Oskilloskoopin käyttäminen elektroniikan vianmäärityksessä

Avaimet takeawayt

• Oskilloskoopit ovat välttämättömiä työkaluja viallisen elektroniikan vianmäärityksessä. He analysoivat sähkösignaaleja ja voivat auttaa määrittämään, mikä piireissä on vialla.
• Oskilloskooppeja on eri muodoissa ja hinnoissa. Aloittelijoille ja harrastajille halvempi vaihtoehto, kuten DSO 138, voi tarjota kunnioitettavia tuloksia. Saatavilla on myös käytettyjä vaihtoehtoja.
• Oskilloskoopin kalibrointi on erittäin tärkeää tarkkojen tulosten saamiseksi. Kynnyksen asettaminen ja asianmukaisten antureiden käyttö ovat tärkeitä. Tarkastelemalla signaaleja oskilloskoopilla voit tehdä vianmäärityksen ja diagnosoida sähköviat tehokkaasti.

Oskilloskooppi on yksi tehokkaimmista työkaluista pyrkiville keksijöille, insinööreille tai sähköharrastajille. Jos teet vianetsintää rakentamillesi piireille, se on välttämätöntä. Mutta kuinka teet vianmäärityksen rikkinäisen elektroniikan avulla oskilloskoopilla?

Mihin oskilloskooppeja käytetään ja kuinka paljon sinun on käytettävä?

Sinulla on sähkölaite, joka ei toimi. Se voi olla sairas kannettava tietokone, syntetisaattori, jonka olet hankkinut paikalliselta kirpputorilta, tai tee-se-itse -leipälautaprojekti. Koska et itse näe sähköä, sen selvittäminen, mikä menee pieleen, vaatii deduktiivista päättelyä – ja oikeat työkalut. Näistä tärkeimmistä työkaluista on oskilloskooppi.

Oskilloskooppi on laite sähköisten signaalien analysointiin. Sana saattaa herättää kuvan suuresta valkoisesta lohkosta, joka istuu laboratorion pöydällä, mutta tosiasia on, että oskilloskooppeja on monessa muodossa. Korkealaatuisesta oskilloskoopista voit odottaa maksavasi tuhansia dollareita. Muutamalla sadalla taalalla voi saada erittäin kunnioitettavia tuloksia harrastajille, opiskelijoille ja startup-yrityksille, varsinkin jos olet valmis menemään käytettynä.

Voit kuitenkin aloittaa halvalla. Olemme saavuttaneet suosittuja DSO 138, JYE Tech. Tämä on laajasti kloonattu ja korvattu DSO 138mini -laitteella, mutta se on edelleen oskilloskooppivaihtoehto aloittelijoille ja niille, jotka etsivät kannettavaa vaihtoehtoa.

Sana oskilloskoopin jännitteistä

DSO 138 on mitoitettu mittaamaan jopa 50 volttia. Vaikka jotkut oskilloskoopit käsittelevät enemmänkin, jokaisella oskilloskoopilla on rajansa. Työnnä näitä rajoja, ja vaarana on tuhota laite. Mutta kaikki ei ole menetetty, sillä voit suojata tähtäimen vaimentavan anturin avulla. X10-anturi leikkaa sisään tulevaa jännitettä 90 %, jolloin voimme työskennellä korkeamman jännitteen signaaleilla.

Luonnollisesti sinun kannattaa ryhtyä kaikkiin mahdollisiin varotoimiin, kun käsittelet suuria jännitteitä. Tästä syystä rajoittukaamme pienjänniteaineisiin.

Päästä alkuun

DSO 138:n mukana tulee pari krokotiilipidikkeitä. Jos haluat olla tarkka luotamisessa, sijoittaminen todelliseen anturiin on luultavasti hyvä idea – sellaiseen, joka on tarpeeksi terävä asettuakseen yhteen pisteeseen piirilevyllä. Tämä vähentää oikosulun riskiä vahingossa.

Jos tutkit äänisignaaleja, saatat etsiä sovitinta, joka muuntaa TS (tai TRS) kaapelin BNC (tai SMA) pistorasiaan. Yksinkertaisuuden vuoksi pidämme kiinni krokotiilipidikkeistä.

Oskilloskoopin kalibrointi ja kynnyksen asettaminen

Hyödyllisten tulosten saaminen oskilloskoopista tarkoittaa sen kalibrointia. Tämän prosessin avulla voimme kompensoida koettimien luontaista vastusta ja kapasitanssia. Tämä on erityisen tärkeää, jos koet suuria lämpötilan muutoksia.

Kiinnitä anturi referenssisignaaliin, joka löytyy usein etupaneelista. DSO 138:n tapauksessa se on ylhäällä. Anturin mukana tulee säädettävä kondensaattori, joka tulee virittää, jotta testiaalto olisi täydellinen neliö. Näitä voidaan usein virittää pienen ruuvimeisselin avulla. DSO 138 tarjoaa viritysohjaimet itse piirilevylle.

Jos haluat nähdä aaltomuodon, sinun on päivitettävä näyttö aina, kun nouseva reuna ylittää tietyn kynnyksen. Aseta tämä jonnekin ylä- ja alahuippujännitteen puoliväliin. Olemme määrittäneet laajuuden päivittämään aina, kun nouseva reuna havaitaan. Tällä tavalla poistamme epäselvyyden ja saamme selkeän, vakaan kuvan aaltomuodosta.

