PC-Oszilloskop

TEILE UND MATERIALIEN

• IBM-kompatibler PC mit Soundkarte, auf dem Windows 3.1 oder besser läuft
• Winscope-Software, kostenlos aus dem Internet heruntergeladen
• Elektronische „Tastatur“ (musikalisch)
• "Mono"-Kopfhörerstecker (nicht Stereo) für die Tastatur
• "Mono"-Kopfhörerstecker (nicht Stereo) für den Mikrofoneingang der Computer-Soundkarte
• 10 kΩ Potentiometer

Das von mir verwendete Winscope-Programm wurde von Dr. Constantin Zeldovich für den kostenlosen persönlichen und akademischen Gebrauch geschrieben. Es zeichnet Wellenformen auf dem Computerbildschirm als Reaktion auf Wechselspannungssignale auf, die vom Mikrofoneingang der Soundkarte interpretiert werden. Ein ähnliches Programm namens Oscope , ist für das Linux-Betriebssystem gemacht. Wenn Sie keinen Zugriff auf eine der beiden Softwares haben, können Sie das Dienstprogramm „Sound Recorder“ verwenden, das in den meisten Versionen von Microsoft Windows standardmäßig enthalten ist, um grobe Wellenformen anzuzeigen.

QUERVERWEISE

Lektionen in Stromkreisen , Band 2, Kapitel 7:„Mischfrequenz-Wechselstromsignale“

Lektionen in Stromkreisen , Band 2, Kapitel 12:„AC-Messkreise“

LERNZIELE

• Um ein Computerprogramm als Oszilloskop zu verwenden
• Um die Grundfunktion eines Oszilloskops zu zeigen

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

Das Oszilloskop ist ein unverzichtbares Prüfgerät für den Elektronikstudenten und -profi. Ein (oder zwei!) sollte in keinem ernsthaften Elektroniklabor fehlen. Leider sind kommerzielle Oszilloskope in der Regel teuer, und es ist fast unmöglich, ein eigenes Oszilloskop zu entwickeln und zu bauen, ohne ein anderes Oszilloskop zur Fehlersuche zu verwenden! Die Soundkarte eines Personal Computers ist jedoch in der Lage, Niederspannungs-Wechselstromsignale von einigen hundert Hertz bis zu mehreren tausend Hertz mit respektabler Auflösung zu „digitalisieren“, und es gibt kostenlose Software, um diese Signale in Oszilloskopform auf dem Computer-Bildschirm. Da die meisten Leute entweder einen PC besitzen oder einen zu einem geringeren Preis als ein Oszilloskop erwerben können, ist dies eine praktikable Alternative für Experimentatoren mit kleinem Budget.

Ein Wort zur Vorsicht:Sie können Ihrem Computer erheblichen Hardwareschaden zufügen, wenn Signale mit zu hoher Spannung an den Mikrofoneingang der Soundkarte angeschlossen werden! Die von einer Musiktastatur erzeugte Wechselspannung ist zu niedrig, um Ihren Computer über die Soundkarte zu beschädigen, aber andere Spannungsquellen können die Gesundheit Ihres Computers gefährden. Verwenden Sie dieses „Oszilloskop“ auf eigene Gefahr!

Verbinden Sie den Tastaturausgang mit der im vorherigen Experiment beschriebenen Tastatur- und Steckeranordnung mit den äußeren Anschlüssen eines 10 kΩ-Potentiometers. Löten Sie zwei Drähte an die Anschlusspunkte am Mikrofoneingangsstecker der Soundkarte, sodass Sie einen Satz „Testleitungen“ für das „Oszilloskop“ haben. Verbinden Sie diese Messleitungen mit dem Potentiometer:zwischen dem mittleren Anschluss (dem Schleifer) und einem der äußeren Anschlüsse.

Starten Sie das Winscope-Programm und klicken Sie auf das „Pfeil“-Symbol in der oberen linken Ecke (es sieht aus wie der „Wiedergabe“-Pfeil auf den Bedientasten des Kassetten- und CD-Players). Wenn Sie eine Taste auf der Musiktastatur drücken, sollten Sie eine Art Wellenform auf dem Bildschirm sehen. Wählen Sie die „Panflöte“ oder eine andere flötenähnliche Stimme auf der Musiktastatur für die beste Sinuswellenform. Wenn der Computer eine Wellenform anzeigt, die einer Rechteckwelle ähnelt, müssen Sie das Potentiometer auf ein Signal mit niedrigerer Amplitude einstellen. Fast jede Wellenform wird „beschnitten“, um wie eine Rechteckwelle auszusehen, wenn sie die Amplitudengrenze der Soundkarte überschreitet.

Testen Sie verschiedene Instrumenten-„Stimmen“ auf der Musiktastatur und notieren Sie die verschiedenen Wellenformen. Beachten Sie, wie komplex einige der Wellenformen im Vergleich zur Panflötenstimme sind. Experimentieren Sie mit den verschiedenen Steuerelementen im Winscope-Fenster und achten Sie darauf, wie sie das Erscheinungsbild der Wellenform verändern.

Als Testgerät ist dieses „Oszilloskop“ ziemlich dürftig. Es ist fast nicht in der Lage, präzise Spannungsmessungen durchzuführen, obwohl seine Frequenzgenauigkeit überraschend gut ist. Es ist sehr begrenzt im Bereich von Spannung und Frequenz, die es anzeigen kann, was es auf die Analyse von Audiotönen im unteren und mittleren Bereich beschränkt. Ich habe nur sehr wenig Erfolg gehabt, das „Oszilloskop“ dazu zu bringen, gute Rechteckwellen anzuzeigen, vermutlich wegen seines begrenzten Frequenzgangs.

Außerdem verhindert der Kopplungskondensator in den Mikrofoneingangsschaltungen der Soundkarte, dass die Gleichspannung gemessen wird:Es ist, als ob die "AC-Kopplung"-Funktion eines normalen Oszilloskops "eingeschaltet" wäre. Trotz dieser Mängel ist es als Demonstrationswerkzeug und für erste Erkundungen der Wellenformanalyse für Anfänger der Elektronik nützlich.

Für Interessierte gibt es mehrere professionelle Oszilloskop-Adaptergeräte, die für PCs hergestellt werden und deren Leistung die einer Soundkarte weit übertrifft, und sie werden in der Regel zu geringeren Kosten verkauft als ein komplettes eigenständiges Oszilloskop (ca Jahr 2002).

Radio Shack verkauft eine von Velleman, Katalog-Nr. 910-3914. Die Verwendung eines Computers als Anzeigemedium bringt viele Vorteile mit sich, nicht zuletzt die Möglichkeit, Wellenformbilder einfach als digitale Dateien zu speichern.