Jak używać oscyloskopu do rozwiązywania problemów z elektroniką

Kluczowe dania na wynos

• Oscyloskopy to niezbędne narzędzia do rozwiązywania problemów z uszkodzoną elektroniką. Analizują sygnały elektryczne i mogą pomóc w ustaleniu, co dzieje się nie tak w obwodach.
• Oscyloskopy są dostępne w różnych formach i cenach. Dla początkujących i hobbystów tańsza opcja, taka jak DSO 138, może zapewnić przyzwoite wyniki. Dostępne są również opcje z drugiej ręki.
• Kalibracja oscyloskopu jest kluczowa dla uzyskania dokładnych wyników. Ważne jest ustawienie progu i użycie odpowiednich sond. Badając sygnały za pomocą oscyloskopu, można skutecznie rozwiązywać problemy i diagnozować usterki elektryczne.

Oscyloskop jest jednym z najpotężniejszych narzędzi dla początkujących wynalazców, inżynierów i hobbystów elektrycznych. Jeśli rozwiązujesz problemy ze zbudowanymi obwodami, jest to niezbędne. Ale jak dokładnie rozwiązać problemy z uszkodzoną elektroniką za pomocą oscyloskopu?

Do czego służą oscyloskopy i ile trzeba wydać?

Masz urządzenie elektryczne, które nie działa. Może to być zepsuty laptop, syntezator kupiony na lokalnym pchlim targu lub projekt samodzielnego tworzenia prototypów prototypów. Ponieważ tak naprawdę nie widać prądu, ustalenie, co się dzieje, będzie wymagało rozumowania dedukcyjnego i odpowiednich narzędzi. Do ważniejszych z tych narzędzi należy oscyloskop.

Oscyloskop to urządzenie służące do analizy sygnałów elektrycznych. Słowo to może przywoływać obraz dużego białego bloku leżącego na biurku laboratoryjnym, ale rzeczywistość jest taka, że ​​oscyloskopy występują w wielu postaciach. Za wysokiej klasy oscyloskop można spodziewać się tysięcy dolarów. Kilkaset dolarów może zapewnić bardzo przyzwoite wyniki dla hobbystów, studentów i startupów, zwłaszcza jeśli chcesz korzystać z używanego sprzętu.

Można jednak zacząć tanio. Sięgnęliśmy po popularny DSO 138 firmy JYE Tech . Został on szeroko sklonowany i zastąpiony przez DSO 138mini, ale pozostaje popularną opcją oscyloskopu dla początkujących i tych, którzy szukają opcji przenośnej.

Słowo o napięciach oscyloskopu

DSO 138 jest przystosowany do pomiaru napięcia do 50 woltów. Chociaż niektóre oscyloskopy poradzą sobie z czymś więcej, każdy oscyloskop ma swoje ograniczenia. Przekraczaj te granice, ryzykując zniszczeniem urządzenia. Ale nie wszystko stracone, ponieważ możesz zabezpieczyć lunetę za pomocą sondy tłumiącej. Sonda x10 obniży napięcie wejściowe o 90%, umożliwiając nam pracę z sygnałami o wyższym napięciu.

Naturalnie, w przypadku wysokich napięć należy podjąć wszelkie możliwe środki ostrożności. Z tego powodu ograniczmy się do rzeczy niskonapięciowych.

Pierwsze kroki

DSO 138 jest wyposażony w parę zacisków krokodylkowych. Jeśli chcesz zachować precyzję podczas sondowania, prawdopodobnie dobrym pomysłem będzie zainwestowanie w prawdziwą sondę — taką, która jest na tyle spiczasta, że ​​można ją umieścić w jednym punkcie na płytce drukowanej. Zmniejszy to ryzyko przypadkowego powstania zwarcia.

Jeśli badasz sygnały audio, możesz poszukać adaptera umożliwiającego konwersję kabla TS (lub TRS) na gniazdo BNC (lub SMA ) w Twoim oscyloskopie. Dla uproszczenia pozostaniemy przy krokodylkach.

Kalibracja oscyloskopu i ustawianie progu

Uzyskanie użytecznych wyników z oscyloskopu oznacza jego kalibrację. Proces ten pozwoli nam skompensować wrodzoną rezystancję i pojemność sond. Jest to szczególnie ważne, jeśli doświadczasz dużych zmian temperatury.

Podłącz sondę do sygnału odniesienia, często znajdującego się na panelu przednim. W przypadku DSO 138 jest na samej górze. Sondy są wyposażone w regulowany kondensator, który należy dostroić, aby fala testowa miała idealny kwadrat. Często można je dostroić za pomocą małego śrubokręta. DSO 138 zapewnia kontrolę strojenia na samej płytce drukowanej.

Jeśli chcesz zobaczyć przebieg, wyświetlacz będzie musiał się odświeżać za każdym razem, gdy zbocze narastające przekroczy określony próg. Ustaw to gdzieś pośrodku pomiędzy górnym i dolnym napięciem szczytowym. Ustawiliśmy zakres tak, aby odświeżał się po wykryciu zbocza narastającego. W ten sposób eliminujemy niejednoznaczność i uzyskujemy wyraźny, stabilny obraz przebiegu.

