Для спостереження змін у часі будь-яких фізичних величин після перетворення їх на зміни електричної напруги використовують електронний осцилограф, який є складним вимірювальним приладом, а отже і дорогим. З розвитком комп'ютерних технологій розроблено багато програм, які емулюють роботу реальних осцилографів. Їх називають віртуальними і що саме головне, що багато з них можна безкоштовно скачати з Інтернету.
Почнемо огляд з Oscіlloscope 2.51, який містить у собі двопроменевий осцилограф і спектроаналізатор, частотний діапазон: 20 Гц – 20 кГц. Компонування осцилографа й аналізатора спектра досить зручне. Регулятори організовані у виді повзунків, його функціональність вище, ніж у попередньому випадку. Органи керування розташовані у верхній частині вікна у вигляді кнопок, повзункові регулятори – збоку від екрана осцилографа (мал.2.5).
Оскільки осцилограф двопроменевий, то для нього можуть використовуватися обидва канали звукової карти. Відповідний режим вмикається кнопкою над екраном осцилографа. Вибір режиму синхронізації здійснюється групою кнопок "Trіgger…", хоча часто буває, що сигнал навіть досить правильної форми неможливо синхронізувати ні тим, ні іншим способом.
Мал.2.5 Віртуальний осцилограф Oscіlloscope 2.51
Основні органи керування розташовані збоку від екрана. Чутливість встановлюється двома вертикальними регуляторами окремо для променів Y1, Y2, поруч з ними знаходяться повзунки меншого розміру для можливості вертикального зсуву сигналів променів.
У наступному блоці першим йде регулятор розгортки "Т". З ним зв'язані дві кнопки над екраном – "5 ms/div" та "0,5 ms/div". Зображення на кнопках відповідає сигналу більшого і меншого періоду. Числове значення розмірності часу відображається у вікні "Sweep", однак відображуване значення відноситься не до одного кроку сітки, як звичайно, а до всього екрану. У віконцях під екраном відображаються значення тієї точки екрану, на яку наведений курсор миші. Для більш точного виміру в такий спосіб варто включити кнопку "Meter mode" і тоді курсор набуває форму перехрестя.
З режиму осцилографа легко перейти в режим спектроаналізатора, Для цього досить натиснути кнопку "FFT" праворуч над екраном. При цьому у вікні "Sweep" значення починають відображатися вже в Гц. Режим аналізатора спектру зручно також використовувати для визначення частоти стабільного сигналу на осцилографі. У цьому випадку, переключивши з осцилографа на спектроаналізатор, сигнал буде зображений у виді гострого піка на шкалі частот (мал.2.6). Навівши мишкою на середину піка сигналу перехрестя покажчика, ви побачите у віконці під екраном числове значення частоти цього сигналу.
Мал.2.6 Програма Oscіlloscope 2.51 в режимі аналізатора спектру
Програма демонстраційного осцилографа розроблена в Україні, і тому її інтерфейс цілком зрозумілий (мал.2.7). Прилад складається з двох функціональних модулів: осцилографа і генератора сигналів звукової частоти.
За допомогою цього приладу можна вивчати електричні сигнали, отримані від зовнішніх пристроїв, генерувати електричні коливання звукової частоти, подавати їх до зовнішніх електричних кіл, вивчаючи їхній вплив на параметри електричних сигналів.
Користуватись даною програмою не дуже зручно, оскільки поновлення картинки осцилографа відбувається досить повільно, що свідчить про низьку частоту дискретизації. Крім того функціональні генератори обмежені по частоті звукового діапазону (до 3000 Гц). Але слід відмітити стабільну картинку осцилограм, що дає можливість використовувати програму в якості осцилографа для спостереження фігур Лісажу.
Мал.2.7 Демонстраційний осцилограф
Віртуальний двопроменевий осцилограф "РадиоМастер" (версія 1.2) володіє достатньо великими можливостями, крім того простий в керуванні і має російськомовний інтерфейс (мал.2.8).
