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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。. l; ^* J: ~* b% G; Q
外观及使用1 }1 t, U, W2 p e% v
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。& B" _5 i8 M1 I8 N$ F$ i
/ T) H y( e+ [: T/ r 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。
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2 l% V7 \$ C2 Z1 v/ P- s, P 电路原理图
9 e5 o# S0 u- _2 r; x; E, s/ } 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。7 t# D/ c# j& j5 s ^% p( N
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' ~7 w' p0 f* B0 i5 A$ X 制作过程4 L( i& _# ?+ d* K) B+ L2 o3 U
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。7 j2 g& c( o, z$ E4 [- z
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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。/ b0 ^. ?7 `) O: n1 A
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。
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: m% x4 k" o1 \' ], P$ J( Q* | 原理分析; b3 Q% S: c( ~: n4 m( m
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。
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- n3 t7 f% u. @ 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。9 I7 S' e3 G9 ]& u \& r
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。7 `5 p2 M3 m" M# q! B
2 |8 z' U# i( N5 s8 h 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。% k/ v, ^5 [" S4 ]4 h: X- e$ K* t
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发表于 2010-4-13 22:34:06
