Een RTA-programma gebruiken als oscilloscoop of circuitanalysator: 4 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Het doel van deze truc is om kijkers een betaalbare optie te geven om de elektrische signalen van hun circuits en apparaten te bekijken met behulp van real-time analyseprogramma's (RTA). Het belangrijkste voordeel van deze benadering ten opzichte van een oscilloscoop is dat RTA-programma's kunnen functioneren als zowel een oscilloscoop voor het zien van spanning als een RTA voor het zien van frequentierespons.

Een oscilloscoop is goed voor eenvoudige tonen, maar complexe signalen zijn moeilijk te onderscheiden. Een RTA geeft een beeld van het frequentiespectrum van het te testen signaal. Dit is goed voor het identificeren van de harmonische inhoud in een signaal, eventuele hoogfrequente ruisinhoud en ook om de effecten van filters te bepalen.

Toepassingen zijn onder meer:

• Het daadwerkelijke effect van passieve crossovers of filters bekijken om te zien wat hun exacte effect is. Dit is handig voor aangepaste luidsprekerontwerpen met aangepaste passieve crossovers.
• De output van een circuit bekijken voor of na ruisfilters, of gewoon zelf op zoek naar ruis.
• Het bekijken en opslaan van oscilloscoop-uitgangen of sporen.
• Frequentieresponsuitgangen bekijken en opslaan.
• Het begin van signaalclipping bekijken (overschrijding van spanningsrails of bereik) en de harmonischen die met clipping gepaard gaan. Dit biedt ook een goede manier om clipping-detectoren te testen door de omstandigheden te volgen die het circuit activeren.
• Problemen met circuits oplossen door naar zowel spannings- als frequentiecomponenten te kijken.
• Het meten van de frequentierespons van audioversterkers en bepalen of er filters in het systeem zitten - dit is handig om te bepalen hoe het signaal eruit ziet in OEM/Factory audiosystemen (auto's, stereo's, enz.). Als je iets beter wilt laten klinken dan het in de fabriek doet, is het handig om te weten waarmee je werkt.

De embedded video biedt een verhalende uitleg van het proces. Afbeeldingen omvatten de setup-bank en een blokschema van signaalroutering.

Stap 1: Bepaal de bedrijfsspanningen

Om een computergebaseerde real-time analyser (RTA) te gebruiken om het elektrische gedrag van uw circuit te meten, moet u bepalen welk spanningsbereik uw circuit zal produceren. De input voor de meeste computergeluidskaarten is vrij laag, slechts een volt. OVERSCHRIJD HET INGANGSSPANNINGSBEREIK NIET! Dit betekent dat circuits met hogere uitgangsspanningen die spanning tot een acceptabel niveau moeten verlagen. Dit kan worden gedaan met een spanningsdelerweerstandsnetwerk of een lijnuitgangsconvertercircuit of -apparaat. Als je kijkt naar de output van een audioversterker, dan is een line output converter een perfect apparaat voor dit doel. De lijnuitgangsconverter neemt signalen op luidsprekerniveau op en reduceert deze tot signalen op lijnniveau via weerstandsnetwerken of een audiotransformator. U wilt rekening houden met frequentiebereiken omdat sommige op transformatoren gebaseerde lijnuitgangsconverters de frequentierespons zullen beïnvloeden.

Om de uitgangsspanning van uw circuit of apparaat te bepalen (als u dit nog niet weet), moet u deze meten met een voltmeter om zowel de AC- als DC-spanningskarakteristieken te bepalen. Als de spanning moet worden verlaagd, houd dan de verhouding bij (output: input) zodat u de resultaten kunt vertalen. Houd er ook rekening mee dat uw DMM de gemiddelde of RMS-spanning meet en dat uw scoop gemakkelijk piekspanning weergeeft, zie de bijgevoegde afbeelding.

Als de uitgangsspanning 10VAC is en u een weerstandsnetwerk of lijnuitgangsconverter toepast die deze terugbrengt naar 1VAC, heeft u een verhouding van 10:1. Dat betekent dat een meting van 0,5 VAC op het programma zich vertaalt in een werkelijke circuituitgang van 5 VAC (0,5 x 10 = 5).

Ik heb deze methode gebruikt om de uitgangen van krachtige audioversterkers te meten. Houd gewoon uw spanningsbereik bij en let op welke belasting het apparaat ziet. Natuurlijk heb je andere versterkingsfasen beschikbaar, dus het is logisch om een gemeten niveau met het programma te controleren en de audioversterking op de pc aan te passen om een bruikbare verhouding te bereiken.

Dit is een goed moment om te vermelden dat elk circuit of apparaat een uitgangsimpedantie en een ingangsimpedantie heeft. Je apparaat of circuit zou hier al rekening mee moeten houden in het ontwerp en de meeste audio-ingangen hebben een hoge ingangsimpedantie (ongeveer 10k ohm). Als er meer informatie gewenst is over dit onderwerp, zijn er video's online die dit onderwerp uitleggen (kijk voor lezingen zoals "ingangs- en uitgangsweerstand van circuits en de spanningsdelers").