Він дозволяє досліджувати напругу змінного струму в діапазоні частот від 30 Гц до 20 кГц по двох каналах з амплітудою від декількох мілівольт до десятків вольт, легко визначає амплітуду сигналів і запам'ятовує осцилограми в графічних файлах. Недоліком є неможливість побачити та виміряти постійну складову сигналів.
На панелі віртуального приладу розміщені органи керування, які є типовими для реальних осцилографів, а також спеціальні ресурси налаштування. Внизу зліва знаходиться панель "Y", яка призначена для керування каналами 1 та 2 по вертикалі. Якщо проводиться дослідження одного каналу, то необхідно зняти галочку і встановити її, якщо по двох. Регулятори чутливості каналів представлені кнопками зі стрілками "вверх" та "вниз". Чутливість кожного каналу можна змінювати в межах від 1 мВ до 1000 мВ. Поруч з правої сторони розміщені регулятори зміщення променів першого та другого каналів. Кнопки "0" дозволяють встановити промені посередині екрана осцилографа.
Мал.2.8 Віртуальний двопроменевий осцилограф "РадиоМастер"
Правіше панелі "Y" розташована панель "Х". Вона призначена для керування променями по горизонталі. У верхній частині знаходиться регулятор частоти розгортання в межах від 50 до 10 000 мікросекунд на поділку. Керування частотою розгортання здійснюється двома кнопками зі стрілками "вліво" та "вправо". У нижній частині панелі знаходиться регулятор зсуву променів по горизонталі. Поруч знаходиться кнопка "0", що дозволяє установити промені посередині екрана.
В нижньому лівому куті розташована панель "Спектр", а на ній кнопка "Вкл/Выкл", за допомогою якої можна здійснювати перехід в режим аналізатора спектру. Режим динамічного характериографа вмикається кнопкою "Вкл/Выкл" на панелі "Y(X)". Цей режим використовується для порівняння частот і фаз сигналів по фігурах Лісажу. Правіше розміщена панель "Развертка". Вона призначена для вибору типу розгортки по горизонталі. При включенні осцилографа за замовчуванням установлюється безперервна розгортка. Якщо клацнути лівою кнопкою мишки по кнопці "Непрер", то осцилограф перейде в режим розгортки очікування. Для переходу в режим безперервної розгортки необхідно клацнути по кнопці "Ждущ".
Для синхронізації осцилографа необхідно клацнути по кнопці "Вкл/Выкл" на панелі "Синхро". Якщо синхронізувати сигнал не вдається, то спробуйте зменшити частоту дискретизації. Запуск ще однієї програми-осцилографа може зняти питання по нестабільності картинки на екрані осцилографа.
Після виготовлення і підключення атенюатора (додаток А) до звукової карти необхідно виконати калібрування по напрузі. Для цього подайте на обидва входи "12,5 В" атенюатора сигнал відомої напруги в межах 10¸15 В від загального джерела синусоїдальної форми з частотою 500..2000 Гц. Після цього натисніть кнопку "Калибр" на панелі "Настр" і введіть значення амплітуди, виражене в мілівольтах, після чого натисніть клавішу "Enter" на клавіатурі. При необхідності зробіть калібрування по входах "250", подавши на обидва входи напругу змінного струму амплітудою 150¸200 В.
Застереження: Не під'єднуйте вхід комп'ютера до мережі 220 В.
Характеристики осцилографа в значній мірі залежать від параметрів звукової карти комп'ютера. Використовуючи наявний на панелі "Настр" перемикач частоти дискретизації, випробуйте свою звукову карту, і виберіть найвищу можливому частоту. Уже при 96 кГц можна впевнено розглядати сигнали до 20 кГц.
Програма запам'ятовує всі установки і відновлює їх при наступному ввімкненні осцилографа.
Ці та інші програми можна скачати з Інтернету за адресами: