Kako koristiti osciloskop za rješavanje problema s elektronikom

Ključni zahvati

• Osciloskopi su ključni alati za rješavanje problema s pokvarenom elektronikom. Oni analiziraju električne signale i mogu pomoći u određivanju što u strujnim krugovima ne valja.
• Osciloskopi dolaze u različitim oblicima i cijenama. Za početnike i hobiste, jeftinija opcija poput DSO 138 može dati respektabilne rezultate. Dostupne su i rabljene opcije.
• Kalibracija osciloskopa ključna je za dobivanje točnih rezultata. Postavljanje praga i korištenje odgovarajućih sondi su važni. Ispitivanjem signala osciloskopom možete učinkovito otkloniti i dijagnosticirati električne kvarove.

Osciloskop je jedan od najmoćnijih alata za ambiciozne izumitelje, inženjere ili električne hobiste. Ako rješavate probleme sa sklopovima koje ste izgradili, to je bitno. Ali kako točno riješiti pokvarenu elektroniku pomoću osciloskopa?

Za što se koriste osciloskopi i koliko morate potrošiti?

Imate električni uređaj koji ne radi. To može biti pokvareno prijenosno računalo, sintesajzer koji ste pokupili s lokalnog buvljaka ili projekt izrade DIY maketa. Budući da zapravo ne možete vidjeti elektricitet, određivanje onoga što ide krivo zahtijeva deduktivno zaključivanje—i prave alate. Među bitnijim od ovih alata je osciloskop.

Osciloskop je uređaj za analizu električnih signala. Riječ bi mogla evocirati sliku velikog bijelog bloka koji stoji na laboratorijskom stolu, ali stvarnost je da osciloskopi postoje u mnogim oblicima. Za vrhunski osciloskop možete očekivati ​​da ćete platiti tisuće dolara. Nekoliko stotina dolara može vam donijeti vrlo respektabilne rezultate za hobiste, studente i novoosnovane tvrtke, pogotovo ako ste voljni koristiti rabljeno.

Međutim, možete početi jeftino. Posegnuli smo za popularnim DSO 138 tvrtke JYE Tech. Ovo je opsežno klonirano i zamijenjeno DSO 138mini, ali ostaje opcija osciloskopa za početnike i one koji traže prijenosnu opciju.

Riječ o naponima osciloskopa

DSO 138 je predviđen za mjerenje do 50 volti. Iako će neki osciloskopi podnijeti više od toga, svaki osciloskop ima svoja ograničenja. Pomaknite te granice i riskirate uništenje uređaja. Ali nije sve izgubljeno, jer možete zaštititi opseg uz pomoć prigušne sonde. Sonda x10 smanjit će dolazni napon za 90%, što nam omogućuje rad sa signalima višeg napona.

Naravno, trebali biste poduzeti sve moguće mjere opreza kada radite s visokim naponom. Iz tog razloga, ograničimo se na niskonaponske stvari.

Početak rada

DSO 138 dolazi s parom krokodil kopči. Ako želite biti precizni u svom ispitivanju, ulaganje u pravu sondu vjerojatno je dobra ideja - onu koja je dovoljno šiljasta da se smjesti na jednu točku na tiskanoj ploči. To će smanjiti rizik od slučajnog stvaranja kratkog spoja.

Ako ispitujete audio signale, možda ćete potražiti adapter za pretvaranje TS (ili TRS) kabela u BNC (ili SMA) utičnica na vašem opsegu. Radi jednostavnosti, zadržat ćemo se na krokodil kopčama.

Kalibracija vašeg osciloskopa i postavljanje praga

Dobivanje korisnih rezultata od vašeg osciloskopa znači njegovu kalibraciju. Ovaj proces će nam omogućiti kompenzaciju inherentnog otpora i kapaciteta sondi. Ovo je osobito važno ako se susrećete s velikim temperaturnim promjenama.

Pričvrstite sondu na referentni signal, koji se često nalazi na prednjoj ploči. U slučaju DSO 138, to je na vrhu. Sonde dolaze s podesivim kondenzatorom koji se treba ugoditi kako bi ispitni val bio savršen kvadrat. Oni se često mogu ugoditi uz pomoć malog odvijača. DSO 138 osigurava kontrole ugađanja na samoj ploči.

Ako želite vidjeti valni oblik, morat ćete osvježiti zaslon svaki put kada rastući rub prijeđe određeni prag. Postavite ovo negdje na sredinu između gornjeg i donjeg vršnog napona. Postavili smo osvježavanje opsega kad god se otkrije rastući rub. Na taj način uklanjamo dvosmislenost i dobivamo jasnu, stabilnu sliku valnog oblika.

