Jak používat osciloskop k odstraňování problémů s elektronikou

Klíčové věci

• Osciloskopy jsou základními nástroji pro řešení problémů s rozbitou elektronikou. Analyzují elektrické signály a mohou pomoci určit, co se v obvodech děje špatně.
• Osciloskopy se dodávají v různých podobách a cenách. Pro začátečníky a fandy může levnější varianta, jako je DSO 138, poskytnout úctyhodné výsledky. Dostupné jsou i možnosti z druhé ruky.
• Kalibrace osciloskopu je zásadní pro získání přesných výsledků. Důležité je nastavení prahu a použití správných sond. Zkoumáním signálů osciloskopem můžete efektivně odstraňovat a diagnostikovat elektrické poruchy.

Osciloskop patří mezi nejvýkonnější nástroje pro začínající vynálezce, inženýry nebo nadšence z oblasti elektrotechniky. Pokud řešíte problémy s obvody, které jste postavili, je to nezbytné. Ale jak přesně řešíte problémy s rozbitou elektronikou pomocí osciloskopu?

K čemu se používají osciloskopy a kolik je potřeba utratit?

Máte elektrické zařízení, které nefunguje. Může to být nemocný notebook, syntezátor, který jste sebrali na místním bleším trhu, nebo projekt DIY breadboarding. Protože elektřinu ve skutečnosti nevidíte, zjištění, co se děje, bude vyžadovat deduktivní uvažování – a správné nástroje. Mezi nejdůležitější z těchto nástrojů patří osciloskop.

Osciloskop je zařízení pro analýzu elektrických signálů. To slovo by mohlo evokovat představu velkého bílého bloku sedícího na laboratorním stole, ale realita je taková, že osciloskopy mají mnoho podob. Za špičkový osciloskop můžete očekávat, že zaplatíte tisíce dolarů. Pár stovek dolarů vám může přinést velmi slušné výsledky pro fandy, studenty a začínající podniky, zvláště pokud jste ochotni jít z druhé ruky.

Můžete však začít levně. Sáhli jsme po populárních DSO 138 od JYE Tech. Toto bylo rozsáhle klonováno a nahrazeno DSO 138mini, ale zůstává to varianta osciloskopu pro začátečníky a ty, kteří hledají přenosnou možnost.

Slovo o napětí osciloskopu

DSO 138 je dimenzován pro měření až 50 voltů. Zatímco některé osciloskopy zvládnou více než to, každý osciloskop má své limity. Posuňte tyto limity a riskujete zničení zařízení. Ale není vše ztraceno, protože dalekohled můžete chránit pomocí tlumící sondy. Sonda x10 sníží příchozí napětí o 90 %, což nám umožní pracovat se signály s vyšším napětím.

Při práci s vysokým napětím samozřejmě budete chtít přijmout veškerá možná opatření. Z tohoto důvodu se omezme na věci nízkého napětí.

Začínáme

DSO 138 je dodáván s párem krokosvorek. Pokud chcete být ve svém sondování přesní, investice do skutečné sondy je pravděpodobně dobrý nápad – takové, která je dostatečně špičatá, aby se usadila na jediném bodě na desce plošných spojů. Tím se sníží riziko náhodného vytvoření zkratu.

Pokud zkoumáte zvukové signály, můžete hledat adaptér pro konverzi kabelu TS (nebo TRS) na BNC (nebo SMA) zásuvku na vašem puškohledu. Pro jednoduchost zůstaneme u krokosvorek.

Kalibrace vašeho osciloskopu a nastavení prahu

Získání užitečných výsledků z vašeho osciloskopu znamená jeho kalibraci. Tento proces nám umožní kompenzovat vlastní odpor a kapacitu sond. To je zvláště důležité, pokud zažíváte velké změny teploty.

Připojte sondu k referenčnímu signálu, který se často nachází na předním panelu. V případě DSO 138 je na vrcholu. Sondy jsou dodávány s nastavitelným kondenzátorem, který by měl být vyladěn tak, aby zkušební vlna měla dokonalý čtverec. Ty lze často doladit pomocí malého šroubováku. DSO 138 zajišťuje ovládání ladění na samotné desce plošných spojů.

Pokud chcete vidět průběh, budete potřebovat, aby se displej obnovil pokaždé, když stoupající hrana překročí určitou prahovou hodnotu. Nastavte toto někde uprostřed mezi horním a dolním špičkovým napětím. Nastavili jsme rozsah tak, aby se obnovil vždy, když je detekována stoupající hrana. Tímto způsobem odstraníme nejednoznačnost a získáme jasný, stabilní obraz průběhu.

