Маленький, простой осциллограф

Некоторое время назад в мои руки попал набор, позволяющий собрать простой осциллограф под наименованием DSO138. Все бы ничего, но у него был сильно ограничена частота измеряемого сигнала. Не скажу, что обозреваемый приборчик намного круче, но у него заявлена полоса пропускания до 4 МГц.
Посмотрим что это такое и как оно работает :) 


   Данный осциллограф изначально даже на странице продавца позиционируется как вариант для обучения, т.е. рассчитан на неподготовленного, начинающего пользователя, который сильно далек от управления более "навороченными" моделями и вполне может запутаться.

Для начала технические характеристики, сразу извиняюсь за местами кривой перевод.
Частота выборки: 20MSa / s
Аналоговая полоса пропускания: 4 МГц
Точность выборки: 8 бит
Размер кэша: 650 байт
Вертикальная чувствительность: 10 мВ / дел ~ 5 В / дел (прогрессивная на 1-2-5)
Горизонтальная скорость сканирования: 1.5us / div ~ 6ms / div (по 1-2-5 прогрессивным образом)
Дисплей: 2,4-дюймовый TFT 320X240 (чип драйвера ILI9325)
Входное сопротивление: 1MОм
Максимальное входное напряжение: 40Vpp (щуп 1: 1), 400Vpp (щуп 10: 1)
Входной сигнал: AC
Фиксация формы сигнала (функция HOLD)

Продается осциллограф в нескольких вариантах комплектации (цены ориентировочные со страницы товара):
1. Осциллограф + кабель питания USB - $17.40 
2. Осциллограф + кабель питания + щуп - $20.09

  Также можно купить отдельно:
3. Щуп 40 МГц - $2.69
4. Кабель BNC-BNC + BNC+ крокодилы - $1.74

Я заказал вариант номер два. В итоге получил два вот таких пакета.
Кстати, осциллограф заказывался у того же продавца, что и LCR-метр, потому стоимость доставки немного снизилась.  

 Так как стоимость доставки зависит от веса, то взвесил сначала комплект по п1, а потом полный вариант по п2.   
Перейдем к осмотру, сначала комплектация.
В большом пакете лежал щуп, кабель питания и всякие мелочи. Пакет плотный с "клапаном", удобно в будущем хранить все дополнительное "хозяйство".   

Кабель питания имеет на одном конце привычный USB штекер, а на втором круглый штекер диаметром 3.5мм.
Щуп самый обычный, кабель мягкий.   



В комплекте была инструкция, прочитав которую я понял, что комплект все таки не совсем полный, не хватает специального контакта заземления в виде пружинки и четырех цветных колечек. Ну колечки это такое, можно и пережить, а вот дополнительный контакт жалко, мне бы очень пригодился :(   

Щуп имеет встроенный делитель 1:10, с соответствующим переключателем. Земляной контакт одет в изоляцию, правда крокодил довольно "дубовый".
Выше я показал инструкцию, согласно ей мой щуп рассчитан на частоту до 40 МГц и напряжение до 600 Вольт. Сам же осциллограф имеет более скромные границы, потому здесь все с приличным запасом.

   

Щуп имеет возможность подстройки, но так как пробовал я при частотах, которые заметно ниже предельной частоты, то регулировка ни на что не влияла.
Для регулировки была также и отверточка, но она мне сильно пригодилась для работы с осциллографом, а не щупом. но следует учитывать, отвертка идет в комплекте к щупу, а не осциллографу. Кстати, цена щупа весьма низкая, как на мой взгляд, у нас в оффлайне они стоят куда дороже.   

А вот и предмет обзора.
Внешне типичный кружок "умелые руки" в школе, простенький корпус, правда присутствует лазерная гравировка, а не банальные наклейки, впрочем это к делу не относится.   

Сверху корпуса расположен цветной дисплей с диагональю 2.4 дюйма и разрешением 320х240. У моего DSO203 дисплей больше как размером, так и разрешением (400х240), хотя и ненамного.
Справа кнопки управления, причем управление предельно простое, здесь нет никаких меню, настроек и пр. Просто пять кнопок -
1, 2. Входное напряжение от 0.01 до 5 В на клетку. 9 ступеней.
3, 4. Развертка, от 1.5мкС до 6мС на клетку, 12 ступеней.
5. Кнопка Hold, просто фиксирует показания на дисплее. Как оказалось, самая используемая кнопка в некоторых ситуациях.  

 На верхнем торце корпуса расположили входной BNC разъем, а также выключатель и разъем питания.
К слову, потребление прибора составляет всего около 150мА, что делает возможным организовать его автономное питание, но так как прибор довольно чувствительный, то рекомендуется применить пару литиевых элементов и линейный стабилизатор напряжения с низким падением. В интернете искать по приставке - Low Drop.   

Снизу отверстие для доступа к подстроечному резистору установки нуля.  

 Разбирается данная конструкция весьма просто, сначала выкручиваем четыре самореза снизу.   

Затем четыре винта сверху и вынимаем плату. В корпусе просверлено отверстие для разъема, потому вынимать плату надо от отверстия.   

