Эксперимент

Компьютерный физический эксперимент

Продолжение. См. № 5/08

Л.В.ПИГАЛИЦЫН,
школа № 2, г. Дзержинск, Нижегородская обл.

levp@rambler.ru

Компьютерный физический эксперимент

1. ВИРТУАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ НА УРОКАХ ФИЗИКИ (продолжение)

Виртуальный двухканальный осциллограф. В интернете опубликовано несколько вариантов виртуальных осциллографов. Начнём с осциллографа, который называется «РадиоМастер» (версия 1.0). Я выбрал именно его для начального знакомства, потому что, во-первых, он имеет русскоязычную панель, во-вторых, прост в управлении и, в-третьих, обладает достаточно большими возможностями, превышающими возможности школьного демонстрационного осциллографа.

Он позволяет исследовать переменные напряжения в звуковом диапазоне частот от 30 Гц до 20 кгц по двум каналам с амплитудой от нескольких милливольт до десятков вольт, легко определять амплитуду сигналов и запоминать осциллограммы в графических файлах. Недостатком является невозможность увидеть и измерить постоянную составляющую сигналов. На панели прибора располагаются органы управления, типичные для реальных осциллографов, а также специальные средства настройки и кнопки для работы в режиме запоминания осциллограмм.

Познакомимся с органами управления осциллографа. Внизу слева находится панель «Y», она предназначена для управления каналами А и В по вертикали. Канал А включён всегда по умолчанию, а канал В можно включать по необходимости. Для этого в окне надо поставить галочку (см. рисунок), если вы исследуете одновременно два сигнала, или снять её, если вы исследуете один сигнал. Затем идут регуляторы чувствительности каналов. Они представлены стрелками «вверх» и «вниз». Чувствительность каждого канала можно изменять в пределах от 1 мВ до 1000 мВ.

Правее регуляторов чувствительностей расположены движки смещения лучей каналов А и В по вертикали. Рядом с ними находятся кнопки «0». Они позволяют установить лучи посередине экрана. На рисунке видны два луча. Луч канала А смещён вверх, а луч канала В – вниз. Это полностью соответствует положению движков для смещения лучей на панели «Y».

Правее расположена панель «Х». Она предназначена для управления лучами по горизонтали. В верхней части находится регулятор частоты развёртки в пределах от 100 до 10 000 мкс/дел. Управление частотой развёртки производится двумя кнопками со стрелками. В нижней части панели находится регулятор смещения лучей по горизонтали. Рядом находится кнопка «0», которая позволяет установить лучи посередине экрана.

 

А теперь рассмотрим панели, расположенные правее экрана. Самая верхняя – панель «Развёртка». Она предназначена для выбора типа развёртки луча по горизонтали. При включении осциллографа по умолчанию устанавливается непрерывная развёртка. Если щёлкнуть левой кнопкой мышки по кнопке «Непрер», то осциллограф перейдёт в режим ждущей развёртки. Для перехода в режим непрерывной развёртки щёлкните левой кнопкой мыши по кнопке «Ждущ».

Ниже панели «Развертка» находится панель синхронизации «Синхро». Ещё ниже – панель для настройки и калибровки осциллографа «Настройка». Для исследования изучаемых сигналов осциллограф необходимо откалибровать по входному напряжению и по максимальной частоте изучаемых сигналов. Дело в том, что при подаче исследуемых напряжений на входы осциллографа на экране появятся значения напряжений сигналов, не соответствующие истинным. Чтобы такого не было, надо обязательно провести калибровку по напряжению по оси Y после подключения изготовленного вами кабеля c делителями напряжения для подключения внешних устройств (об изготовлении кабеля я расскажу ниже). Для калибровки подайте на оба входа прибора синусоидальный сигнал известной амплитуды от школьного звукового генератора частотой 500–2000 Гц и амплитудой несколько ниже расчётного предела (12,5 В). Щёлкните левой кнопкой мышки по кнопке «Калибр Y» и в открывшееся окно значение введённого вами напряжения (амплитудного) в милливольтах, нажмите «Enter» – осциллограф откалиброван.