Stap 2: Verzamel de benodigde componenten

Omdat deze tip en truc een realtime analyseprogramma (RTA) vereist, heb je een pc of tablet nodig met een audio-ingangskaart of -functie. U hebt ook een RTA-programma nodig om op de pc of tafel te kunnen draaien. Er zijn verschillende programma's beschikbaar (zowel gratis als betaald) die een frequentieweergave en een oscilloscoopweergave bieden.

Afhankelijk van de uitgangsspanning van het circuit, hebt u mogelijk een lijnuitgangsconvertercircuit of -apparaat nodig (zie stap 1).

Je hebt kabels nodig om alles met elkaar te verbinden, meestal audiokabels met aansluitingen die compatibel zijn met de audio-ingang op je pc of tablet.

Het te testen apparaat of circuit is nodig, evenals alle middelen die u gebruikt om het op te starten. Voor sommige apparaten kan dit de voeding vereisen die u normaal gebruikt om de apparatuur te testen.

Stap 3: Sluit de componenten aan

Omdat u het RTA-programma op de pc of tablet gebruikt om het elektrische signaal van uw circuit of apparaat te bekijken, moet u het signaal van het circuit of apparaat naar de pc of tablet krijgen. Het RTA-programma moet worden verteld om naar de audio-ingang voor het signaal te kijken. Raadpleeg hiervoor de instructies van uw RTA-programma.

Simpel gezegd, je sluit draden aan op de uitgang van je circuit of apparaat en sluit ze aan op de audio-ingang van de pc of tablet. Raadpleeg stap 1 als u een lijnuitgangsconverter nodig hebt tussen het circuit en de pc om de spanning tot een acceptabel bereik te verlagen.

Maar LET OP dat u geen hoge spanningen in uw pc injecteert, anders kunt u de audiokaart beschadigen!

Stap 4: De resultaten begrijpen

Het RTA-programma in dit voorbeeld maakt zowel een oscilloscoopweergave als een frequentiespectrumweergave mogelijk. De weergave van de oscilloscoop gedraagt zich vergelijkbaar met een traditionele oscilloscoop. Omdat de audio-ingang een instelbare ingangsversterking heeft op de pc of tablet en omdat u de signaalspanning mogelijk naar een acceptabel niveau wijzigt, moet u de werkelijke verhouding bepalen om de oscilloscoopweergave te gebruiken om de spanning te meten. Doe dit door uw voltmeter op de circuituitgang te gebruiken en deze te vergelijken met de weergave op het scherm. Pas de beschikbare versterkings- of volumetrappen aan zodat u een redelijke verhouding hebt om de wiskunde gemakkelijk te maken. Als uw circuit of apparaat instelbare uitgangsspanningen heeft, voer dan metingen uit op verschillende niveaus om te controleren of u een lineaire versterkingsrelatie heeft (wat betekent dat de verhouding constant blijft bij verschillende volumebereiken). Als u niet geïnteresseerd bent in de werkelijke spanningsniveaus omdat u ze al kent, kunt u deze stap overslaan.

De weergave van het frequentiespectrum is het belangrijkste voordeel van deze methode. In deze weergave heb je de mogelijkheid om de resolutie van je weergave te kiezen en dit wordt waargenomen in octaven (of fracties van octaven). 1/1 octaaf heeft de laagste resolutie, 1/3 octaafweergave heeft 3x zoveel resolutie. 1/6 octaaf heeft 6x meer resolutie dan 1/1 octaaf. Dit programma gaat naar een resolutie van 1/24 octaaf, wat meer details mogelijk maakt. Welke resolutie u kiest, hangt af van waar u in geïnteresseerd bent. Voor de meeste doeleinden is het meestal gewenst om de hoogst mogelijke resolutie te zien.

Een andere interessante waarde is de gemiddelde waarde. Dit bepaalt hoe het RTA-programma de resultaten zal middelen. Het gebruik van deze variabele hangt af van waar u in geïnteresseerd bent. Als u veranderingen in realtime wilt zien, houdt u de gemiddelde waarde zeer laag (tussen 0 - 5). Als u een "steady state" -weergave van het circuit wilt zien, zijn middelingswaarden groter dan 20 nuttig. Houd er rekening mee dat u langer moet wachten op resultaten en om veranderingen te zien als de gemiddelden hoog zijn.

Als u de frequentierespons van een audiocircuit wilt leren kennen, wilt u dat het circuit probeert een signaal te genereren dat het gehele bruikbare frequentiebereik bestrijkt (meestal 20 Hz tot 20.000 Hz). Dit kan worden gedaan door het circuit ongecorreleerde roze ruis of een toonzwaai te laten reproduceren terwijl de uitvoer op de RTA wordt bewaakt.

De afbeeldingen zijn outputs van gemeten circuits, waaronder de crossover-punten van een passieve crossover, de fabrieks-EQ en gecorrigeerde respons van een Honda Accord uit 2014, de fabrieks-EQ van een Malibu LT uit 2017 op 5 volumeniveaus, oscilloscoopweergave van 1 kHz geknipte tonen en frequentie responsweergave van 50Hz-tonen afgekapt en niet afgekapt.

Tweede plaats in de Electronics Tips & Tricks Challenge