Ako používať osciloskop na riešenie problémov s elektronikou

Kľúčové informácie

• Osciloskopy sú základnými nástrojmi na riešenie problémov s rozbitou elektronikou. Analyzujú elektrické signály a môžu pomôcť určiť, čo sa deje v obvodoch.
• Osciloskopy prichádzajú v rôznych formách a cenách. Pre začiatočníkov a nadšencov môže lacnejšia možnosť, ako je DSO 138, poskytnúť slušné výsledky. Dostupné sú aj možnosti z druhej ruky.
• Kalibrácia osciloskopu je rozhodujúca pre získanie presných výsledkov. Dôležité je nastavenie prahu a používanie správnych sond. Skúmaním signálov osciloskopom môžete efektívne odstraňovať a diagnostikovať elektrické poruchy.

Osciloskop patrí medzi najvýkonnejšie nástroje pre začínajúcich vynálezcov, inžinierov alebo elektrotechnických nadšencov. Ak riešite problémy s obvodmi, ktoré ste vytvorili, je to nevyhnutné. Ale ako presne riešite problémy s poškodenou elektronikou pomocou osciloskopu?

Na čo sa používajú osciloskopy a koľko musíte minúť?

Máte elektrické zariadenie, ktoré nefunguje. Môže to byť chorý laptop, syntetizátor, ktorý ste si zakúpili na miestnom blšom trhu, alebo projekt DIY breadboarding. Keďže elektrinu v skutočnosti nevidíte, zistenie, čo sa deje, si bude vyžadovať deduktívne uvažovanie – a správne nástroje. Medzi najdôležitejšie z týchto nástrojov patrí osciloskop.

Osciloskop je zariadenie na analýzu elektrických signálov. Toto slovo môže evokovať predstavu veľkého bieleho bloku sediaceho na laboratórnom stole, ale realita je taká, že osciloskopy majú mnoho podôb. Za špičkový osciloskop môžete očakávať, že zaplatíte tisíce dolárov. Niekoľko stoviek dolárov vám môže priniesť veľmi slušné výsledky pre nadšencov, študentov a startupy, najmä ak ste ochotní ísť z druhej ruky.

Môžete však začať lacno. Siahli sme po obľúbenom DSO 138 od JYE Tech. Toto bolo značne klonované a nahradené DSO 138mini, ale zostáva to možnosť prechodu na osciloskop pre začiatočníkov a tých, ktorí hľadajú prenosnú možnosť.

Slovo o napätiach osciloskopu

DSO 138 je dimenzovaný na meranie až 50 voltov. Zatiaľ čo niektoré osciloskopy zvládnu viac, každý osciloskop má svoje limity. Posuňte tieto limity a riskujete zničenie zariadenia. Ale ešte nie je všetko stratené, keďže ďalekohľad môžete chrániť pomocou tlmiacej sondy. Sonda x10 zníži prichádzajúce napätie o 90 %, čo nám umožní pracovať so signálmi s vyšším napätím.

Prirodzene, že budete chcieť prijať všetky možné opatrenia pri riešení vysokého napätia. Z tohto dôvodu sa obmedzme na nízkonapäťové veci.

Začíname

DSO 138 sa dodáva s párom krokosvoriek. Ak chcete byť pri sondovaní presní, investícia do skutočnej sondy je pravdepodobne dobrý nápad – takej, ktorá je dostatočne ostrá na to, aby sa usadila na jednom bode na doske plošných spojov. Tým sa zníži riziko náhodného vytvorenia skratu.

Ak skúmate zvukové signály, možno budete hľadať adaptér na konverziu kábla TS (alebo TRS) na BNC (alebo SMA) na vašom puškohľade. Pre jednoduchosť ostaneme pri krokodílových sponkách.

Kalibrácia osciloskopu a nastavenie prahu

Získanie užitočných výsledkov z vášho osciloskopu znamená jeho kalibráciu. Tento proces nám umožní kompenzovať vlastný odpor a kapacitu sond. Toto je obzvlášť dôležité, ak zažívate veľké zmeny teploty.

Pripojte sondu k referenčnému signálu, ktorý sa často nachádza na prednom paneli. V prípade DSO 138 je na vrchole. Sondy sa dodávajú s nastaviteľným kondenzátorom, ktorý by mal byť vyladený tak, aby bola testovacia vlna perfektná štvorec. Tie sa často dajú doladiť pomocou malého skrutkovača. DSO 138 poskytuje ovládacie prvky ladenia na samotnej doske plošných spojov.

Ak chcete vidieť priebeh, budete potrebovať, aby sa displej obnovil vždy, keď stúpajúca hrana prekročí určitú hranicu. Nastavte to niekde uprostred medzi horným a spodným špičkovým napätím. Rozsah sme nastavili tak, aby sa obnovil vždy, keď sa zistí stúpajúca hrana. Týmto spôsobom eliminujeme nejednoznačnosť a získame jasný a stabilný obraz priebehu.

