DPScope SE - den enklaste riktiga oscilloskop/logik analyzer på planeten (4 / 36 steg)

Steg 4: Förstärkare scenen

Nästa steg för signalen är op-amp (operationsförstärkare). DPScope använder den MCP6024 som har 4 enda op-förstärkare i ett paket. Dess vinst-bandbredd 10 MHz (menande för små signaler kan du få en bandbredd på 10 MHz för 1:1 vinst eller 1 MHz för 10 x förstärkning) är mer än tillräcklig för våra ändamål (några 100 kHz som mest). För stora signaler är massa faktiskt viktigare parametern för att titta på eftersom som brukar vara den begränsande faktorn. MCP6024 kan göra 7V/µs så det kan spänner en 5V i mindre än en mikrosekund – igen väl tillräckligt för den nödvändiga performance här. (En stigtiden för 1 µs motsvarar en bandbredd på ungefär 330 kHz).

Vad är också viktigt-MCP6024 är en så kallad järnväg-till-rail förstärkare, dvs det fungerar bra även om eller är utsignal gå hela vägen till sin försörjning rails (0V och 5V i vårt fall), eller åtminstone mycket nära dem (några mV) så länge som det inte behöver köra stora strömmar. Detta är inte alls en tanke – de flesta op-förstärkare behöver viss marginal mellan deras tillbehörsnivåerna och den största och minsta signal de kan arbeta med. I alla fall från räl till järnväg förmåga gör vårt liv mycket enkelt och hjälper till att hålla krets enkelt.

Men tillbaka till signal kedjan av vår räckvidd: signalen är först matas in i en enkel icke vända op-amp efterföljare (buffert) arrangerar (OP1.1) som producerar en 1:1 kopia av signalen. Denna buffert är också nödvändig eftersom indata scenen utgör är en hög impedans källa som inte kunde köra ADC direkt (mikrochip påstår att den maximala källa impedansen 10 kOhm eller mindre att garantera avgörande till 1 LSB inom ett provtagningsperiod, och vi behöver ännu bättre eftersom räckvidden utför motsvarande tid provtagning för snabbt sopa priser – vilket betyder att signalen har sedimentera fortare än en "realtid" samplingsintervallet).
Buffrad signalen (produktion OP1.1) driver en av den microcontroller ADC ingångar direkt (pin RC1/AN5), och också feeds tillförsel av en 1:10 får scenen (OP1.2, hakas upp som en vanlig icke-invertering förstärkare) som producerar en signal förstärks av 10, som i sin tur går till en andra ADC ingången (microcontroller pin RC2/AN6). På så sätt kan man välja mellan mindre förstärkning för stora insignaler och stor förstärkning för små signaler helt enkelt genom att tala om mikrokontroller för provet på RC1 eller RC2, respektive, utan användning av några reläer eller växlar (som gör designen större, mer komplicerade och dyrare).

Negativ (inverterad) input till OP1.2 är partisk till 2.5V genom divider R4/R6 eftersom som beskrivs i föregående avsnitt våra virtuella marken sitter på halva matningsspänningen. Förstärkningen av detta skede ges av R7 och parallella kombinationen av R4 och R6 som:

Vinna = 1 + R7 / (R4 * R6 / (R4 + R6)) = 1 + 4,53 k / 0,5 k = 10.06

som är mycket nära till önskat värde av 10 (bättre än 1% tolerans av motstånden används ändå).