Signaalien tutkiminen oskilloskoopilla

Tutkitaanpa joitain signaaleja. Puhelimen ja minijack-to-jack-kaapelin käyttäminen on helpoin ja nopein tapa. Kiinnitä krokotiilipidikkeet pistokkeen toiseen päähän. Pohjan ympärillä oleva iso kaistale on maa, ja kaksi muuta ovat vasemmalla ja oikealla. Joten voit kiinnittää klipsit seuraavasti:

Nyt tarvitsemme aaltomuodon. YouTube on täynnä sopivia testileikkeitä. Valitse yksi, toista se ja tarkkaile näyttöä. Tässä tarkastelemme siniaaltoa.

Sinun on ehkä siirrettävä asioita hieman, jotta aaltomuoto saadaan keskitettyä. Tutustu säätimiin pelaamalla niillä. Zoomaa aaltomuotoa, muuta liipaisutasoa ja säädä ajoitusta. Mikään ei korvaa käytännönläheisyyttä!

Käytännön vianetsintä oskilloskoopilla

Joten nyt kun olet tyytyväinen oskilloskooppiin, on aika tehdä vianmääritys.

Olemme katsoneet aiemmin PWM-signaalin luominen Raspberry Pi: llä, ja tämä on hyvä paikka aloittaa. Katsotaanpa, mitä RPi todella tuottaa.

PWM

Liitä maadoitusliitin maahan ja mittaa paikka, jossa odotat signaalin ilmestyvän. Tässä tapauksessa se on PWM-nasta. Nyt voimme ajaa koodia. PWM-signaalin pitäisi ilmestyä kiikariin. Voimme mitata käyttösuhteen ja varmistaa, että se vastaa odotuksiamme. Ohjelmiston PWM ei ole erityisen vakaa, varsinkin jos laite suorittaa muita tehtäviä samanaikaisesti. Laitteiston PWM: n käyttö tuottaa johdonmukaisia, selkeitä tuloksia:

Tämä ei tietenkään tarkoita, että laitteiston PWM olisi välttämätön. Usein voit parantaa tuloksiasi yksinkertaisesti vähentämällä ohjelmaa suorittavan laitteen työmäärää. Jos et näe aaltomuotoa, tämä saattaa tarkoittaa, että käyttösuhde on asetettu 0 %:iin tai 100 %:iin. Tarkista tämä mahdollisuus ennen kuin jatkat!

Tiedonsiirto

Nykyaikaiset piirit luottavat usein signaaleihin, jotka eivät ole säännöllisiä vaan kertaluonteisia. Laite lähettää komennon toiselle, mutta ei toista itseään. Liikuta hiirtä, niin lähetät tietokoneellesi sarjan komentoja, jotka osoittavat kuinka paljon olet liikuttanut hiirtä.

Kaapataksemme nämä signaalit, meidän on käytettävä kiikarimme kertaluonteisia toimintoja. Tässä aaltomuoto pysähtyy paikalleen, kun kynnystaso on ylitetty. Joten voimme nähdä tarkasti, missä muodossa nuo bitit ovat ja ovatko ne ymmärrettäviä vastaanottavalle laitteelle.

Tässä tapauksessa näytteistimme AKAI-rumpuohjaimesta tulevaa MIDI-signaalia:

Tässä esimerkissä MIDI-laitteet voivat ymmärtää jopa meluisia signaaleja. Mutta siitä lähtien kaapelit ovat epätasapainossa, sinulla voi olla ongelmia, jos ne ylittävät tietyn pituuden. Jos esimerkiksi vedät kaapelia koko rakennuksen läpi, joudut vaikeuksiin. Tai itse kaapeli saattaa olla viallinen, kun sen yli on ajettu liian monta kertaa työtuolilla.

Tässä tulee esiin deduktiivinen vianetsintä! Nollaa ongelma tarkistamalla ensin eri kaapeli ja sitten eri MIDI-laite.

Kaksi signaalia?

Yksi DSO 138:n rajoituksista on, että se sallii vain yhden tulon.

Kehittyneemmät oskilloskoopit voivat antaa meille mahdollisuuden tutkia kahta signaalia samanaikaisesti. Joten saatat peittää SPI: n (tai I2C) kautta lähetettävän tiedon vastaavalla kellosignaalilla. Tämä saattaa paljastaa, että kaksi signaalia on kohdistettu väärin tai vääristynyt. Tämä tuottaa vääriä tietoja. Piikit, melu, pyöristetyt reunat – nämä kaikki voivat aiheuttaa ongelmia.

Monissa tapauksissa nämä ongelmat voidaan korjata lisäämällä ylösveto (tai alasveto) vastus tänne tai sinne. Tai saatamme tarvita kondensaattorin tai kaksi tasoittaaksemme syöttöjännitteitä. Saatat myös joutua säätämään koodiasi ajoitusongelmien kompensoimiseksi.

Riippumatta ratkaisusta, et voi aloittaa, ennen kuin tarkastelet kahta aaltomuotoa vierekkäin – täydellinen oskilloskoopille.

Oskilloskoopit ovat erinomaisia ​​sähkövikojen diagnosoinnissa

Kun alat rakentaa, muokata tai korjata monimutkaisia ​​piirejä, kohtaat väistämättä ongelmia, jotka vain oskilloskooppi voi diagnosoida. Saatuasi selkeän kuvan signaaleista, joita haluat muokata, voit tehdä vianmäärityksen paljon tehokkaammin.