Hoe u een oscilloscoop kunt gebruiken om problemen met elektronica op te lossen

Belangrijkste leerpunten

• Oscilloscopen zijn essentiële hulpmiddelen voor het oplossen van kapotte elektronica. Ze analyseren elektrische signalen en kunnen helpen bepalen wat er misgaat in circuits.
• Oscilloscopen zijn er in verschillende vormen en prijzen. Voor beginners en hobbyisten kan een goedkopere optie zoals de DSO 138 respectabele resultaten opleveren. Er zijn ook tweedehands opties beschikbaar.
• Het kalibreren van een oscilloscoop is cruciaal om nauwkeurige resultaten te krijgen. Het instellen van de drempelwaarde en het gebruik van de juiste sondes zijn belangrijk. Door signalen met een oscilloscoop te onderzoeken, kunt u elektrische storingen effectief opsporen en diagnosticeren.

De oscilloscoop is een van de krachtigste gereedschappen voor aspirant-uitvinders, ingenieurs of elektrische hobbyisten. Als je problemen oplost met de circuits die je hebt gebouwd, is dit essentieel. Maar hoe los je precies kapotte elektronica op met een oscilloscoop?

Waar worden oscilloscopen voor gebruikt en hoeveel moet u uitgeven?

U heeft een elektrisch apparaat dat niet werkt. Het kan een defecte laptop zijn, een synthesizer die je op een plaatselijke rommelmarkt hebt gekocht, of een doe-het-zelf-breadboardproject. Omdat je de elektriciteit niet echt kunt zien, zal het uitzoeken van wat er misgaat een deductieve redenering vereisen – en de juiste hulpmiddelen. Een van de meest essentiële van deze gereedschappen is de oscilloscoop.

Een oscilloscoop is een apparaat voor het analyseren van elektrische signalen. Het woord roept misschien het beeld op van een groot wit blok dat op een laboratoriumbureau zit, maar de realiteit is dat oscilloscopen in vele vormen verkrijgbaar zijn. Voor een high-end oscilloscoop kunt u duizenden dollars verwachten. Met een paar honderd dollar kun je zeer respectabele resultaten behalen voor hobbyisten, studenten en startups, vooral als je bereid bent tweedehands te gaan.

U kunt echter goedkoop beginnen. We hebben het populaire bereikt DSO 138 van JYE Tech. Dit is uitgebreid gekloond en vervangen door de DSO 138mini, maar het blijft een go-to-oscilloscoopoptie voor beginners en mensen die op zoek zijn naar een draagbare optie.

Een woord over oscilloscoopspanningen

De DSO 138 kan tot 50 volt meten. Hoewel sommige oscilloscopen meer aankunnen, heeft elke oscilloscoop zijn beperkingen. Als je die grenzen verlegt, loop je het risico het apparaat te vernietigen. Maar niet alles is verloren, want je kunt de scope beschermen met behulp van een verzwakkende sonde. Een x10-sonde verlaagt de binnenkomende spanning met 90%, waardoor we met hogere spanningssignalen kunnen werken.

Uiteraard wilt u alle mogelijke voorzorgsmaatregelen nemen als u met hoge spanningen omgaat. Laten we ons daarom beperken tot laagspanningszaken.

Aan de slag

De DSO 138 wordt geleverd met een paar krokodillenklemmen. Als je nauwkeurig wilt zijn bij het onderzoeken, is het waarschijnlijk een goed idee om in een echte sonde te investeren; een sonde die puntig genoeg is om zich op een enkel punt op een printplaat te nestelen. Dit verkleint het risico dat er per ongeluk kortsluiting ontstaat.

Als u audiosignalen onderzoekt, kunt u op zoek gaan naar een adapter om een ​​TS- (of TRS-)kabel om te zetten in een BNC (of SMA) aansluiting op uw richtkijker. Voor de eenvoud houden we het bij krokodillenklemmen.

Uw oscilloscoop kalibreren en de drempel instellen

Nuttige resultaten verkrijgen met uw oscilloscoop betekent dat u deze moet kalibreren. Met dit proces kunnen we de inherente weerstand en capaciteit van de sondes compenseren. Dit is vooral belangrijk als u grote temperatuurschommelingen ervaart.

Bevestig de sonde aan het referentiesignaal, vaak te vinden op het voorpaneel. In het geval van de DSO 138 staat deze bovenaan. Sondes worden geleverd met een instelbare condensator die moet worden afgestemd om de testgolf een perfect vierkant te maken. Deze kunnen vaak worden afgesteld met behulp van een kleine schroevendraaier. De DSO 138 biedt afstemknoppen op de printplaat zelf.

Als u een golfvorm wilt zien, moet het scherm worden vernieuwd telkens wanneer een stijgende flank een bepaalde drempel overschrijdt. Stel dit ergens halverwege tussen de bovenste en onderste piekspanning in. We hebben de scope zo ingesteld dat deze wordt vernieuwd wanneer een stijgende flank wordt gedetecteerd. Op deze manier elimineren we de dubbelzinnigheid en verkrijgen we een duidelijk, stabiel beeld van de golfvorm.

