Sådan bruger du et oscilloskop til at fejlfinde elektronik

Nøgle takeaways

• Oscilloskoper er vigtige værktøjer til fejlfinding af ødelagt elektronik. De analyserer elektriske signaler og kan hjælpe med at bestemme, hvad der går galt i kredsløb.
• Oscilloskoper kommer i forskellige former og priser. For begyndere og hobbyfolk kan en billigere løsning som DSO 138 give respektable resultater. Brugte muligheder er også tilgængelige.
• Kalibrering af et oscilloskop er afgørende for at få nøjagtige resultater. Det er vigtigt at indstille tærsklen og bruge de rigtige sonder. Ved at undersøge signaler med et oscilloskop kan du fejlfinde og diagnosticere elektriske fejl effektivt.

Oscilloskopet er blandt de mest kraftfulde værktøjer til håbefulde opfindere, ingeniører eller elektriske hobbyister. Hvis du fejlfinder de kredsløb, du har bygget, er det vigtigt. Men præcis hvordan fejlfinder du ødelagt elektronik ved hjælp af et oscilloskop?

Hvad bruges oscilloskoper til, og hvor meget skal du bruge?

Du har en elektrisk enhed, der ikke virker. Det kan være en syg bærbar computer, en synthesizer, du har hentet fra et lokalt loppemarked, eller et DIY breadboarding-projekt. Da du faktisk ikke kan se elektriciteten, vil det kræve nogle deduktive ræsonnementer at finde ud af, hvad der går galt – og de rigtige værktøjer. Blandt de mere væsentlige af disse værktøjer er oscilloskopet.

Et oscilloskop er en enhed til at analysere elektriske signaler. Ordet kan måske fremkalde et billede af en stor hvid blok, der sidder på et laboratoriebord, men virkeligheden er, at oscilloskoper kommer i mange former. For et avanceret oscilloskop kan du forvente at betale tusindvis af dollars. Et par hundrede dollars kan give dig meget respektable resultater for hobbyister, studerende og startups, især hvis du er villig til at gå brugt.

Du kan dog starte billigt. Vi har nået det populære DSO 138 fra JYE Tech. Dette er i vid udstrækning blevet klonet og afløst af DSO 138mini, men det er stadig en valgmulighed for oscilloskop for begyndere og dem, der leder efter en bærbar mulighed.

Et ord om oscilloskopspændinger

DSO 138 er klassificeret til at måle op til 50 volt. Mens nogle oscilloskoper kan klare mere end det, har hvert oscilloskop sine begrænsninger. Skub disse grænser, og du risikerer at ødelægge enheden. Men alt er ikke tabt, da du kan beskytte kikkerten ved hjælp af en dæmpende sonde. En x10-sonde vil skære den indgående spænding ned med 90%, hvilket giver os mulighed for at arbejde med højere spændingssignaler.

Naturligvis vil du tage alle mulige forholdsregler, når du har at gøre med høje spændinger. Af denne grund, lad os begrænse os til lavspændingstingene.

Kom godt i gang

DSO 138 leveres med et par krokodilleclips. Hvis du vil være præcis i din sondering, er det sandsynligvis en god idé at investere i en rigtig sonde – en der er spids nok til at sætte sig på et enkelt punkt på et printkort. Dette vil reducere risikoen for, at der ved et uheld dannes en kortslutning.

Hvis du undersøger lydsignaler, kan du kigge efter en adapter til at konvertere et TS (eller TRS) kabel til BNC (eller SMA) stik på dit kikkert. For nemheds skyld holder vi os til krokodilleclips.

Kalibrering af dit oscilloskop og indstilling af tærskelværdien

At få nyttige resultater fra dit oscilloskop betyder at kalibrere det. Denne proces vil give os mulighed for at kompensere for probernes iboende modstand og kapacitans. Dette er især vigtigt, hvis du oplever store temperaturændringer.

Fastgør sonden til referencesignalet, som ofte findes på frontpanelet. I tilfældet med DSO 138 er den øverst. Prober kommer med en justerbar kondensator, der bør indstilles for at gøre testbølgen til en perfekt firkant. Disse kan ofte tunes ved hjælp af en lille skruetrækker. DSO 138 giver tuning kontrol på selve printkortet.

Hvis du vil se en bølgeform, skal skærmen opdateres, hver gang en stigende kant passerer en bestemt tærskel. Indstil dette et sted midt mellem top- og bundspændingen. Vi har indstillet omfanget til at opdatere, hver gang der registreres en stigende kant. På denne måde eliminerer vi tvetydigheden og opnår et klart, stabilt billede af bølgeformen.

