ADALM2000 – Regulowany układ wyzwalania zewnętrznego

ADALM2000 to uniwersalny zestaw pomiarowy zawierający szereg przydatnych, wręcz niezbędnych przyrządów w warsztacie każdego elektronika. W artykule opisano ciekawy układ zwiększający możliwości pomiarowe.

Cel

Celem niniejszego ćwiczenia laboratoryjnego jest zbadanie układu umożliwiającego podłączanie sygnałów analogowych do cyfrowych wejść wyzwalania zewnętrznego modułu ADALM2000.

Wprowadzenie

Oscyloskop zestawu ADALM2000 jest najczęściej wyzwalany sygnałem podawanym na jedno z wejść analogowych. Dzięki temu wyświetlane są stabilne przebiegi czasowe (wyrównane do zerowego punktu na osi czasu) w oparciu o kanał wybrany jako źródło wyzwalania. Czasami pożądane jest jednak wyzwalanie (odniesienie do zerowego punktu na osi czasu) za pomocą trzeciego sygnału pochodzącego z innego punktu testowanego układu. Rozwiązania sprzętowe modułu ADALM2000 udostępniają dwa zewnętrzne cyfrowe wejścia/wyjścia, T1 i T0, które można wybrać jako wejścia wyzwalające. Przy użyciu tych wejść cyfrowych wyświetlane przebiegi zostaną wyrównane względem narastającego zbocza podanego sygnału (w oparciu o nie zostanie ustawiony zerowy punkt czasu). Są to jednak wejścia cyfrowe, które dopuszczają napięcia wejściowe wyłącznie w zakresie od 0 V do 5 V. Mają one ponadto stałe napięcie progowe. Aby umożliwić użycie tych zewnętrznych wejść do wyzwalania wejściowych sygnałów analogowych, a więc zmieniających się w zakresie od –5 V do +5 V, potrzebny jest układ komparatora napięcia wraz z regulowanym źródłem napięciowym, za pomocą którego można ustawiać poziomu wyzwalania.

Materiały

• Uniwersalny zestaw pomiarowy ADALM2000
• Stykowa płytka prototypowa
• Przewody połączeniowe
• Komparator AD8561 (lub alternatywnie AD790 o nieco innym rozkładzie pinów) – 1 szt.
• Sześciokanałowy inwerter CMOS 74HC04 (lub CD4007, patrz dodatek) – 1 szt.
• Rezystory 1 kΩ – 3 szt.
• Rezystor 1 MΩ – 1 szt.
• Potencjometr 10 kΩ – 1 szt.
• Kondensator 0,1 μF – 1 szt.
• Kondensator 0,0047 μF – 1 szt.

Instrukcja

Zbuduj na płytce prototypowej bez lutowania układ pokazany na rysunku 1. Komparator analogowy AD8561 ma wyjścia proste i komplementarne. Wejście pierwszego inwertera można dołączać albo do wyjścia na pinie 7 (wyzwalanie zboczem narastającym), albo do wyjścia na pinie 8 (wyzwalanie zboczem opadającym). Zacznij od połączenia z pinem 7. Zalecany jest inwerter sześciokanałowy 74HC04, ale można go zastąpić inwerterem sześciokanałowym CD4069 lub zbudować dwa inwertery przy użyciu macierzy tranzystorowej CD4007 (patrz dodatek).

Układ AD8561 charakteryzuje się bardzo szerokim pasmem przenoszenia i reaguje na wszelkie zakłócenia o wysokiej częstotliwości, które mogą występować w sygnale wejściowym. Jeśli poziom sygnału wejściowego jest bliski napięciu progowemu (VTH), może wystąpić bardzo szybkie, wielokrotne przełączanie się jego wyjść. Zakłócenia te spowodują, że przebieg wyświetlany na ekranie będzie podskakiwał lub drgał w przód i w tył, sprawiając wrażenie niestabilnego. Rezystor R5 i kondensator C1 tworzą filtr dolnoprzepustowy i są umieszczone pomiędzy dwoma stopniami inwertora. Dzięki niemu redukowane są bardzo szybkie skoki przełączania. Stała czasowa tego filtra powinna być dobrana w zależności od charakteru sygnału używanego jako zewnętrzny sygnał wyzwalający.