Jak zkoumat signály pomocí osciloskopu

Podívejme se na některé signály. Použití telefonu a mini kabelu jack-to-jack je nejjednodušší a nejrychlejší způsob. Připojte krokosvorky na druhý konec zástrčky. Velký pruh kolem dna je zem a další dva jsou vlevo a vpravo. Klipy tedy můžete připevnit takto:

Nyní potřebujeme tvar vlny. YouTube je nabitý vhodnými testovacími klipy. Vyberte si jednu, přehrajte ji a sledujte displej. Tady se díváme na sinusoidu.

Možná budete muset věci trochu posunout, aby se křivka vycentrovala. Seznamte se s ovládacími prvky hraním si s nimi. Přibližte křivku, změňte úroveň spouštění a upravte časování. Neexistuje žádná náhrada za praktické využití!

Praktické řešení problémů s osciloskopem

Takže, když už jste s osciloskopem spokojeni, je čas udělat nějaké řešení problémů.

Dříve jsme se dívali vytvoření PWM signálu pomocí Raspberry Pi, a to je dobré místo, kde začít. Pojďme se podívat na to, co vlastně RPi vydává.

PWM

Připojte zemnící svorku k zemi a prozkoumejte místo, kde očekáváte, že se objeví signál. V tomto případě je to pin PWM. Nyní můžeme spustit nějaký kód. Na sondě by se měl objevit signál PWM. Můžeme měřit pracovní cyklus a zajistit, aby odpovídal našim očekáváním. Softwarové PWM není zvláště stabilní, zvláště pokud zařízení současně spouští jiné úlohy. Naše použití hardwarového PWM zde poskytuje konzistentní a jasné výsledky:

To samozřejmě neznamená, že hardwarové PWM je nutností. Často můžete zlepšit své výsledky pouhým snížením zátěže na zařízení, na kterém je program spuštěn. Pokud nevidíte žádný průběh, může to znamenat, že pracovní cyklus je nastaven na 0 % nebo 100 %. Než půjdete dál, ověřte si tuto možnost!

Přenos dat

Moderní obvody často spoléhají na signály, které nejsou periodické, ale jednorázové. Zařízení posílá příkaz jinému, ale neopakuje se. Pohněte myší a odešlete do počítače řadu příkazů, které udávají, o kolik jste myší posunuli.

K zachycení těchto signálů budeme muset použít jednorázovou funkci našeho rozsahu. Zde se tvar vlny pozastaví na místě, když překročí prahovou úroveň. Takže budeme schopni přesně vidět, jaký tvar tyto bity mají a zda budou srozumitelné pro přijímací zařízení.

V tomto případě jsme navzorkovali příchozí MIDI signál z bicího ovladače AKAI:

V tomto příkladu mohou MIDI zařízení porozumět i zašuměným signálům. Ale od kabely jsou zde nevyvážené, můžete mít problémy, pokud překročí určitou délku. Pokud tedy například vedete kabel přes celou budovu, dostanete se do problémů. Nebo může být vadný samotný kabel poté, co jste ho příliš často přejeli kancelářskou židlí.

Zde přichází na řadu deduktivní řešení problémů! Vynulujte problém tím, že nejprve zkontrolujete jiný kabel a poté jiné MIDI zařízení.

Dva signály?

Jedním z omezení DSO 138 je, že umožňuje pouze jeden vstup.

Pokročilejší osciloskopy by nám mohly umožnit zkoumat dva signály současně. Můžete tedy překrýt data odesílaná přes SPI (nebo I2C) odpovídajícím hodinovým signálem. Pokud tak učiníte, mohlo by to odhalit, že oba signály jsou špatně zarovnané nebo zkreslené. Výsledkem budou zkomolená data. Hroty, hluk, zaoblené hrany – to vše může způsobit problémy.

V mnoha případech mohou být tyto problémy opraveny přidáním pull-up (nebo pull-down) rezistoru sem nebo tam. Nebo bychom mohli potřebovat kondenzátor nebo dva, abychom vyhladili napájecí napětí. Možná budete muset upravit svůj kód, abyste kompenzovali problémy s načasováním.

Ať už je řešení jakékoli, nebudete moci začít, dokud se skutečně nepodíváte na dva průběhy vedle sebe – ideální pro váš osciloskop.

Osciloskopy jsou vynikající pro diagnostiku elektrických poruch

Jakmile začnete stavět, upravovat nebo opravovat složité obvody, nevyhnutelně narazíte na problémy, které dokáže diagnostikovat pouze osciloskop. Když získáte jasný obrázek o signálech, které chcete tvarovat, budete schopni mnohem efektivněji odstraňovat problémy.