نحوه استفاده از اسیلوسکوپ برای عیب یابی الکترونیک

چه در حال سرهم‌بندی با مدارهای هوم‌برو باشید یا در تلاش برای تعمیر یک دستگاه باشید، یک اسیلوسکوپ عیب‌یابی شما را آسان‌تر می‌کند.

نکات کلیدی

اسیلوسکوپ ها ابزارهای ضروری برای عیب یابی قطعات الکترونیکی خراب هستند. آنها سیگنال های الکتریکی را تجزیه و تحلیل می کنند و می توانند به تشخیص اینکه چه چیزی در مدارها اشتباه می شود کمک می کند.
اسیلوسکوپ ها در اشکال و قیمت های مختلفی وجود دارند. برای مبتدیان و علاقمندان، یک گزینه ارزانتر مانند DSO 138 می تواند نتایج قابل احترامی را ارائه دهد. گزینه های دست دوم نیز موجود است.
کالیبره کردن یک اسیلوسکوپ برای به دست آوردن نتایج دقیق بسیار مهم است. تنظیم آستانه و استفاده از پروب های مناسب مهم است. با بررسی سیگنال ها با اسیلوسکوپ، می توانید عیب های الکتریکی را به طور موثر عیب یابی و تشخیص دهید.

اسیلوسکوپ یکی از قدرتمندترین ابزارها برای مخترعان مشتاق، مهندسان یا علاقه مندان به برق است. اگر در حال عیب یابی مدارهایی هستید که ساخته اید، ضروری است. اما دقیقاً چگونه می توان قطعات الکترونیکی خراب را با استفاده از اسیلوسکوپ عیب یابی کرد؟

اسیلوسکوپ ها برای چه مواردی استفاده می شوند و چقدر باید هزینه کنید؟

شما یک دستگاه الکتریکی دارید که کار نمی کند. این ممکن است یک لپ‌تاپ بیمار، یک سینت سایزری باشد که از یک بازار محلی خریده‌اید، یا یک پروژه DIY breadboarding. از آنجایی که شما در واقع نمی توانید الکتریسیته را ببینید، تشخیص اینکه چه چیزی اشتباه می کند، نیازمند استدلال قیاسی و ابزارهای مناسب است. یکی از ضروری ترین این ابزارها اسیلوسکوپ است.

اسیلوسکوپ وسیله ای برای تجزیه و تحلیل سیگنال های الکتریکی است. این کلمه ممکن است تصویری از یک بلوک سفید بزرگ را تداعی کند که روی یک میز آزمایشگاه نشسته است، اما واقعیت این است که اسیلوسکوپ ها به اشکال مختلفی وجود دارند. برای یک اسیلوسکوپ رده بالا، می توانید انتظار داشته باشید که هزاران دلار بپردازید. چند صد دلار می تواند نتایج بسیار قابل احترامی برای علاقه مندان، دانش آموزان و استارت آپ ها به شما بدهد، به خصوص اگر مایل به دست دوم باشید.

با این حال، می توانید ارزان شروع کنید. ما به DSO 138 محبوب JYE Tech رسیده ایم. این به طور گسترده توسط DSO 138mini شبیه سازی شده و جایگزین شده است، اما همچنان یک گزینه اسیلوسکوپ برای مبتدیان و کسانی است که به دنبال یک گزینه قابل حمل هستند.

سخنی در مورد ولتاژ اسیلوسکوپ

DSO 138 برای اندازه گیری تا 50 ولت رتبه بندی شده است. در حالی که برخی از اسیلوسکوپ ها بیشتر از این کار را انجام می دهند، هر اسیلوسکوپی محدودیت هایی دارد. این محدودیت ها را کنار بگذارید و خطر نابودی دستگاه را دارید. اما همه چیز از بین نمی رود، زیرا می توانید با کمک یک کاوشگر تضعیف کننده از محدوده محافظت کنید. یک پروب x10 ولتاژ ورودی را 90 درصد کاهش می دهد و به ما امکان می دهد با سیگنال های ولتاژ بالاتر کار کنیم.

مطلب مرتبط: مزیت AMD چیست و آیا واقعاً عملکرد شما را افزایش می دهد؟

به طور طبیعی، هنگام مواجهه با ولتاژهای بالا، باید تمام اقدامات احتیاطی ممکن را انجام دهید. به همین دلیل، بیایید خودمان را به موارد ولتاژ پایین محدود کنیم.

