Sezioni
Oscilloscopio con una scheda audio
Descrizione di un circuito per usare la scheda audio dei computer come grezzo oscilloscopio
Le schede audio sono più o meno come degli oscilloscopi, però non dotati di particolari controlli e ristretti ad una stretta gamma di frequenze, cioè da 20 Hz fino a circa 20 kHz o 45 kHz, nei casi più comuni. Un oscilloscopio scarso supera invece abbondantemente il MHz, consentendo di visualizzare dettagli più fini del segnale entrante. Un'altra differenza sostanziale sta nel fatto che le schede audio hanno il necessario per rimuovere la componente in continua del segnale, in altre parole il valore medio dell'onda è sempre zero, anche se in ingresso viene fornita una tensione costante diversa da zero. Per finire, il valore assoluto massimo della tensione in entrata, a seconda della scheda audio, varia da 1,4 V a 3 V, mentre un oscilloscopio accetta segnali anche di 20 V o più.
Il presente progetto mira quindi a costruire un adattatore che permetta di connettere la scheda audio a segnali esterni che superano i limiti di tensione e a proteggere la scheda audio da eventuali danneggiamenti. Nel caso qualcuno fosse in grado di modificare la propria scheda audio per permettere la visualizzazione di segnali in continua, questo adattatore permette di reintrodurre l'eliminazione della componente DC del segnale.
Lo schema completo per un solo canale è mostrato nella seguente figura, prodotta con il programma FidoCadJ. Il sorgente del circuito è disponibile per il download.
Sulla sinistra è presente un partitore di tensione con le resistenze calcolate in maniera da ottenere in uscita un segnale che è 1x, 1/10x, 1/100x o 1/1000x del segnale in entrata. Le resistenze sono state misurate individualmente e il calcolo indica un errore massimo del 2,5% dai valori previsti. Il selettore S1 a 4 posizioni definisce il livello di riduzione del segnale.
Il selettore S2 a 3 posizioni definisce invece il tipo di segnale da lasciare passare: AC, DC o nullo (massa). Con una scheda audio normale i primi due hanno lo stesso effetto, mentre chi modifica la propria scheda audio opportunamente potrà usare le due posizioni per escludere o meno la componente continua del segnale.
Segue una sezione con due led e due diodi zener da 6,2 V, utili per evitare il danneggiamento del circuito a valle in caso di errato uso del partitore di tensione: la massima gamma di tensioni in ingresso è quindi circa -6 V .. +6 V, compatibile con l'uso di due pile da 9 V per l'alimentazione. La resistenza R5 è usata per limitare la corrente sui diodi. Vi sono due rami di diodi in maniera da proteggere sia per tensioni positive che negative eccessive.
R6 viene usato per stabilizzare il comportamento dell'opamp e non lasciare il segnale in ingresso libero. L'opamp è configurato come amplificatore non invertente e viene usato il selettore S3 a 3 posizioni per definire il rapporto di amplificazione. Può essere 1x, 10x, 100x. L'alimentazione dell'opamp deve essere doppia ed è stabilizzata da due piccoli condensatori.
In uscita dall'op-amp vi sono altri due diodi che proteggono la scheda audio da un errato uso dell'amplificazione. La massima tensione che arriva alla scheda audio è quindi circa 1,8 V, corrispondente alla tensione di soglia dei LED scelti (rossi). In fondo al circuito va connessa la scheda audio.
Al momento della costruzione è possibile sostituire S1 e S3 con un unico selettore doppio a 6 posizioni e 2 vie, in maniera da impostare assieme correttamente la riduzione e la moltiplicazione del segnale (quando vi è riduzione, la moltiplicazione è zero, mentre quando vi è moltiplicazione, l'attenuazione è nulla). Ciò è fattibile perché l'opamp accetta una gamma di tensioni più ampia di quella della scheda audio.
Le seguenti foto mostrano diverse fasi della costruzione dell'adattatore.
Primo test con un circuito semplificato, la dinamo è usata come generatore del segnale.
Test con un circuito migliorato, dopo i suggerimenti di Davide Bucci, l'autore del software FidoCadJ. Sono presenti i led di sicurezza.
Lo stesso circuito (penso) con un layout più chiaro.
I due selettori a 6 posizioni e due vie (ho costruito un apparato a due canali) con le resistenze saldate direttamente tra i piedini.
Il circuito che comincia a essere saldato su una scheda millefori.
La scheda figlia da applicare separatamente e con i led di sicurezza.
La scheda figlia applicata con della colla a caldo vicino al selettore della modalità di funzionamento.
Prosecuzione della scheda madre.
I primi fili collegati dentro alla scatola in cui sono già presenti i due attacchi coassiali per gli ingressi.
La scheda madre con evidenziati i due canali, per non fare errori.
La scatola con tutti i cavi e le due schede millefori per un test prima della chiusura. Si vede la connessione con un jack per l'uscita del segnale.
Altra visione della scheda madre.
Foto mentre tentavo di inserire tutto nella scatola.
Con anche una seconda pila da 9 V, la prima è sotto alla scheda madre isolata con del nastro adesivo per evitare contatti. Ho deciso di lasciare il filo di alimentazione lungo.
L'aspetto della parte superiore della scatola prima di fissare le stampe (un foglio di carta attaccato ad un foglio da lucidi) alla scatola.
Le stampe separate dalla scatola.
Retro della stampa con i bordi pitturati di verde per non apparire bianchi (da evitare in futuro, serve solo a sbavare).
I selettori fissati in maniera definitiva.
Il risultato prima di attaccare le manopole.
Esistono molteplici software per Windows e Linux per mostrare a video il segnale di ingresso nella scheda audio, sotto Mac ho usato MacCRO X, un vecchio programma non più sviluppato. La versione ufficiale era compilata solo per processori PPC, quindi era molto lenta sotto Mac con processori Intel. Ho scaricato i sorgenti (successivi all'eseguibile per PPC, infatti l'interfaccia è diversa e più grezza) e corretto gli errori alla buona. Sono riuscito a far compilare il tutto, allego qui i sorgenti con le mie modifiche e qui il programma compilato per Intel. Il sito da cui ho preso tutto è http://scopeapp.sourceforge.net/
Autore: Olaf Marzocchi
Prima stesura: 2009-11-14.
Ultimo aggiornamento: 2014-02-16.