Как входной цепи этого осциллографа удается принимать такой большой диапазон напряжений?

Эта схема довольно проста.

Во-первых, большинство осциллографов имеют входное сопротивление 1 МОм.$\Omega$. В приведенной выше схеме это реализовано резисторным делителем, состоящим из резисторов R2 и R3 (при условии, что TL064 имеет бесконечное входное сопротивление).
Этот делитель также делит напряжение на$\frac{R3}{R3+R2}$, что в данном случае равно 0,12.

Во-вторых, сигнал подается через неинвертирующий усилитель с небольшим коэффициентом усиления (эквивалентным$1+\frac{R7}{R8}$), или 1,111....

Наконец, смещение вводится в сигнал через делитель напряжения, состоящий из R1 и R4, а C2 служит для удаления любых высокочастотных помех.

Реальная работа по проектированию довольно проста.

В этом случае АЦП имеет ссылку 2,048 вольт. Следовательно, вам необходимо сместить сигнал так, чтобы входной сигнал 0 В соответствовал 1/2 полной шкалы (что составляет 2,048 В) или 1,024 В на входе АЦП. Это мотивация делителя напряжения R1/R4.

Вход АЦП имеет неизвестный импеданс, и желательно представить известный фиксированный импеданс всему, к чему вы подключены. Это мотивация делителя на входном резисторе.

Наконец, вы должны установить все свои значения так, чтобы, когда входное напряжение находится на максимальном интересующем вас напряжении, вы были на полной шкале АЦП или близко к ней. Это можно сделать, отрегулировав коэффициент усиления операционного усилителя или делитель входного напряжения (или и то, и другое вместе).

Схема, безусловно, голая. TL064 не является хорошим операционным усилителем, и если вы повысите входное напряжение слишком низко, выходное напряжение делителя напряжения R1/R4 упадет ниже 0 В, и вы начнете пропускать ток через встроенные защитные диоды ATMEGA, что вообще плохая идея.

Должно быть несколько диодов Шоттки, чтобы зафиксировать входной сигнал АЦП, если он отклоняется от диапазона напряжения питания (как положительного, так и отрицательного).

У него не должно быть особых проблем, если входной сигнал становится слишком высоким, поскольку выход TL064 может колебаться только в пределах ~ 1,5 В от шин питания, что предотвратит его слишком высокое значение (поскольку 5 - 1,5 = 3,5, и 3,5/2 = 1,75).

С другой стороны, я не уверен, что операционный усилитель действительно может колебаться достаточно высоко, чтобы фактически использовать весь диапазон АЦП.