Ako skúmať signály pomocou osciloskopu

Pozrime sa na niektoré signály. Používanie telefónu a mini kábla jack-to-jack je najjednoduchší a najrýchlejší spôsob. Pripevnite krokosvorky na druhý koniec konektora. Veľký pás okolo dna je zem a ďalšie dva sú vľavo a vpravo. Takže klipy môžete pripevniť takto:

Teraz potrebujeme tvar vlny. YouTube je nabitý vhodnými testovacími klipmi. Vyberte si jeden, prehrajte ho a sledujte displej. Tu sa pozeráme na sínusoidu.

Možno budete musieť trochu pohnúť vecami, aby sa krivka vycentrovala. Zoznámte sa s ovládacími prvkami tak, že sa s nimi budete hrať. Priblížte priebeh, zmeňte úroveň spúšťania a upravte načasovanie. Neexistuje žiadna náhrada za praktické využitie!

Praktické riešenie problémov s osciloskopom

Takže, teraz, keď ste s osciloskopom spokojní, je čas urobiť nejaké riešenie problémov.

Predtým sme sa pozreli vytvorenie PWM signálu pomocou Raspberry Pi, a toto je dobré miesto, kde začať. Poďme sa pozrieť na to, čo vlastne RPi vydáva.

PWM

Pripojte uzemňovaciu svorku k zemi a nasnímajte miesto, kde očakávate, že sa objaví signál. V tomto prípade je to pin PWM. Teraz môžeme spustiť nejaký kód. Na osciloskope by sa mal objaviť signál PWM. Môžeme zmerať pracovný cyklus a zabezpečiť, aby zodpovedal našim očakávaniam. Softvérové ​​PWM nie je obzvlášť stabilné, najmä ak zariadenie súčasne spúšťa iné úlohy. Naše používanie hardvérového PWM tu prináša konzistentné a jasné výsledky:

To samozrejme neznamená, že hardvérové ​​PWM je nutnosťou. Často môžete zlepšiť svoje výsledky jednoduchým znížením záťaže na zariadení, na ktorom je spustený program. Ak nevidíte žiadny priebeh, môže to znamenať, že pracovný cyklus je nastavený na 0 % alebo 100 %. Overte si túto možnosť skôr, ako pôjdete ďalej!

Prenos dát

Moderné obvody sa často spoliehajú na signály, ktoré nie sú periodické, ale jednorazové. Zariadenie odošle príkaz inému, ale neopakuje sa. Pohnite myšou a do počítača odošlete sériu príkazov, ktoré označujú, o koľko ste myšou posunuli.

Na zachytenie týchto signálov budeme musieť použiť jednorazovú funkčnosť nášho rozsahu. Tu sa priebeh zastaví na mieste, keď prekročí prahovú úroveň. Takže budeme môcť presne vidieť, aký tvar majú tieto bity a či budú pre prijímacie zariadenie pochopiteľné.

V tomto prípade sme navzorkovali prichádzajúci MIDI signál z bicieho ovládača AKAI:

V tomto príklade môžu MIDI zariadenia pochopiť aj zašumené signály. Ale odvtedy káble sú tu nevyvážené, môžete mať problémy, ak presahujú určitú dĺžku. Takže napríklad, ak vediete kábel cez celú budovu, dostanete sa do problémov. Alebo samotný kábel môže byť chybný po tom, čo ste ho príliš často prešli kancelárskou stoličkou.

Tu prichádza na rad deduktívne riešenie problémov! Vynulujte problém tak, že najskôr skontrolujete iný kábel a potom iné zariadenie MIDI.

Dva signály?

Jedným z obmedzení DSO 138 je, že umožňuje iba jeden vstup.

Pokročilejšie osciloskopy nám môžu umožniť skúmať dva signály súčasne. Môžete teda prekryť údaje odosielané cez SPI (alebo I2C) zodpovedajúcim hodinovým signálom. Ak tak urobíte, môže sa odhaliť, že tieto dva signály sú nesprávne zarovnané alebo skreslené. Výsledkom budú skomolené údaje. Hroty, hluk, zaoblené hrany – to všetko môže spôsobiť problémy.

V mnohých prípadoch môžu byť tieto problémy opravené pridaním pull-up (alebo pull-down) odporu sem alebo tam. Alebo by sme mohli potrebovať kondenzátor alebo dva na vyhladenie napájacieho napätia. Možno budete musieť upraviť svoj kód, aby ste kompenzovali problémy s načasovaním.

Bez ohľadu na riešenie nebudete môcť začať, kým sa skutočne nepozriete na dva priebehy vedľa seba – ideálne pre váš osciloskop.

Osciloskopy sú vynikajúce na diagnostiku elektrických porúch

Akonáhle začnete stavať, upravovať alebo opravovať zložité obvody, nevyhnutne narazíte na problémy, ktoré dokáže diagnostikovať iba osciloskop. Keď získate jasný obraz o signáloch, ktoré chcete vytvoriť, budete môcť odstraňovať problémy oveľa efektívnejšie.