Як професійний інженер я нерідко перевтомлюватися і відчуваю стреси. Коли я потребую перерві, я сідаю за стіл і починаю грати з хвилями. Я насолоджуюся створенням і спогляданням сигналів, що мають самі різні форми і розміри. Це стало майже моєю пристрастю, яка нагадує мені про магію хвиль в хвилини напруги.
Незважаючи на неймовірні ефекти комп'ютерних графічних технологій, створення фігур Ліссажу та інших зображень на екрані осцилографа все ще захоплює нас. Вони в деталях описані на безлічі онлайн сторінок, де завжди можна знайти кілька популярних картинок. Практично кожен інженер, який працював з осцилографом, в якийсь момент спостерігав ці фігури. Технічні журнали, в тому числі і EDN, час від часу також публікують матеріали з описами способів малювання цікавих постатей Лиссажу. Фігури Ліссажу, по суті представляють собою відображення взаємозв'язків напруг і частот двох сигналів, любили використовувати творці старих фантастичних фільмів для вистави «супертехнологій».
Для створення таких фігур вам будуть потрібні два джерела сигналів і двоканальний осцилограф з наявністю режиму «XY». У цій статті я використовував осцилограф Analog Arts SL987 з вбудованим генератором сигналів довільної форми, але ви можете використовувати будь-який осцилограф і будь-який генератор. На рисунку 1 показано, як повинен бути з'єднаний вихід генератора сигналів з входом CH1 (або «X») осцилографа. Перш за все, вихід синхронізації генератора (SYNC) слід шунтировать на землю конденсатором 470 мкФ, щоб зменшити часи наростання і спаду. Потім через інший конденсатор 470 мкФ, блокуючий постійну складову сигналу, підключають коаксіальним кабелем до входу CH2 (або «Y») осцилографа. В результаті буде сформована синхронізована послідовність грубих трикутних імпульсів, яка буде використовуватися в якості напруги вертикальної розгортки.
Підключивши два каналу генератора сигналів, ви зможете
побачити фігури Ліссажу.
Конденсатори на виході SYNC генератора спотворюють прямокутні імпульси. При частоті вихідного сигналу близько 20 Гц спотворений сигнал SYNC буде мати псевдотреугольную форму з амплітудою 1.2 В пік-пік. На рисунку 2 жовтим кольором зображено сигнал «X», синім - «Y», а результуюча фігура Ліссажу має рожевий колір.
Для того, щоб малювати фігури Ліссажу,
канали осцилографа треба використовувати
як входи X і Y.
Переключивши генератор в режим сигналів довільної форми, ви зможете створювати більш вишукані і складні фігури. Наприклад, генерація двох періодів синусоїди при обсязі пам'яті 64 Кбайт і частоті вибірки 1.3 МГц, дозволяє намалювати фігуру, показану на рисунку 3.
А це більш цікава фігура Ліссажу.
У якісь моменти часу сигнал генератора одночасно повинен мати амплітуду і -1 В, і +1 В. Як же це зробити? Ви можете вирішити задачу швидким перемиканням між різними необхідними напруженнями. Рівень сигналу на короткий час може залишатися рівним -1 В, а потім швидко і ненадовго перескакувати на +1 В, потім знову на -1 В, і так далі, період за періодом. Однак, для того, щоб така схема працювала, ви повинні переконатися, що ваш генератор функцій має малий час наростання, а смуга осцилографа досить широка.
Дельфіни на осцилографі? Хто б міг подумати?
Ви можете взяти будь-яку чорно-білу картинку (тобто, піксельну карту, яка показує, де включати, а де вимикати ваш сигнал). Я написав на Python просте додаток, що перетворює зображення в сигнал, який зберігається в файлі формату csv, і може бути завантажений вами в функціональний генератор. Сам по собі сигнал генератора схожий на тарабарщину. Але при спостереженні в режимі XY з вертикальною розгорткою з'являються вихідні зображення. Як вони виглядають, показано на Малюнках 4 і 5.
Що б сказав Елвіс, побачивши себе на екрані осцилографа?
Зазвичай з картинок з чіткими кордонами, таких, наприклад, як в мультфільмах, виходять чіткі зображення. Ефект «снігу» в цих зображеннях виникає через вихідного фільтра генератора, що обмежує смугу сигналу. В ідеалі, щоб виключити ці ефекти, вам потрібні нескінченні смуги пропускання, як генератора, так і осцилографа. Якість зображення можна підвищити за допомогою алгоритмів цифрової обробки сигналів. Але як би там не було, спостерігати картинки на екрані осцилографа дійсно дуже приємно. Я закликаю вас переконатися в цьому самостійно. Однак, і я попередив вас, це заняття, хоч і приносить велике задоволення, але може викликати щось типу наркотичної залежності.