Hogyan használjunk oszcilloszkópot az elektronika hibaelhárítására

Kulcs elvitelek

• Az oszcilloszkópok nélkülözhetetlen eszközök a meghibásodott elektronikai hibaelhárításhoz. Elemezik az elektromos jeleket, és segíthetnek meghatározni, hogy mi történik rosszul az áramkörökben.
• Az oszcilloszkópok különféle formában és áron kaphatók. Kezdők és amatőrök számára egy olcsóbb lehetőség, mint a DSO 138 tekintélyes eredményeket nyújthat. Használt opciók is rendelkezésre állnak.
• Az oszcilloszkóp kalibrálása kulcsfontosságú a pontos eredmények eléréséhez. Fontos a küszöb beállítása és a megfelelő szondák használata. A jelek oszcilloszkóppal történő vizsgálatával hatékonyan elháríthatja és diagnosztizálhatja az elektromos hibákat.

Az oszcilloszkóp az egyik legerősebb eszköz a feltalálók, mérnökök vagy elektromos hobbik számára. Ha a felépített áramkörök hibaelhárítását végzi, ez elengedhetetlen. De pontosan hogyan lehet oszcilloszkóp segítségével elhárítani a törött elektronikát?

Mire használhatók az oszcilloszkópok, és mennyit kell költenie?

Van egy elektromos készüléked, ami nem működik. Lehet, hogy egy gyengélkedő laptop, egy szintetizátor, amelyet egy helyi bolhapiacról vett fel, vagy egy barkácsolási projekt. Mivel valójában nem látja az elektromosságot, annak kiderítéséhez, hogy mi történik rosszul, deduktív érvelésre és megfelelő eszközökre lesz szükség. Ezen eszközök közül a legfontosabb az oszcilloszkóp.

Az oszcilloszkóp az elektromos jelek elemzésére szolgáló eszköz. Lehet, hogy ez a szó egy laboratóriumi asztalon ülő nagy fehér tömb képét idézi, de a valóság az, hogy az oszcilloszkópok sokféle formában léteznek. Egy csúcskategóriás oszcilloszkópért több ezer dollár fizetésére számíthat. Néhány száz dollárral igen tekintélyes eredményeket érhet el a hobbibarátok, a diákok és a startupok, különösen akkor, ha hajlandó vagy használtan.

Azonban lehet kezdeni olcsón. A népszerűhez nyúltunk DSO 138 a JYE Techtől. Ezt a DSO 138mini nagymértékben klónozta és felváltotta, de továbbra is a kezdők és a hordozható opciót keresők számára elérhető oszcilloszkóp.

Néhány szó az oszcilloszkóp feszültségeiről

A DSO 138 50 V-ig terjed. Míg egyes oszcilloszkópok ennél többre is képesek, minden oszcilloszkópnak megvannak a maga határai. Ha feszegeti ezeket a határokat, az eszköz tönkretételét kockáztatja. De még nincs veszve minden, hiszen egy csillapító szonda segítségével védheti a távcsövet. Egy x10-es szonda 90%-kal csökkenti a bejövő feszültséget, így nagyobb feszültségű jelekkel dolgozhatunk.

Természetesen minden lehetséges óvintézkedést meg kell tennie, amikor magas feszültséggel foglalkozik. Emiatt korlátozzuk magunkat a kisfeszültségű dolgokra.

Elkezdeni

A DSO 138-hoz egy pár krokodilcsipesz jár. Ha pontos akar lenni a szondázás során, valószínűleg jó ötlet egy valódi szondába fektetni – egy olyanba, amely elég hegyes ahhoz, hogy az áramköri lap egyetlen pontjára telepedjen. Ez csökkenti a véletlen rövidzárlat kialakulásának kockázatát.

Ha audiojeleket vizsgál, kereshet egy adaptert a TS (vagy TRS) kábel átalakításához BNC (vagy SMA) aljzatot a távcsőjén. Az egyszerűség kedvéért maradjunk a krokodilcsipeszeknél.

Az oszcilloszkóp kalibrálása és a küszöb beállítása

Ha hasznos eredményeket szeretne elérni az oszcilloszkóppal, azt kalibrálni kell. Ez a folyamat lehetővé teszi számunkra, hogy kompenzáljuk a szondák belső ellenállását és kapacitását. Ez különösen fontos, ha jelentős hőmérsékleti változásokat tapasztal.

Csatlakoztassa a szondát a referenciajelhez, amely gyakran megtalálható az előlapon. A DSO 138 esetében ez van a tetején. A szondák állítható kondenzátorral rendelkeznek, amelyet be kell hangolni, hogy a teszthullám tökéletes négyzet alakú legyen. Ezeket gyakran egy kis csavarhúzó segítségével lehet hangolni. A DSO 138 hangolási vezérlést biztosít magán az áramköri lapon.

Ha hullámformát szeretne látni, akkor a kijelzőt minden alkalommal frissítenie kell, amikor egy felfutó él átlép egy bizonyos küszöböt. Állítsa ezt valahol félúton a felső és az alsó csúcsfeszültség között. A hatókört úgy állítottuk be, hogy minden felfutó él észlelésekor frissüljön. Így kiküszöböljük a kétértelműséget, és tiszta, stabil képet kapunk a hullámformáról.

