Slik bruker du et oscilloskop til å feilsøke elektronikk

Viktige takeaways

• Oscilloskop er viktige verktøy for feilsøking av ødelagt elektronikk. De analyserer elektriske signaler og kan hjelpe med å finne ut hva som går galt i kretser.
• Oscilloskop kommer i ulike former og priser. For nybegynnere og hobbyister kan et billigere alternativ som DSO 138 gi respektable resultater. Brukte alternativer er også tilgjengelige.
• Kalibrering av et oscilloskop er avgjørende for å få nøyaktige resultater. Å sette terskelen og bruke riktige sonder er viktig. Ved å undersøke signaler med et oscilloskop kan du feilsøke og diagnostisere elektriske feil effektivt.

Oscilloskopet er blant de kraftigste verktøyene for ambisiøse oppfinnere, ingeniører eller elektriske hobbyister. Hvis du feilsøker kretsene du har bygget, er det viktig. Men nøyaktig hvordan feilsøker du ødelagt elektronikk ved hjelp av et oscilloskop?

Hva brukes oscilloskop til, og hvor mye trenger du å bruke?

Du har en elektrisk enhet som ikke fungerer. Det kan være en skrantende bærbar PC, en synthesizer du har hentet fra et lokalt loppemarked, eller et DIY breadboarding-prosjekt. Siden du faktisk ikke kan se elektrisiteten, vil det kreve noen deduktive resonnementer og de riktige verktøyene for å finne ut hva som går galt. Blant de mer essensielle av disse verktøyene er oscilloskopet.

Et oscilloskop er en enhet for å analysere elektriske signaler. Ordet kan fremkalle et bilde av en stor hvit blokk som sitter på et laboratoriebord, men realiteten er at oscilloskoper kommer i mange former. For et avansert oscilloskop kan du forvente å betale tusenvis av dollar. Noen få hundre dollar kan gi deg veldig respektable resultater for hobbyister, studenter og startups, spesielt hvis du er villig til å gå brukt.

Du kan imidlertid starte billig. Vi har nådd det populære DSO 138 fra JYE Tech. Dette har blitt omfattende klonet og erstattet av DSO 138mini, men det er fortsatt et alternativ for oscilloskop for nybegynnere og de som leter etter et bærbart alternativ.

Et ord om oscilloskopspenninger

DSO 138 er vurdert til å måle opptil 50 volt. Mens noen oscilloskop vil takle mer enn det, har hvert oscilloskop sine begrensninger. Skyv disse grensene, og du risikerer å ødelegge enheten. Men alt er ikke tapt, da du kan beskytte siktet ved hjelp av en dempende sonde. En x10-sonde vil kutte den innkommende spenningen med 90 %, slik at vi kan jobbe med høyere spenningssignaler.

Naturligvis vil du ta alle mulige forholdsregler når du arbeider med høye spenninger. Av denne grunn, la oss begrense oss til lavspente ting.

Starter

DSO 138 kommer med et par krokodilleklemmer. Hvis du vil være presis i sonderingen din, er det sannsynligvis en god idé å investere i en ekte sonde – en som er spiss nok til å sette seg på et enkelt punkt på et kretskort. Dette vil redusere risikoen for at en kortslutning dannes ved et uhell.

Hvis du undersøker lydsignaler, kan du se etter en adapter for å konvertere en TS (eller TRS) kabel til BNC (eller SMA)-kontakt på siktet ditt. For enkelhets skyld holder vi oss til krokodilleklemmer.

Kalibrering av oscilloskopet og innstilling av terskelen

Å få nyttige resultater fra oscilloskopet betyr å kalibrere det. Denne prosessen vil tillate oss å kompensere for den iboende motstanden og kapasitansen til probene. Dette er spesielt viktig hvis du opplever store temperaturendringer.

Fest sonden til referansesignalet, ofte funnet på frontpanelet. Når det gjelder DSO 138, er den på toppen. Prober kommer med en justerbar kondensator som bør stilles inn for å gjøre testbølgen til en perfekt firkant. Disse kan ofte stilles inn ved hjelp av en liten skrutrekker. DSO 138 har innstillingskontroller på selve kretskortet.

Hvis du vil se en bølgeform, trenger du at skjermen oppdateres hver gang en stigende kant passerer en viss terskel. Sett dette et sted midt mellom topp- og bunnspenningen. Vi har satt omfanget til å oppdatere hver gang en stigende kant oppdages. På denne måten eliminerer vi tvetydigheten og får et klart, stabilt bilde av bølgeformen.