Jak badać sygnały za pomocą oscyloskopu

Przeanalizujmy niektóre sygnały. Najprostszym i najszybszym sposobem jest użycie telefonu i kabla mini jack-jack. Zamocuj krokodylki na drugim końcu wtyczki jack. Duży pasek wokół dołu to ziemia, a pozostałe dwa to lewy i prawy. Możesz więc przymocować klipsy w następujący sposób:

Teraz potrzebujemy kształtu fali. YouTube jest pełen odpowiednich klipów testowych . Wybierz jedną, zagraj i obserwuj wyświetlacz. Tutaj patrzymy na falę sinusoidalną.

Być może będziesz musiał nieco przesunąć elementy, aby wyśrodkować przebieg. Zapoznaj się ze sterowaniem, bawiąc się nimi. Powiększ przebieg, zmień poziom wyzwalania i dostosuj czas. Nic nie zastąpi praktycznego działania!

Praktyczne rozwiązywanie problemów za pomocą oscyloskopu

Skoro już znasz już oscyloskop, czas zająć się rozwiązywaniem problemów.

Wcześniej przyglądaliśmy się tworzeniu sygnału PWM za pomocą Raspberry Pi i jest to dobry punkt wyjścia. Przyjrzyjmy się, co faktycznie wysyła RPi.

PWM

Podłącz zacisk uziemiający do uziemienia i sonduj, gdzie spodziewasz się pojawienia się sygnału. W tym przypadku jest to pin PWM. Teraz możemy uruchomić jakiś kod. Sygnał PWM powinien pojawić się na lunecie. Możemy zmierzyć cykl pracy i upewnić się, że jest on zgodny z naszymi oczekiwaniami. Oprogramowanie PWM nie jest szczególnie stabilne, szczególnie jeśli urządzenie wykonuje jednocześnie inne zadania. Nasze użycie sprzętowego PWM daje tutaj spójne, wyraźne wyniki:

Oczywiście nie oznacza to, że sprzętowe PWM jest koniecznością. Często można poprawić swoje wyniki, po prostu zmniejszając obciążenie urządzenia, na którym działa program. Jeśli nie widzisz żadnego przebiegu, może to oznaczać, że cykl pracy jest ustawiony na 0% lub 100%. Sprawdź tę możliwość, zanim przejdziesz dalej!

Transmisja danych

Nowoczesne obwody często opierają się na sygnałach, które nie są okresowe, ale jednorazowe. Urządzenie wysyła polecenie do innego, ale się nie powtarza. Porusz myszą, a wyślesz do komputera serię poleceń wskazujących, o ile przesunąłeś mysz.

Aby przechwycić te sygnały, będziemy musieli skorzystać z jednorazowej funkcjonalności naszego teleskopu. W tym przypadku przebieg zatrzyma się w miejscu po przekroczeniu poziomu progowego. Będziemy więc mogli dokładnie zobaczyć, jaki kształt mają te bity i czy będą zrozumiałe dla urządzenia odbiorczego.

W tym przypadku próbkowaliśmy przychodzący sygnał MIDI z kontrolera perkusyjnego AKAI:

W tym przykładzie urządzenia MIDI potrafią zrozumieć nawet zakłócone sygnały. Ale ponieważ kable tutaj są niezrównoważone , możesz mieć problemy, jeśli przekroczą określoną długość. Na przykład, jeśli poprowadzisz kabel przez cały budynek, napotkasz kłopoty. Lub sam kabel może być uszkodzony po zbyt wielokrotnym przejechaniu krzesłem biurowym.

Tutaj właśnie pojawia się dedukcyjne rozwiązywanie problemów! Zajmij się problemem, sprawdzając najpierw inny kabel, a następnie inne urządzenie MIDI.

Dwa sygnały?

Jednym z ograniczeń DSO 138 jest to, że pozwala on tylko na jedno wejście.

Bardziej zaawansowane oscyloskopy mogłyby pozwolić nam na jednoczesne badanie dwóch sygnałów. Możesz więc nałożyć dane przesyłane przez SPI (lub I2C) na odpowiedni sygnał zegara. Może to ujawnić, że oba sygnały są źle wyrównane lub zniekształcone. Spowoduje to zniekształcenie danych. Kolce, hałas, zaokrąglone krawędzie – wszystko to może powodować problemy.

W wielu przypadkach problemy te można rozwiązać, dodając tu lub tam rezystor podciągający (lub podciągający). Lub możemy potrzebować kondensatora lub dwóch, aby wygładzić napięcia zasilania. Być może będziesz musiał dostosować swój kod, aby zrekompensować problemy z synchronizacją.

Niezależnie od rozwiązania, nie będziesz mógł zacząć, dopóki nie przyjrzysz się dwóm przebiegom obok siebie – jest to idealne rozwiązanie dla Twojego oscyloskopu.

Oscyloskopy doskonale nadają się do diagnozowania usterek elektrycznych

Po uzyskaniu jasnego obrazu sygnałów, które chcesz ukształtować, będziesz w stanie znacznie efektywniej rozwiązywać problemy.