Kako uporabljati osciloskop za odpravljanje težav z elektroniko

Ključni zaključki

• Osciloskopi so bistvena orodja za odpravljanje težav z okvarjeno elektroniko. Analizirajo električne signale in lahko pomagajo ugotoviti, kaj je narobe v tokokrogih.
• Osciloskopi so na voljo v različnih oblikah in cenah. Za začetnike in hobiste lahko cenejša možnost, kot je DSO 138, zagotovi ugledne rezultate. Na voljo so tudi rabljene možnosti.
• Umerjanje osciloskopa je ključnega pomena za točne rezultate. Pomembni sta nastavitev praga in uporaba ustreznih sond. S pregledovanjem signalov z osciloskopom lahko učinkovito odpravite in diagnosticirate električne napake.

Osciloskop je med najmočnejšimi orodji za ambiciozne izumitelje, inženirje ali električne ljubitelje. Če odpravljate težave z vezji, ki ste jih zgradili, je to bistveno. Toda kako natančno odpravite težave z pokvarjeno elektroniko z uporabo osciloskopa?

Za kaj se uporabljajo osciloskopi in koliko morate porabiti?

Imate električno napravo, ki ne deluje. Morda je to pokvarjen prenosnik, sintetizator, ki ste ga pobrali na lokalnem bolšjem sejmu, ali projekt DIY navezovanja. Ker dejansko ne morete videti elektrike, boste za ugotovitev, kaj gre narobe, potrebovali nekaj deduktivnega sklepanja – in prava orodja. Med pomembnejšimi orodji je osciloskop.

Osciloskop je naprava za analizo električnih signalov. Beseda bi lahko vzbudila podobo velikega belega bloka, ki sedi na laboratorijski mizi, vendar je v resnici osciloskopov na voljo v številnih oblikah. Za vrhunski osciloskop lahko pričakujete, da boste plačali na tisoče dolarjev. Nekaj ​​sto dolarjev vam lahko prinese zelo ugledne rezultate za hobiste, študente in novoustanovljena podjetja, še posebej, če ste pripravljeni uporabiti rabljeno.

Vendar pa lahko začnete poceni. Dosegli smo priljubljeno DSO 138 podjetja JYE Tech. To je bilo v veliki meri klonirano in nadomeščeno z DSO 138mini, vendar ostaja najboljša možnost za osciloskop za začetnike in tiste, ki iščejo prenosno možnost.

Beseda o napetostih osciloskopa

DSO 138 je ocenjen za merjenje do 50 voltov. Čeprav nekateri osciloskopi zmorejo več kot to, ima vsak osciloskop svoje meje. Če premaknete te meje, tvegate uničenje naprave. A še ni vse izgubljeno, saj lahko daljnogled zaščitite s pomočjo dušilne sonde. Sonda x10 bo zmanjšala vhodno napetost za 90 %, kar nam bo omogočilo delo s signali višje napetosti.

Seveda boste pri visokih napetostih želeli sprejeti vse možne previdnostne ukrepe. Iz tega razloga se omejimo na nizkonapetostne stvari.

Kako začeti

DSO 138 je opremljen s parom krokodil sponk. Če želite biti pri svojem sondiranju natančni, je verjetno dobra ideja naložba v pravo sondo – takšno, ki je dovolj koničasta, da se lahko namesti na eno samo točko na tiskanem vezju. To bo zmanjšalo tveganje nenamernega nastanka kratkega stika.

Če preučujete zvočne signale, boste morda poiskali adapter za pretvorbo kabla TS (ali TRS) v BNC (oz SMA) vtičnico na vašem daljnogledu. Zaradi enostavnosti bomo ostali pri krokodiljih sponkah.

Umerjanje vašega osciloskopa in nastavitev praga

Pridobivanje uporabnih rezultatov vašega osciloskopa pomeni njegovo umerjanje. Ta postopek nam bo omogočil kompenzacijo inherentnega upora in kapacitivnosti sond. To je še posebej pomembno, če doživljate velike temperaturne spremembe.

Pritrdite sondo na referenčni signal, ki se pogosto nahaja na sprednji plošči. V primeru DSO 138 je na vrhu. Sonde so opremljene s prilagodljivim kondenzatorjem, ki ga je treba nastaviti tako, da bo testni val popoln kvadrat. Te je pogosto mogoče nastaviti s pomočjo majhnega izvijača. DSO 138 zagotavlja krmiljenje nastavitve na samem vezju.

Če želite videti valovno obliko, boste morali zaslon osvežiti vsakič, ko naraščajoči rob preseže določen prag. To nastavite nekje na sredino med zgornjo in spodnjo najvišjo napetostjo. Obseg smo nastavili tako, da se osveži vsakič, ko je zaznan naraščajoči rob. Na ta način odpravimo dvoumnost in dobimo jasno, stabilno sliko valovne oblike.