Rysunek 1. Analogowy układ wyzwalania

Konfiguracja sprzętu

W generatorze przebiegów AWG1 należy wybrać przebieg trójkątny o amplitudzie międzyszczytowej 8 V, offsecie 0 V i częstotliwości 5 kHz. Skalowanie osi pionowej i poziomej oscyloskopu dobieramy tak, aby był wyświetlany co najmniej jeden pełny okres wejściowego przebiegu trójkątnego. Zasilacze należy włączyć dopiero po dokładnym sprawdzeniu połączeń w układzie.

Rysunek 2. Połączenia analogowego układu wyzwalania na płytce prototypowej

Procedura

Przed rozpoczęciem pomiarów należy ustawić źródło wyzwalania oscyloskopu z kanału 1 zboczem narastającym, z poziomem ustawionym na 0 V. W kanale 1 powinno być widoczne zbocze narastające przebiegu trójkątnego, wyśrodkowane w punkcie zerowym na osi poziomej. Zbocze narastające sygnału cyfrowego drugiego inwertera w kanale 2 powinno pojawiać się w różnych momentach na osi poziomej, w zależności od ustawienia potencjometru R3. Zmieniaj położenie suwaka tego potencjometru w górę i w dół od jednego końca zakresu do drugiego i obserwuj, gdzie w danym momencie pojawia się zbocze narastające impulsu w kanale 2 w stosunku do napięcia (oś pionowa) przebiegu trójkątnego.

Rysunek 3. Zrzut ekranu z oscyloskopu przy wyzwalaniu zboczem narastającym w kanale 1 dla różnych położeń suwaka potencjometru

Teraz przełącz źródło wyzwalania oscyloskopu na External 1 (wejście T1) i powtórz regulację potencjometrem R3 od jednego końca jego zakresu do drugiego. Powinieneś móc ustawić punkt zerowy w dowolnym punkcie zbocza narastającego.

Rysunek 4. Zrzut ekranu z oscyloskopu przy wyzwalaniu zboczem narastającym sygnałem zewnętrznym przy innym położeniu suwaka potencjometru

Podłącz teraz wejście pierwszego inwertera do pinu 8 układu AD8561. Punkt zerowy powinien teraz pokrywać się ze zboczem opadającym wejściowego przebiegu trójkątnego. Ponownie powtórz regulację potencjometrem R3, sprawdzając tym samym, czy możliwe jest ustawienie punktu zerowego w dowolnym punkcie zbocza opadającego.

Pytanie:

1. Jakie metody, poza filtrem RC, można zastosować w celu wyeliminowania zakłóceń wynikających z jittera z komparatora?

Odpowiedź można znaleźć na blogu StudentZone.

Dodatek: Budowa inwertera z zastosowaniem matrycy tranzystorów CD4007

Na rysunku 5 przedstawiono schemat i rozkład wyprowadzeń układu CD4007.

Rysunek 5. Rozkład wyprowadzeń matrycy tranzystorów CMOS CD4007

Układ CD4007 umożliwia zbudowanie aż trzech oddzielnych inwerterów. Najprostszym sposobem konfiguracji, jak pokazano na rysunku 6, jest połączenie pinów 8 i 13 razem jako wyjście inwertera. Pin 6 będzie wejściem. Należy pamiętać o podłączeniu pinu 14 (VDD) do zasilania, a pinu 7 (VSS) do masy.

Rysunek 6. Układ inwertera

Drugi inwerter powstaje poprzez połączenie pinu 2 z VDD, a pinu 4 z VSS. Piny 1 i 5 są połączone ze sobą jako wyjście, a pin 3 stanowi wejście. Trzeci inwerter powstaje przez połączenie pinu 11 z VDD, a pinu 9 z VSS, pin 12 stanowi wyjście, a pin 10 wejście.

Autorzy: Doug Mercer i Antoniu Miclaus

Opracowanie Jarosław Doliński