Hogyan vizsgálja meg a jeleket az oszcilloszkóppal

Vizsgáljuk meg néhány jelet. A telefon és a mini jack-to-jack kábel használata a legegyszerűbb és leggyorsabb módja. Rögzítse a krokodilkapcsokat a csatlakozódugó másik végéhez. Az alját körülvevő nagy csík a talaj, a másik kettő pedig bal és jobb. Tehát a klipeket így rögzítheti:

Most szükségünk van egy hullámformára. A YouTube tele van megfelelő tesztklipekkel. Válasszon egyet, játssza le, és figyelje a kijelzőt. Itt egy szinuszhullámot nézünk.

Lehet, hogy kicsit el kell mozgatnia a dolgokat, hogy a hullámforma középpontba kerüljön. Ismerkedjen meg a kezelőszervekkel, ha játszik velük. Nagyítsa fel a hullámformát, módosítsa a triggerszintet és állítsa be az időzítést. Semmi sem helyettesítheti a gyakorlatiasságot!

Gyakorlati hibaelhárítás oszcilloszkóppal

Tehát most, hogy elégedett az oszcilloszkóppal, ideje elvégezni a hibaelhárítást.

Korábban megnéztük PWM jel létrehozása Raspberry Pi-vel, és ez jó kiindulópont. Nézzük meg, hogy az RPi valójában mit ad ki.

PWM

Csatlakoztassa a földelő kapcsot a földhöz, és vizsgálja meg azt a helyet, ahol jel megjelenésére számít. Ebben az esetben ez a PWM pin. Most futtathatunk egy kódot. A PWM jelnek meg kell jelennie a szkópon. Meg tudjuk mérni a munkaciklust, és biztosítani tudjuk, hogy megfeleljen elvárásainknak. A szoftveres PWM nem különösebben stabil, különösen, ha az eszköz egyidejűleg más feladatokat is futtat. A hardveres PWM használata következetes, egyértelmű eredményeket hoz:

Természetesen ez nem jelenti azt, hogy a hardveres PWM szükséges. Gyakran javíthatja az eredményeket, ha egyszerűen csökkenti a programot futtató eszköz terhelését. Ha nem lát semmilyen hullámformát, ez azt jelezheti, hogy a munkaciklus 0%-ra vagy 100%-ra van állítva. Ellenőrizze ezt a lehetőséget, mielőtt továbblép!

Adatátvitel

A modern áramkörök gyakran olyan jelekre támaszkodnak, amelyek nem időszakosak, hanem egyszeriek. Egy eszköz parancsot küld a másiknak, de nem ismétli meg önmagát. Mozgassa az egeret, és egy sor parancsot küld a számítógépének, amelyek jelzik, mennyit mozgatott az egeret.

E jelek rögzítéséhez használnunk kell a szkópunk egyszeri funkcióját. Itt a hullámforma megáll a helyén, amikor átlépi a küszöbszintet. Így pontosan láthatjuk, milyen formában vannak ezek a bitek, és hogy érthetőek-e a fogadó eszköz számára.

Ebben az esetben egy bejövő MIDI jelet vettünk mintát egy AKAI dobvezérlőről:

Ebben a példában a MIDI-eszközök még a zajos jeleket is képesek érzékelni. De azóta itt a kábelek kiegyensúlyozatlanok, akkor problémái lehetnek, ha egy bizonyos hosszúságot túllépnek. Így például, ha egy egész épületen keresztül vezeti a kábelt, akkor bajba kerül. Vagy maga a kábel is hibás lehet, miután túl sokszor elgázolták egy irodai székkel.

Itt jön képbe a deduktív hibaelhárítás! Szüntesse meg a problémát úgy, hogy először egy másik kábelt, majd egy másik MIDI-eszközt ellenőriz.

Két jel?

A DSO 138 egyik korlátja, hogy csak egy bemenetet engedélyez.

A fejlettebb oszcilloszkópok lehetővé tehetik két jel egyidejű vizsgálatát. Így előfordulhat, hogy az SPI-n (vagy I2C-n) küldött adatokat a megfelelő órajellel lefedheti. Ha így tesz, akkor kiderülhet, hogy a két jel rosszul illeszkedik vagy torz. Ez torz adatokat eredményez. Tüskék, zaj, lekerekített élek – ezek mind problémákat okozhatnak.

Sok esetben ezek a problémák kijavíthatók egy felhúzó (vagy lehúzó) ellenállás ide vagy oda hozzáadásával. Vagy szükségünk lehet egy-két kondenzátorra a tápfeszültségek kiegyenlítéséhez. Előfordulhat, hogy módosítania kell a kódot az időzítési problémák kompenzálásához.

Bármi legyen is a megoldás, addig nem fog tudni elindulni, amíg meg nem nézi a két hullámformát egymás mellett – tökéletes az oszcilloszkóphoz.

Az oszcilloszkópok kiválóan alkalmasak elektromos hibák diagnosztizálására

Amint elkezdi az összetett áramkörök építését, módosítását vagy javítását, elkerülhetetlenül olyan problémákkal találkozik, amelyeket csak egy oszcilloszkóp képes diagnosztizálni. Miután világos képet kapott a formálni kívánt jelekről, sokkal hatékonyabban tudja majd megoldani a hibaelhárítást.