te sluiten van het toepassingsgebied bijv naar een breadboard via jumper kabels.
De microcontroller de analoog-digitaalomzetter (ADC) heeft een vaste invoerbereik van 0 tot 5V. De opamp (spoor-naar-spoor uitgangs- en eindmaterialen, zie volgende sectie) kan alleen zenden signalen in dit bereik ook. Signalen kleiner dan dat bereik krijgen met gemeten zal verlaagde resolutie (omdat ze niet het volledige scala van mogelijke digitale ADC waarden span), en grotere signalen zal krijgen geknipt. Aangezien het ingangssignaal dat het toepassingsgebied wordt verondersteld om te meten een grote verscheidenheid van heel klein tot vrij groot bestrijken kan, moeten we een input stadium die kan verzachten en/of het binnenkomende signaal te maken het geschikt voor de analoog-naar-digitaal convertors (ADC) versterken.
Eerst in de input fase, is het inkomend signaal verzwakt door een factor 10 door de scheidingslijn van de spanning gevormd door weerstanden R1 en R3. Dit verhoogt de maximale spanning tot 50V piek-tot-piek. R1 en R3 in serie opbrengst 1 MOhm totale weerstand zodat de reikwijdte ingang de impedantie van het juiste, standaard vereist heeft voor het gebruik van standaard passieve 1:10 of 1:100 toepassingsgebied sondes.
Aangezien de latere circuits niet kunnen omgaan met negatieve spanning (eenvoudig te houden het circuit, dat het toepassingsgebied heeft slechts één + 5V levering en geen negatieve levering), is de enige manier om te meten van negatieve signalen te verschuiven hen omhoog met een offset spanning, geboden door de scheidingslijn van de lage impedantie van weerstanden R16, R17 en snoeischaar R12 gebouwd. Condensator C4 verzekert dat deze verschuiving spanning niet zweven rond wanneer het ingangssignaal snel verandert (de voeding niet snel genoeg tot snelle veranderingen kon reageren-C4 zorgt voor dat omdat het fungeert als een buffer van lading).
R12 wordt aangepast zodat de spanning naar de opamp ingang op 2.5V is (dat wil zeggen precies op de helft van de voedingsspanning en dus het bereik van de ADC) wanneer 0V wordt toegepast op het bereik input. De 2.5V niveau dus handelingen als soort van een "virtuele maaiveld" voor verdere verwerking stadia. Aangezien de invoer scheidingslijn de input swing met een factor 10 vermindert betekent dit het toepassingsgebied kunt nu meten ingangssignalen tussen - 25V (resulterend in 0V gonna de opamp) en + 25V (resulterend in + 5V gonna de opamp).
Als u een 1:10 toepassingsgebied sonde – in feite een veredelde (Nou ja, eigenlijk frequentie gecompenseerd) 9 MOhm weerstand, de verhouding tussen de input scheidingslijn wordt 1:100 (gevormd door de sonde en R1 aan de ene kant en R3 anderzijds divider) en het bereik vergroot tot +/-250 v (maar wees zeer voorzichtig wanneer het werken met dergelijke hoge spanningen!).
Belangrijke opmerking: Een bron van verwarring is het feit dat de onderkant van de input scheidingslijn niet aan grond (0V), maar om de offset spanning gaat. Dit is anders dan de meeste andere scopes werken en is de prijs te betalen voor het gebruik van slechts een enkele, positieve levering spoor. Het betekent dat als de input is opengelaten (niets aangesloten) het een tot de offset spanning zwevende wordt en dientengevolge het toepassingsgebied niet 0V maar eerder enkele positieve offset tonen zal. Ook betekent dit dat de software aan te passen van de verticale verschuiving van de licht toegepast wanneer gaande van een lage-impedantie 1:1 sonde naar een 9 MOhm 1:10 sonde.
De input scheidingslijn (verzwakker) verdient enige verdere aandacht. Het is een zogenaamde gecompenseerd divider en bestaat uit een parallelle combinatie van een resistieve divider (R1 en R3) en een capacitieve divider (C12 en C11). De reden voor het toevoegen van de capacitieve scheidingslijn is het feit dat de bescherming diodes (D1 en D2) en de ingang van de opamp (OP1.1) enkele onvermijdelijke parasitaire precisiecapaciteit C_par over de volgorde van een paar pF. hebben Met alleen de R1 en R2 zou dit leiden tot een low-pass R-C filter (de scheidingslijn voeden de parasitaire capaciteit die zou moeten enige tijd op te laden), ernstig beperken de haalbare bandbreedte (in ons geval tot slechts een paar kHz).
De oplossing - als u ze niet kan verslaan, zich bij hem voegen. De capacitieve scheidingslijn toevoegen en past deze aan dezelfde divisie verhouding (1:10) zoals de resistieve scheidingslijn de frequentierespons plat uit DC aan het licht maakt (ten minste in theorie - maar dicht genoeg voor ons doel). De noodzakelijke voorwaarde is dat de verhouding van de divisie van de resistieve scheidingslijn (R1, R3) hetzelfde als de verhouding van de divisie van de capacitieve scheidingslijn is:
(C11 + C_par) / C12 = R1 / R3
In veel hogere einde scopes een van de condensators instelbaar tot bestaat trim de exacte capaciteit verhouding, maar om dingen te houden eenvoudige (en goedkope) heb ik gekozen voor vaste condensatoren. Een minder ding om te passen! Aangezien niets gratis in het leven komt, is het niet verwonderlijk is er een prijs te betalen - de capacitieve scheidingslijn veroorzaakt de ingangsimpedantie van de scope te laten vallen voor hogere frequenties. Toch is dit een waardevolle afweging en aldus dergelijke een compensatie-circuit kan worden gevonden in vrijwel elke oscilloscoop.
Tot slot de twee diodes (D1, D2) fungeren als input bescherming, geen signalen naar de voorversterker die hoger zijn dan ofwel knippen + 5V of 0V door meer dan één diode neerzetten. Ze moeten worden fast-switching (zowel geleiding als in herstel) en lage input capaciteit hebben. Aan de andere kant, gegeven de hoge input weerstandswaarde (900 kOhm) tussen input en diode ze niet hoeven te shunt alot van huidige zelfs bij grote overspanningen bij de ingang van het toepassingsgebied. De diodes gebruikt (1N914) zijn zeer gemakkelijk beschikbaar, maar bieden zeer snel naar andere overschakelen. (Eigenlijk bijna elke CMOS IC, met inbegrip van de opamp, heeft een gelijkaardige bescherming structuur op hun in- en uitgangen, maar voor de "van de werkingssfeer inputs," die onderworpen aan aanzienlijke overspanningen worden kunnen wilde ik niet vertrouwen op dit voor afzekering). R1 is gewaardeerd met een statische belasting van bij ten minste 100V of 200V (afhankelijk van het specifieke model), dus dit goede stahoogte in vergelijking met het bereik van de opgegeven ingangssignaal (25V piek geeft). Voor korte tijd de input structuur veel hogere spanningen kan weerstaan (maar niet afhankelijk zijn van dat!).