Hvordan undersøke signaler med oscilloskopet

La oss undersøke noen signaler. Å bruke telefonen og en mini-jack-to-jack-kabel er den enkleste og raskeste måten. Fest krokodilleklemmene til den andre enden av jackpluggen. Den store stripen rundt bunnen er bakken, og de to andre er venstre og høyre. Så du kan feste klippene slik:

Nå trenger vi en bølgeform. YouTube er fullpakket med passende testklipp. Velg en, spill den og observer skjermen. Her ser vi på en sinusbølge.

Du må kanskje flytte litt rundt på ting for å få bølgeformen sentrert. Gjør deg kjent med kontrollene ved å leke med dem. Zoom inn på bølgeformen, endre triggernivået og juster timingen. Det er ingen erstatning for å bli praktisk!

Praktisk feilsøking med et oscilloskop

Så nå som du er komfortabel med oscilloskopet, er det på tide å gjøre litt feilsøking.

Vi har sett på tidligere lage et PWM-signal med en Raspberry Pi, og dette er et godt sted å begynne. La oss ta en titt på hva RPi faktisk sender ut.

PWM

Koble jordklemmen til bakken, og sonde der du forventer at et signal skal vises. I dette tilfellet er det PWM-pinnen. Nå kan vi kjøre litt kode. PWM-signalet skal vises på skopet. Vi kan måle driftssyklusen og sikre at den samsvarer med våre forventninger. Programvare PWM er ikke spesielt stabil, spesielt hvis enheten kjører andre oppgaver samtidig. Vår bruk av hardware PWM her gir konsistente, klare resultater:

Dette betyr selvfølgelig ikke at maskinvare-PWM er en nødvendighet. Ofte kan du forbedre resultatene ved ganske enkelt å redusere arbeidsbelastningen på enheten som kjører programmet. Hvis du ikke ser noen bølgeform, kan dette indikere at driftssyklusen er satt til 0 % eller 100 %. Sjekk den muligheten før du går videre!

Data overføring

Moderne kretser er ofte avhengige av signaler som ikke er periodiske, men engangssignaler. En enhet sender en kommando til en annen, men gjentar seg ikke. Beveg musen, og du vil sende datamaskinen en rekke kommandoer som indikerer hvor mye du har flyttet musen med.

For å fange opp disse signalene, må vi bruke engangsfunksjonaliteten til omfanget vårt. Her vil bølgeformen pause på plass når terskelnivået passeres. Så vi vil være i stand til å se nøyaktig hvilken form disse bitene er i og om de vil være forståelige for mottakerenheten.

I dette tilfellet har vi samplet et innkommende MIDI-signal fra en AKAI-trommekontroller:

I dette eksemplet kan MIDI-enheter gi mening med selv støyende signaler. Men siden kablene her er ubalanserte, kan du få problemer hvis de går over en viss lengde. Så hvis du for eksempel kjører kabelen over en hel bygning, vil du få problemer. Eller selve kabelen kan være defekt etter å ha blitt kjørt over én for mange ganger med en kontorstol.

Det er her deduktiv feilsøking kommer inn! Null inn på problemet ved først å sjekke en annen kabel og deretter en annen MIDI-enhet.

To signaler?

En av DSO 138s begrensninger er at den kun tillater én inngang.

Mer avanserte oscilloskoper kan tillate oss å undersøke to signaler samtidig. Så du kan overlappe dataene som sendes over SPI (eller I2C) med det tilsvarende klokkesignalet. Å gjøre det kan avsløre at de to signalene er feiljustert eller forvrengt. Dette vil produsere forvanskede data. Pigger, støy, avrundede kanter – disse kan alle forårsake problemer.

I mange tilfeller kan disse problemene rettes ved å legge til en pull-up (eller pull-down) motstand her eller der. Eller vi trenger kanskje en kondensator eller to for å jevne ut forsyningsspenningene. Du må kanskje også justere koden for å kompensere for tidsproblemer.

Uansett løsning, vil du ikke kunne komme i gang før du faktisk tar en titt på de to bølgeformene side om side – perfekt for oscilloskopet ditt.

Oscilloskop er utmerket for å diagnostisere elektriske feil

Når du begynner å bygge, modifisere eller reparere komplekse kretser, vil du uunngåelig støte på problemer som bare et oscilloskop kan diagnostisere. Etter å ha fått et klart bilde av signalene du ønsker å forme, vil du kunne feilsøke mye mer effektivt.