Kako ispitati signale svojim osciloskopom

Ispitajmo neke signale. Korištenje telefona i mini jack-to-jack kabela je najlakši i najbrži način. Pričvrstite krokodilske kopče na drugi kraj utikača. Velika traka oko dna je tlo, a druge dvije su lijevo i desno. Dakle, isječke možete priložiti ovako:

Sada nam treba valni oblik. YouTube je prepun odgovarajućih testnih isječaka. Odaberite jedan, igrajte ga i promatrajte prikaz. Ovdje gledamo sinusni val.

Možda ćete morati malo pomaknuti stvari da biste valni oblik centrirali. Upoznajte se s kontrolama igrajući se s njima. Povećajte valni oblik, promijenite razinu okidača i prilagodite vrijeme. Ne postoji zamjena za prakticiranje!

Praktično rješavanje problema s osciloskopom

Dakle, sada kada ste zadovoljni s osciloskopom, vrijeme je za rješavanje problema.

Prethodno smo pogledali stvaranje PWM signala s Raspberry Pi, a ovo je dobro mjesto za početak. Pogledajmo što RPi zapravo ispisuje.

PWM

Spojite spojnicu za uzemljenje na uzemljenje i ispitajte gdje očekujete da će se signal pojaviti. U ovom slučaju, to je PWM pin. Sada možemo pokrenuti neki kod. PWM signal trebao bi se pojaviti na opsegu. Možemo izmjeriti radni ciklus i osigurati da odgovara našim očekivanjima. Softverski PWM nije posebno stabilan, pogotovo ako uređaj istovremeno izvršava druge zadatke. Naša upotreba hardverskog PWM-a ovdje daje dosljedne, jasne rezultate:

Naravno, to ne znači da je hardverski PWM neophodan. Često biste mogli poboljšati svoje rezultate jednostavnim smanjenjem opterećenja na uređaju koji izvodi program. Ako ne vidite nikakav valni oblik, to može značiti da je radni ciklus postavljen na 0% ili 100%. Provjerite tu mogućnost prije nego što krenete dalje!

Prijenos podataka

Moderni sklopovi često se oslanjaju na signale koji nisu periodični nego jednokratni. Uređaj šalje naredbu drugom, ali se ne ponavlja. Pomaknite miš i svom ćete računalu poslati niz naredbi koje pokazuju koliko ste pomaknuli miš.

Da bismo uhvatili te signale, morat ćemo upotrijebiti jednokratnu funkciju našeg opsega. Ovdje će se valni oblik zaustaviti na mjestu kada se prijeđe razina praga. Dakle, moći ćemo točno vidjeti u kakvom su obliku ti bitovi i hoće li biti razumljivi prijemnom uređaju.

U ovom slučaju uzorkovali smo dolazni MIDI signal iz AKAI kontrolera bubnjeva:

U ovom primjeru MIDI uređaji mogu shvatiti čak i šumne signale. Ali budući da kabeli su ovdje neuravnoteženi, možete imati problema ako prelaze određenu duljinu. Tako, na primjer, ako provučete kabel preko cijele zgrade, naići ćete na probleme. Ili, sam kabel može biti neispravan nakon što ga je previše puta pregazilo uredskom stolicom.

Ovdje dolazi deduktivno rješavanje problema! Usredotočite se na problem tako da prvo provjerite drugi kabel, a zatim drugi MIDI uređaj.

Dva signala?

Jedno od ograničenja DSO 138 je to što dopušta samo jedan ulaz.

Napredniji osciloskopi mogli bi nam omogućiti ispitivanje dva signala istovremeno. Dakle, možete prekriti podatke koji se šalju preko SPI (ili I2C) s odgovarajućim signalom sata. To bi moglo otkriti da su dva signala neusklađena ili izobličena. To će proizvesti iskrivljene podatke. Šiljci, buka, zaobljeni rubovi - sve to može uzrokovati probleme.

U mnogim slučajevima, ti se problemi mogu ispraviti dodavanjem pull-up (ili pull-down) otpornika ovdje ili tamo. Ili, možda ćemo trebati kondenzator ili dva za izravnavanje napona napajanja. Možda ćete također morati prilagoditi svoj kod kako biste kompenzirali probleme s vremenom.

Bez obzira na rješenje, nećete moći započeti sve dok zapravo ne pogledate dva valna oblika jedan pored drugog—savršeno za vaš osciloskop.

Osciloskopi su izvrsni za dijagnosticiranje električnih kvarova

Jednom kada počnete graditi, modificirati ili popravljati složene sklopove, neizbježno ćete naići na probleme koje samo osciloskop može dijagnosticirati. Nakon što dobijete jasnu sliku signala koje želite oblikovati, moći ćete mnogo učinkovitije rješavati probleme.