 

Характеристики осциллографа в значительной степени зависят от параметров звуковой карты вашего компьютера. Так, со старыми типами карт, у которых частота дискретизации не более 44,1 кГц, частотный диапазон прибора ограничен сверху. Используя имеющийся на панели переключатель частоты дискретизации (самое нижнее окно на панели «Настройка»), опробуйте свою звуковую карту и остановитесь на наивысшем возможном значении. Уже при 96 кГц можно уверенно рассматривать сигналы до 20 кГц.

Настройка осциллографа на данном компьютере проводится только один раз. Программа запомнит все установки и настройки и восстановит их при следующем включении.

Для подключения внешних устройств к звуковой карте необходимо изготовить кабель c делителями напряжения. Дело в том, что при подключении внешних устройств непосредственно к линейному входу можно без искажений рассматривать сигналы амплитудой не более 500–600 мВ. При использовании резисторов указанных на схеме номиналов получается диапазон напряжений до 12,5 В, что вполне достаточно для школьного эксперимента. Рекомендую использовать экранированный провод, а резисторы размещать возможно ближе к разъёму звуковой карты компьютера.

У данного осциллографа есть ещё одна интересная функция – сохранение осциллограмм в виде файла с расширением gif в папке Data. Эта папка находится в той же директории, что и сама программа осциллографа (osc.exe). Обратите внимание на то, что в нижнем правом углу панели осциллографа находятся три кнопки с изображениями открытой папки, двух синусоид и дискеты. Чтобы записать нужную осциллограмму, необходимо во время работы осциллографа щёлкнуть левой кнопкой мыши по кнопке с изображением дискеты. Осциллограмма автоматически запишется в папку Data. Чтобы загрузить нужную осциллограмму из папки Data, необходимо щёлкнуть левой кнопкой мыши по кнопке с изображением открытой папки, – на экране появятся ранее полученные осциллограммы и надпись (вверху) «Осциллограмма из архива».

Если будут проблемы с загрузкой осциллограмм из архива, советую сделать следующее: перепишите папку с осциллографом на диск С и снимите все атрибуты со всех файлов папки, которые находятся в этой папке. Дело в том, что практически все файлы при скачивании из интернета имеют атрибут «Только для чтения».

Чтобы вернуться к осциллографированию, необходимо щёлкнуть левой кнопкой мыши по кнопке с двумя синусоидами. С методической точки зрения эта функция открывает учителю большие возможности при изучении электрических колебаний на уроках, при проведении лабораторных и учебно-исследовательских работ.

Программа осциллограф «РадиоМастер» (версия 1.0) бесплатная и не требует инсталляции. Её можно скачать с сайта www.radioradar.net. После распаковки скачанного архива зайдите в папку osc, найдите файл osc.exe, наведите на него курсор и нажмите быстро левую кнопку мыши два раза. На экране ПК появится панель осциллографа. Работа осциллографа начинается автоматически после запуска программы и заканчивается при её закрытии.

Для работы с осциллографом, возможно, понадобится отрегулировать регулятор уровня линейного входа звуковой карты компьютера. Для этого в правой части панели «Пуск» найдите иконку, изображающую громкоговоритель, как показано на рисунке, и быстро нажмите левую кнопку мыши два раза. На рабочем столе появится панель «Громкость». В верхней части этой панели находится ниспадающее меню «Параметры». Наведите на него курсор и щёлкните левой кнопкой мыши. Наведите курсор на кнопку «Свойства» и щёлкните левой кнопкой мыши – раскроется панель «Свойства». По умолчанию в панели «Настройка громкости» включена кнопка «Воспроизведение». Наведите курсор на кнопку «Запись» и, нажав левую кнопку мышки, включите её, как показано на рисунке. В нижнем окне «Отображать регуляторы громкости» найдите «Лин. вход» и поставьте в окошке галочку. После этого нажмите кнопку «ОК».

Появится панель регулятора громкости линейного входа ( см. рисунок справа). Поставьте галочку в окне «Выбрать» и сверните эту панель. Теперь вы сможете работать с осциллографом. Если возникнут проблемы, то напишите, я отвечу на все вопросы.

В следующей статье я познакомлю вас с экспериментами, которые можно проводить с описанным и более совершенными виртуальными осциллографами.

 

Продолжение см. в № 9/08