شروع شدن

DSO 138 با یک جفت گیره تمساح ارائه می شود. اگر می‌خواهید در کاوش خود دقیق باشید، سرمایه‌گذاری در یک کاوشگر واقعی احتمالاً ایده خوبی است – کاوشگری که به اندازه کافی دقیق باشد تا در یک نقطه از یک برد مدار قرار بگیرد. این باعث کاهش خطر تشکیل تصادفی کوتاه می شود.

اگر در حال بررسی سیگنال های صوتی هستید، ممکن است به دنبال آداپتوری بگردید تا کابل TS (یا TRS) را به سوکت BNC (یا SMA) در محدوده خود تبدیل کند. برای سادگی، از گیره های تمساح استفاده می کنیم.

کالیبره کردن اسیلوسکوپ و تنظیم آستانه

دریافت نتایج مفید از اسیلوسکوپ به معنای کالیبره کردن آن است. این فرآیند به ما امکان می دهد مقاومت و ظرفیت ذاتی پروب ها را جبران کنیم. این امر به ویژه در صورتی که تغییرات عمده دما را تجربه می کنید بسیار مهم است.

پروب را به سیگنال مرجع که اغلب در پانل جلویی یافت می شود وصل کنید. در مورد DSO 138، در بالای صفحه قرار دارد. پروب ها دارای یک خازن قابل تنظیم هستند که باید تنظیم شود تا موج آزمایشی به یک مربع کامل تبدیل شود. اینها را اغلب می توان با کمک یک پیچ گوشتی کوچک تنظیم کرد. DSO 138 کنترل های تنظیم را روی خود برد مدار فراهم می کند.

اگر می‌خواهید شکل موجی را ببینید، باید هر بار که لبه‌ای در حال افزایش از آستانه خاصی عبور می‌کند، نمایشگر به‌روزرسانی شود. این را در جایی بین ولتاژ اوج بالا و پایین تنظیم کنید. ما محدوده را طوری تنظیم کرده‌ایم که هر زمان که لبه‌ای در حال افزایش یافت می‌شود، به‌روزرسانی شود. به این ترتیب، ابهام را از بین می بریم و تصویری واضح و پایدار از شکل موج به دست می آوریم.

مطلب مرتبط: محیط تعریف شده توسط نرم افزار چیست؟

نحوه بررسی سیگنال ها با اسیلوسکوپ

بیایید برخی از سیگنال ها را بررسی کنیم. استفاده از تلفن و کابل جک به جک مینی ساده ترین و سریع ترین راه است. گیره های کروکودیل را به انتهای دیگر فیش جک وصل کنید. نوار بزرگ اطراف پایین زمین است و دو نوار دیگر چپ و راست هستند. بنابراین، می‌توانید کلیپ‌ها را به این صورت وصل کنید:

اکنون به یک شکل موج نیاز داریم. یوتیوب مملو از کلیپ های تست مناسب است. یکی را انتخاب کنید، پخش کنید و صفحه نمایش را مشاهده کنید. در اینجا، ما به یک موج سینوسی نگاه می کنیم.

ممکن است لازم باشد چیزها را کمی جابجا کنید تا شکل موج در مرکز قرار گیرد. با بازی کردن با کنترل ها با آنها آشنا شوید. روی شکل موج زوم کنید، سطح ماشه را تغییر دهید و زمان را تنظیم کنید. هیچ جایگزینی برای عملی شدن وجود ندارد!

عیب یابی عملی با اسیلوسکوپ

بنابراین، اکنون که با اسیلوسکوپ راحت هستید، زمان آن رسیده است که عیب یابی کنید.

ما قبلاً به ایجاد سیگنال PWM با Raspberry Pi نگاه کرده‌ایم و این مکان خوبی برای شروع است. بیایید نگاهی به آنچه که RPi در واقع خروجی دارد بیاندازیم.