Внутри можно увидеть плату осциллографа и довольно знакомый многим радиолюбителям дисплей. Если не путаю, то такой же дисплей применяется и в DSO138.   

Дисплей удерживается только за счет фиксации в разъеме, сверху прижат корпусом, снизу приплавлены две пластмассовые стойки.   

Вот печатная плата сделана весьма неплохо, около каждого элемента проставлен не только позиционный номер, а и номинал, что бывает крайне редко. Прямо "мечта ремонтника" :) Снимал как-то видео, как определить номинал сгоревшего резистора, здесь бы такое не потребовалось.   

Узел питания и входного операционного усилителя. Пайка довольно неплохая, но есть ощущение, что некоторые компоненты меняли после сборки, видны следы флюса.   

Входные цепи и делители сигнала. К сожалению осциллограф умеет работать только с переменным током, впрочем для большинства задач этого более чем достаточно.
По входу стоит конденсатор 330нФ 250 Вольт.

   

Входной делитель. На плате 5 герконовых реле, делитель имеет 9 вариантов входного напряжения. Первые три реле работают в цепи первого ОУ, потом еще пара в цепи второго ОУ, получается 3х3=9 вариантов.

   

Резистор установки нуля. изначально осциллограф пришел с "уплывшим" нулем, установил, но практика показала, что ноль все таки любит иногда "поплавать", потому отверточка нужна довольно часто.

   

Элементы осциллографа:
1. Входной сдвоенный ОУ LM6172 с максимальной частотой в 100 МГц.
2. АЦП - ADS830E, максимальная частота в 60 МГц
3. Асинхронный буфер FIFO с временем доступа не более 12 нС.
4. Микроконтроллер Atmega16A, слева кварцевый резонатор 20 МГц.
5. Просто логическая микросхема
6. Преобразователь напряжения 7660, формирует отрицательный полюс 5 Вольт.
Еще на плате есть линейный стабилизатор напряжения 3.3 Вольта, он виден выше на фото.   

Снизу пайка хоть и относительно качественная, но вот флюс, его много.   

Кроме того, что на плате указаны номиналы компонентов, есть еще и принципиальная схема. Правда в варианте с другим питанием. Здесь за питание отвечает не 7660, а просто собран сетевой БП с двухполярным питанием.
К сожалению качество схемы немного подкачало, но что есть.
Виден входной аттенюатор, АЦП, буфер и микроконтроллер с дисплеем. Схемотехника проста как три копейки, но вполне неплохая для по сути игрушки.   
Посмотрим более внимательно, на базе чего собран осциллограф.
Сразу после первого аттенюатора сигнал попадает на усилитель.
Применен довольно неплохой ОУ с частотой до 100 МГц, что при заявленных 4 МГц более чем с запасом.   
Дальше неплохой 8 бит АЦП производства Burr-Brown с верхней частотой 60 МГц, что также с огромным запасом.
Интересно то, что у DS203, которым я пользуюсь, стоит хоть и сдвоенный АЦП, но имеющий только 40 Мегасемплов.   
Буфер FIFO, насколько я понимаю, максимальная рабочая частота составляет порядка 80 МГц. Применена IDT7205. Похоже, что данная серия выпускается в военном исполнении.   
А вот дальше выводом на экран сигнала, а также масштабной сетки и измерением частоты занимается Atmega16A.
   

Первым делом я сначала решил оценить уровень шумов. Вход не был закорочен, если закоротить, то на экране просто прямая линия.
Слева осциллограф просто лежит на столе, справа я приложил руку к корпусу около входного аттенюатора.   

Не пугайтесь, на самом деле экран осциллографа выглядит куда красивее, все четко и контрастно.   

Просто так как скриншоты осциллограф делать не умеет, то пришлось прибегнуть к "дедовскому способу".   
Для начала в качестве генератора я использовал встроенный в мой привычный DS203.
Пила и треугольник 20 кГц, соответственно так как видит это обозреваемый и мой, вполне неплохо.   

Синус и прямоугольник 20 кГц.
Синус совпадает, а вот у прямоугольника сильно завален передний фронт.   

Предположу что выше генератор работал в режиме DDS, потому я повысил частоту выше 20кГц, так как в таком режиме точно работает именно генератор прямоугольных импульсов.
200 и 500 кГц. пожалуй я бы сказал что даже неплохо, если бы не то, что на одной осциллограмме завалено одно, на другой - другое. Такое впечатление, что изображение зеркальное. В обоих случаях использовался кабель от DS203, подключаясь поочередно на вход одного и другого осциллографа.  

 И тут я случайно увидел одну интересную особенность, возможно это ошибка в программе, возможно так задумано, но осциллограф позволяет заметно уменьшить время развертки, чем заявленные 1.5мкс на клетку.
Я начал переключать режимы развертки (они идут по кругу) и увеличив время смог растянуть сигнал.
Частотометр конечно начал показывать значение "от балды".

    

Ладно, уже любопытно, подаем 1 МГц.

  

 Слева 1.5мкс, справа "неправильный" растянутый режим.

   

Подадим 2 МГц.

   

Ну все думаю, "Бобик сдох", на экране ерунда, в первом режиме не рассмотреть, во втором почти треугольник.    