Kako pregledati signale z vašim osciloskopom

Oglejmo si nekaj signalov. Uporaba telefona in kabla mini jack-to-jack je najpreprostejši in najhitrejši način. Pritrdite krokodil sponke na drugi konec vtičnice. Veliki pas okoli dna je tla, druga dva pa sta levo in desno. Torej lahko pritrdite posnetke takole:

Zdaj pa potrebujemo valovno obliko. YouTube je poln ustreznih testnih posnetkov. Izberite eno, igrajte jo in opazujte prikaz. Tukaj gledamo sinusni val.

Morda boste morali stvari nekoliko premakniti, da se valovna oblika centrira. Seznanite se s kontrolami tako, da se z njimi igrate. Povečajte valovno obliko, spremenite raven sprožitve in prilagodite čas. Nič ne more nadomestiti praktičnega dela!

Praktično odpravljanje težav z osciloskopom

Torej, zdaj, ko ste zadovoljni z osciloskopom, je čas, da odpravite nekaj težav.

Prej smo si ogledali ustvarjanje signala PWM z Raspberry Pi, in to je dober začetek. Poglejmo, kaj RPi dejansko oddaja.

PWM

Povežite ozemljitveno sponko z ozemljitvijo in preverite, kje pričakujete, da se pojavi signal. V tem primeru je to pin PWM. Zdaj lahko zaženemo kodo. Na daljnogledu bi se moral pojaviti signal PWM. Izmerimo lahko delovni cikel in zagotovimo, da ustreza našim pričakovanjem. Programski PWM ni posebej stabilen, še posebej, če naprava hkrati izvaja druge naloge. Naša uporaba strojne opreme PWM tukaj daje dosledne in jasne rezultate:

Seveda to ne pomeni, da je strojna PWM nuja. Pogosto lahko izboljšate rezultate tako, da preprosto zmanjšate delovno obremenitev naprave, v kateri se izvaja program. Če ne vidite nobene valovne oblike, to morda pomeni, da je delovni cikel nastavljen na 0 % ali 100 %. Preverite to možnost, preden greste naprej!

Prenos podatkov

Sodobna vezja se pogosto zanašajo na signale, ki niso občasni, temveč enkratni. Naprava pošlje ukaz drugi, vendar se ne ponovi. Premaknite miško in računalniku boste poslali vrsto ukazov, ki kažejo, za koliko ste premaknili miško.

Za zajem teh signalov bomo morali uporabiti enkratno funkcijo našega obsega. Tu se bo valovna oblika ustavila na mestu, ko bo presežena raven praga. Tako bomo lahko natančno videli, v kakšni obliki so ti bitovi in ​​ali bodo sprejemni napravi razumljivi.

V tem primeru smo vzorčili dohodni signal MIDI iz krmilnika bobnov AKAI:

V tem primeru lahko naprave MIDI razumejo celo hrupne signale. Toda odkar kabli tukaj niso uravnoteženi, lahko imate težave, če presegajo določeno dolžino. Če boste na primer napeljali kabel čez celotno zgradbo, boste naleteli na težave. Ali pa je kabel sam morda okvarjen, potem ko ga je prevečkrat povozil s pisarniškim stolom.

Tukaj nastopi deduktivno odpravljanje težav! Osredotočite se na težavo tako, da najprej preverite drug kabel in nato drugo napravo MIDI.

Dva signala?

Ena od omejitev DSO 138 je, da omogoča samo en vhod.

Naprednejši osciloskopi bi nam lahko omogočili istočasno preučevanje dveh signalov. Torej lahko prekrijete podatke, ki se pošiljajo prek SPI (ali I2C), z ustreznim signalom ure. S tem bi lahko razkrili, da sta signala neporavnana ali popačena. To bo ustvarilo popačene podatke. Konice, hrup, zaobljeni robovi – vse to lahko povzroči težave.

V mnogih primerih je mogoče te težave odpraviti z dodajanjem vlečnega (ali vlečnega) upora tu ali tam. Ali pa bomo morda potrebovali kondenzator ali dva, da izravnamo napajalne napetosti. Morda boste morali tudi prilagoditi svojo kodo, da boste nadomestili težave s časom.

Ne glede na to, kakšna je rešitev, ne boste mogli začeti, dokler si dejansko ne ogledate dveh valovnih oblik drug ob drugem – kot nalašč za vaš osciloskop.

Osciloskopi so odlični za diagnosticiranje električnih napak

Ko začnete graditi, spreminjati ali popravljati kompleksna vezja, boste neizogibno naleteli na težave, ki jih lahko diagnosticira samo osciloskop. Ko boste pridobili jasno sliko signalov, ki jih želite oblikovati, boste lahko veliko bolj učinkovito odpravljali težave.