Signalen onderzoeken met uw oscilloscoop

Laten we enkele signalen onderzoeken. Het gebruik van uw telefoon en een mini-jack-naar-jack-kabel is de gemakkelijkste en snelste manier. Bevestig de krokodillenklemmen aan het andere uiteinde van de jackplug. De grote strook aan de onderkant is de grond, en de andere twee zijn links en rechts. U kunt de clips dus als volgt bevestigen:

Nu hebben we een golfvorm nodig. YouTube staat boordevol passende testclips. Kies er een, speel het en bekijk het display. Hier kijken we naar een sinusgolf.

Mogelijk moet u de zaken een beetje verplaatsen om de golfvorm gecentreerd te krijgen. Maak uzelf vertrouwd met de besturing door ermee te spelen. Zoom in op de golfvorm, verander het triggerniveau en pas de timing aan. Er is geen vervanging voor hands-on!

Praktische probleemoplossing met een oscilloscoop

Dus nu u vertrouwd bent met de oscilloscoop, is het tijd om wat probleemoplossing uit te voeren.

We hebben er al eerder naar gekeken een PWM-signaal creëren met een Raspberry Pi, en dit is een goed beginpunt. Laten we eens kijken naar wat de RPi feitelijk uitvoert.

PWM

Sluit de aardingsclip aan op de aarde en onderzoek waar u een signaal verwacht. In dit geval is het de PWM-pin. Nu kunnen we wat code uitvoeren. Het PWM-signaal zou op de scoop moeten verschijnen. We kunnen de duty-cycle meten en ervoor zorgen dat deze aan onze verwachtingen voldoet. Software-PWM is niet bijzonder stabiel, vooral als het apparaat tegelijkertijd andere taken uitvoert. Ons gebruik van hardware-PWM levert hier consistente, duidelijke resultaten op:

Dit betekent natuurlijk niet dat hardware-PWM een noodzaak is. Vaak kunt u uw resultaten verbeteren door simpelweg de werklast op het apparaat waarop het programma draait te verminderen. Als u geen golfvorm ziet, kan dit erop duiden dat de werkcyclus is ingesteld op 0% of 100%. Controleer die mogelijkheid voordat u verder gaat!

Dataoverdracht

Moderne circuits zijn vaak afhankelijk van signalen die niet periodiek maar eenmalig zijn. Een apparaat stuurt een commando naar een ander, maar herhaalt zichzelf niet. Beweeg uw muis en u stuurt uw computer een reeks opdrachten die aangeven hoeveel u de muis hebt verplaatst.

Om deze signalen vast te leggen, moeten we de eenmalige functionaliteit van onze scope gebruiken. Hier zal de golfvorm op zijn plaats pauzeren wanneer het drempelniveau wordt overschreden. We kunnen dus precies zien in welke vorm deze bits zich bevinden en of ze begrijpelijk zijn voor het ontvangende apparaat.

In dit geval hebben we een binnenkomend MIDI-signaal van een AKAI-drumcontroller gesampled:

In dit voorbeeld kunnen MIDI-apparaten zelfs signalen met ruis begrijpen. Maar sinds de kabels hier zijn uit balans, kunt u problemen krijgen als ze een bepaalde lengte overschrijden. Als u de kabel bijvoorbeeld door een heel gebouw laat lopen, komt u in de problemen. Of de kabel zelf kan defect zijn nadat hij te vaak met een bureaustoel is overreden.

Dit is waar deductieve probleemoplossing van pas komt! Onderzoek het probleem door eerst een andere kabel te controleren en vervolgens een ander MIDI-apparaat.

Twee signalen?

Een van de beperkingen van de DSO 138 is dat deze slechts één ingang toestaat.

Met meer geavanceerde oscilloscopen kunnen we twee signalen tegelijkertijd onderzoeken. U kunt dus de gegevens die via SPI (of I2C) worden verzonden, overlappen met het bijbehorende kloksignaal. Als u dit wel doet, kan dit aan het licht brengen dat de twee signalen niet goed uitgelijnd of vervormd zijn. Dit levert verminkte gegevens op. Pieken, geluid, afgeronde randen: dit kan allemaal problemen veroorzaken.

In veel gevallen kunnen deze problemen worden verholpen door hier of daar een pull-up (of pull-down) weerstand toe te voegen. Of misschien hebben we een of twee condensatoren nodig om de voedingsspanningen af ​​te vlakken. Mogelijk moet u ook uw code aanpassen om timingproblemen te compenseren.

Wat de oplossing ook is, u kunt pas aan de slag als u de twee golfvormen naast elkaar bekijkt: perfect voor uw oscilloscoop.

Oscilloscopen zijn uitstekend geschikt voor het diagnosticeren van elektrische storingen

Zodra u begint met het bouwen, aanpassen of repareren van complexe circuits, zult u onvermijdelijk problemen tegenkomen die alleen een oscilloscoop kan diagnosticeren. Als u een duidelijk beeld heeft gekregen van de signalen die u wilt vormgeven, kunt u veel effectiever problemen oplossen.