Но я не сдаюсь и подам 4 МГц. Уже и на экране моего осциллографа нечто слабо напоминающее прямоугольник.   

А на экране обозреваемого "зверька вообще мрак, но...
1. Исходный сигнал на самой короткой развертке, частотомер работает нормально, отображает поданные 4 МГц. Но на сигнал без слез не взглянешь.
2. Увеличиваем время развертки, как я делал выше, ну что, треугольник.
3. А давайте изменим входной аттенюатор с 1 В на клетку до 0.5 В. О, уже заметно лучше.
4. Ну а теперь еще растянем развертку. Даже на прямоугольник похоже :)

С другой стороны, выше 4 МГц никто собственно и не обещал.

   

Следующий эксперимент провел уже в этом режиме, кстати, встроенный частотомер при частоте в 6МГц уже начинает показывать ерунду. Но как оказалось, отображаемая на экране частота все равно кратна реальной частоте входного сигнала.
1. 6 МГц, на экране отображает как 2 кГц, т.е. в 3000 раз меньше.
2. 8 МГц, на экране 2.8 кГц, что также примерно в 3000 раз меньше чем 8 МГц.

Но ведь работает же. У меня создалось впечатление, что каким-то образом выводится не весь реальный сигнал, и сильно разделенный, т.е. из него "вынули" большую часть и он приобрел вменяемый вид.
К сожалению мне особо нечем тестировать на высоких частотах.

   

Вообще, справедливости ради, сначала я пробовал проводить тесты с другим генератором сигналов.   

И я бы не добавлял их в обзор, если бы не некоторые мелочи, которые я заметил в процессе.
Для начала сигнал 8 МГц в штатном виде и растянутый, как я делал выше.   

Но если его растянуть еще больше, то он приобретает такой вид, возможно кому нибудь данная информация даст почву для размышлений.  

 А вот так выглядит треугольник и пила, поданная с этого генератора на обозреваемый осциллограф и мой основной.
Частота 65кГц. 

 

 Раз уж тестирую, то проверю как данный осциллограф работает с более реальными сигналами. Например осциллограмма из одного моего обзора блока питания. правда здесь использовался конденсатор параллельно щупу, как я делал в последних обзорах БП.   

Тот же блок питания, примерно та же нагрузка, но с разными параметрами вывода сигнала.
Похоже? На мой взгляд да.

   

Возможно кому-то осциллограмма, которую я показал выше, покажется не очень наглядной, потому я подобрал один из блоков питания, где пульсации имеют более привычный вид.
Один и тот же блок питания, слева нагрузка 50%, справа 100%. В обоих случаях осциллограммы совпадают, причем на обозреваемом можно еще растянуть картинку в 2 или 4 раза.
Но при этом мой осциллограф работает при минимально возможных 50мВ на клетку, а у обозреваемого можно увеличить чувствительность еще в 5 раз, доведя до 10мВ на клетку. Правда обнаружился и небольшая "особенность", у одного осциллографа размах пульсации получился больше, чем у другого. Кстати, у обозреваемого значение полного размаха отображается довольно корректно.

   

Групповое фото, DSO138, обозреваемый и DS203. 

  

В качестве выводов могу сказать, что осциллограф приятно удивил и прежде всего весьма неплохой элементной базой и простотой схемного решения. В плане функционала он конечно проиграет даже DSO138, не говоря о DS203, но вот в плане характеристик он стоит на голову выше чем DSO138 и я бы сказал, что в чем-то он не сильно и хуже моего. Не стоит забывать, что в DS203 применен АЦП с максимальной частотой 40 МГц, а в обозреваемом 60 МГц.
Входной аттенюатор построен без хитрых коммутаторов, только лишь на базе самых простых реле, но данное решение работает.
Из минусов отмечу то, что режим входа только АС, а не AC/DC, как у DSO138 и DS203.
Зато из плюсов простейшее управление, которое к сожалению все равно добавило ложку дегтя в виде некоторых сложностей в работе встроенного триггера, отвечающего за удержание сигнала на экране. Именно про это я писал выше, когда речь шла о кнопке Hold. В некоторых ситуациях осциллограф не может удержать стабильно сигнал на экране и он начинает "дергаться", при нажатии на кнопку Hold результат получается чаще всего нормальный, просто надо привыкнуть к этому.
Самая большая странность, прямоугольник на частоте 20кГц.

В остальном весьма интересный вариант для самых начинающих радиолюбителей, который прост в управлении и позволяет применить его и на практике, например при работе с блоками питания.
Кроме того, данный осциллограф продается в корпусе (это и преимущество и недостаток одновременно), а также имеет питание 5 Вольт. Я пробовал питать его от повербанка, работает отлично.
Видеоверсия обзора


  Покупал через посредника yoybuy.com, стоимость комплекта около 22 долларов, стоимость доставки зависит от страны, в обзоре указан вес составных частей.
Реферальная ссылка для регистрации, насколько я помню, можно получить бонус 10 долларов от 50. Ссылка не моя, моих бонусов там нет :)

На этом у меня все, как всегда жду вопросов, надеюсь что обзор был полезен.