Sådan undersøger du signaler med dit oscilloskop

Lad os undersøge nogle signaler. Brug af din telefon og et mini-jack-til-jack-kabel er den nemmeste og hurtigste måde. Fastgør krokodilleklemmerne til den anden ende af jackstikket. Den store strimmel rundt om bunden er jorden, og de to andre er venstre og højre. Så du kan vedhæfte klippene sådan:

Nu har vi brug for en bølgeform. YouTube er spækket med passende testklip. Vælg en, spil den, og observer displayet. Her ser vi på en sinusbølge.

Du skal muligvis flytte tingene lidt rundt for at få bølgeformen centreret. Gør dig bekendt med kontrollerne ved at lege med dem. Zoom ind på bølgeformen, skift triggerniveauet og juster timingen. Der er ingen erstatning for at blive praktisk!

Praktisk fejlfinding med et oscilloskop

Så nu, hvor du er fortrolig med oscilloskopet, er det tid til at lave noget fejlfinding.

Vi har tidligere set på skabe et PWM-signal med en Raspberry Pi, og det er et godt sted at starte. Lad os tage et kig på, hvad RPi faktisk udsender.

PWM

Tilslut jordklemmen til jorden, og sonde, hvor du forventer, at et signal vises. I dette tilfælde er det PWM-stiften. Nu kan vi køre noget kode. PWM-signalet skal vises på skopet. Vi kan måle arbejdscyklussen og sikre, at den matcher vores forventninger. Software PWM er ikke særlig stabil, især hvis enheden kører andre opgaver samtidigt. Vores brug af hardware PWM her producerer konsistente, klare resultater:

Det betyder selvfølgelig ikke, at hardware PWM er en nødvendighed. Ofte kan du forbedre dine resultater ved blot at reducere arbejdsbyrden på den enhed, der kører programmet. Hvis du ikke ser nogen bølgeform, kan dette indikere, at arbejdscyklussen er indstillet til 0 % eller 100 %. Tjek den mulighed, før du går videre!

Datatransmission

Moderne kredsløb er ofte afhængige af signaler, der ikke er periodiske, men engangssignaler. En enhed sender en kommando til en anden, men gentager sig ikke. Flyt din mus, og du vil sende din computer en række kommandoer, der angiver, hvor meget du har bevæget musen med.

For at fange disse signaler skal vi bruge engangsfunktionaliteten i vores scope. Her vil bølgeformen pause på plads, når tærskelniveauet er passeret. Så vi vil være i stand til at se præcist, hvilken form disse bits er i, og om de vil være forståelige for den modtagende enhed.

I dette tilfælde har vi samplet et indgående MIDI-signal fra en AKAI-trommecontroller:

I dette eksempel kan MIDI-enheder give mening med selv støjende signaler. Men siden kablerne her er ubalancerede, kan du få problemer, hvis de løber ud over en vis længde. Så hvis du for eksempel fører kablet hen over en hel bygning, vil du løbe ind i problemer. Eller selve kablet kan være defekt efter at være blevet kørt over en for mange gange med en kontorstol.

Det er her, deduktiv fejlfinding kommer ind! Nul på problemet ved først at tjekke et andet kabel og derefter en anden MIDI-enhed.

To signaler?

En af DSO 138's begrænsninger er, at den kun tillader én indgang.

Mere avancerede oscilloskoper kan give os mulighed for at undersøge to signaler samtidigt. Så du kan overlejre de data, der sendes over SPI (eller I2C) med det tilsvarende ursignal. Hvis du gør det, kan det afsløre, at de to signaler er forkert justeret eller forvrænget. Dette vil producere forvanskede data. Pigge, støj, afrundede kanter - disse kan alle forårsage problemer.

I mange tilfælde kan disse problemer korrigeres ved at tilføje en pull-up (eller pull-down) modstand her eller der. Eller vi har måske brug for en kondensator eller to for at udjævne forsyningsspændingerne. Du skal muligvis også justere din kode for at kompensere for timingproblemer.

Uanset løsningen, vil du ikke være i stand til at komme i gang, før du rent faktisk tager et kig på de to bølgeformer side om side – perfekt til dit oscilloskop.

Oscilloskoper er fremragende til at diagnosticere elektriske fejl

Når du først begynder at bygge, ændre eller reparere komplekse kredsløb, vil du uundgåeligt støde på problemer, som kun et oscilloskop kan diagnosticere. Efter at have fået et klart billede af de signaler, du søger at forme, vil du være i stand til at fejlfinde meget mere effektivt.