PWM

گیره زمین را به زمین وصل کنید و جایی که انتظار دارید سیگنال ظاهر شود را بررسی کنید. در این مورد، پین PWM است. اکنون می توانیم کدی را اجرا کنیم. سیگنال PWM باید روی محدوده ظاهر شود. ما می توانیم چرخه وظیفه را اندازه گیری کنیم و اطمینان حاصل کنیم که با انتظارات ما مطابقت دارد. نرم افزار PWM پایدار نیست، به خصوص اگر دستگاه وظایف دیگری را به طور همزمان اجرا کند. استفاده ما از PWM سخت افزاری در اینجا نتایج ثابت و واضحی را ایجاد می کند:

البته این بدان معنا نیست که PWM سخت افزاری یک ضرورت است. اغلب، ممکن است نتایج خود را به سادگی با کاهش حجم کاری دستگاهی که برنامه اجرا می کند، بهبود بخشید. اگر هیچ شکل موجی نمی بینید، ممکن است نشان دهنده این باشد که چرخه کاری روی 0% یا 100% تنظیم شده است. قبل از اینکه بیشتر بروید، این امکان را بررسی کنید!

انتقال داده

مدارهای مدرن اغلب بر سیگنال هایی تکیه می کنند که دوره ای نیستند بلکه یکباره هستند. یک دستگاه فرمانی را به دیگری ارسال می کند اما خود را تکرار نمی کند. ماوس خود را حرکت دهید و یک سری دستورات را به رایانه خود ارسال می کنید که نشان می دهد چقدر ماوس را حرکت داده اید.

مطلب مرتبط: NFT های هنری مولد چیست؟

برای گرفتن این سیگنال ها، باید از عملکرد یکباره محدوده خود استفاده کنیم. در اینجا، وقتی از سطح آستانه عبور کرد، شکل موج در جای خود مکث خواهد کرد. بنابراین، می‌توانیم دقیقاً ببینیم که آن بیت‌ها در چه شکلی هستند و آیا برای دستگاه گیرنده قابل درک هستند یا خیر.

در این مورد، ما از یک سیگنال MIDI ورودی از یک کنترلر درام AKAI نمونه برداری کرده ایم:

در این مثال، دستگاه‌های MIDI می‌توانند حتی سیگنال‌های نویزدار را درک کنند. اما از آنجایی که کابل‌ها در اینجا نامتعادل هستند، ممکن است اگر طول آن‌ها بیشتر از یک طول مشخص باشد، با مشکل مواجه شوید. بنابراین، برای مثال، اگر کابل را در کل ساختمان اجرا کنید، با مشکل مواجه خواهید شد. یا ممکن است خود کابل پس از چندین بار عبور با صندلی اداری معیوب باشد.

اینجاست که عیب یابی قیاسی وارد می شود! ابتدا با بررسی یک کابل دیگر و سپس یک دستگاه MIDI دیگر، مشکل را برطرف کنید.

دو سیگنال؟

یکی از محدودیت های DSO 138 این است که فقط یک ورودی اجازه می دهد.

اسیلوسکوپ های پیشرفته تر ممکن است به ما اجازه دهند تا دو سیگنال را به طور همزمان بررسی کنیم. بنابراین، ممکن است داده های ارسال شده از طریق SPI (یا I2C) را با سیگنال ساعت مربوطه پوشش دهید. انجام این کار ممکن است نشان دهد که این دو سیگنال در هم تراز یا مخدوش هستند. این باعث ایجاد داده های مخدوش می شود. میخ، سر و صدا، لبه های گرد – همه اینها می توانند مشکلاتی ایجاد کنند.

در بسیاری از موارد، این مشکلات ممکن است با افزودن یک مقاومت کششی (یا پایین‌رونده) در اینجا یا آنجا اصلاح شوند. یا ممکن است به یک یا دو خازن برای صاف کردن ولتاژهای تغذیه نیاز داشته باشیم. همچنین ممکن است مجبور شوید کد خود را برای جبران مشکلات زمان بندی تنظیم کنید.

راه حل هرچه که باشد، تا زمانی که نگاهی به دو شکل موج در کنار هم نداشته باشید، نمی توانید شروع کنید.

اسیلوسکوپ ها برای تشخیص خطاهای الکتریکی عالی هستند

هنگامی که شروع به ساخت، اصلاح یا تعمیر مدارهای پیچیده می کنید، به ناچار با مشکلاتی مواجه خواهید شد که فقط یک اسیلوسکوپ می تواند آنها را تشخیص دهد. با به دست آوردن تصویر واضحی از سیگنال هایی که به دنبال شکل دادن به آنها هستید، می توانید بسیار موثرتر عیب یابی کنید.