Verwendung eines Oszilloskops zur Fehlerbehebung in der Elektronik

Die zentralen Thesen

• Oszilloskope sind unverzichtbare Werkzeuge zur Fehlersuche bei defekter Elektronik. Sie analysieren elektrische Signale und können dabei helfen, herauszufinden, was in Schaltkreisen falsch läuft.
• Oszilloskope gibt es in verschiedenen Formen und Preisen. Für Einsteiger und Bastler kann eine günstigere Variante wie der DSO 138 respektable Ergebnisse liefern. Es sind auch gebrauchte Optionen verfügbar.
• Die Kalibrierung eines Oszilloskops ist entscheidend, um genaue Ergebnisse zu erhalten. Es ist wichtig, den Schwellenwert festzulegen und geeignete Sonden zu verwenden. Durch die Untersuchung von Signalen mit einem Oszilloskop können Sie elektrische Fehler effektiv beheben und diagnostizieren.

Das Oszilloskop gehört zu den leistungsstärksten Werkzeugen für angehende Erfinder, Ingenieure oder Elektrobastler. Wenn Sie Fehler in den von Ihnen gebauten Schaltkreisen beheben, ist dies unerlässlich. Aber wie genau kann man defekte elektronische Geräte mithilfe eines Oszilloskops beheben?

Wofür werden Oszilloskope verwendet und wie viel müssen Sie ausgeben?

Sie haben ein elektrisches Gerät, das nicht funktioniert. Es kann sich um einen kaputten Laptop handeln, um einen Synthesizer, den Sie auf einem lokalen Flohmarkt gekauft haben, oder um ein selbstgebautes Steckbrettprojekt. Da man den Strom nicht wirklich sehen kann, bedarf es deduktiver Überlegungen – und der richtigen Werkzeuge, um herauszufinden, was schiefläuft. Zu den wesentlichsten dieser Werkzeuge gehört das Oszilloskop.

Ein Oszilloskop ist ein Gerät zur Analyse elektrischer Signale. Das Wort könnte an einen großen weißen Block erinnern, der auf einem Labortisch sitzt, aber in Wirklichkeit gibt es Oszilloskope in vielen Formen. Für ein High-End-Oszilloskop können Sie mit Tausenden von Dollar rechnen. Mit ein paar hundert Dollar können Sie für Bastler, Studenten und Start-ups sehr respektable Ergebnisse erzielen, insbesondere wenn Sie bereit sind, gebrauchte Geräte zu kaufen.

Sie können jedoch günstig anfangen. Wir haben nach dem Populären gegriffen DSO 138 von JYE Tech. Dieses wurde weitgehend vom DSO 138mini kopiert und abgelöst, bleibt aber weiterhin eine bevorzugte Oszilloskop-Option für Anfänger und diejenigen, die eine tragbare Option suchen.

Ein Wort zu Oszilloskopspannungen

Der DSO 138 ist für die Messung von bis zu 50 Volt ausgelegt. Während einige Oszilloskope mehr bewältigen können, hat jedes Oszilloskop seine Grenzen. Wenn Sie diese Grenzen überschreiten, besteht die Gefahr, dass das Gerät zerstört wird. Aber es ist noch nicht alles verloren, denn Sie können das Zielfernrohr mit Hilfe einer Dämpfungssonde schützen. Ein x10-Tastkopf senkt die Eingangsspannung um 90 %, sodass wir mit Signalen mit höherer Spannung arbeiten können.

Natürlich sollten Sie beim Umgang mit Hochspannungen alle möglichen Vorsichtsmaßnahmen treffen. Aus diesem Grund beschränken wir uns auf die Niederspannungsthemen.

Erste Schritte

Im Lieferumfang des DSO 138 ist ein Paar Krokodilklemmen enthalten. Wenn Sie beim Messen präzise sein möchten, ist die Investition in einen echten Tastkopf wahrscheinlich eine gute Idee – einen, der spitz genug ist, um einen einzelnen Punkt auf einer Leiterplatte zu erfassen. Dadurch wird das Risiko verringert, dass versehentlich ein Kurzschluss entsteht.

Wenn Sie Audiosignale untersuchen, suchen Sie möglicherweise nach einem Adapter, um ein TS- (oder TRS-)Kabel in das umzuwandeln BNC (oder SMA)-Buchse an Ihrem Zielfernrohr. Der Einfachheit halber bleiben wir bei Krokodilklemmen.

Kalibrieren Sie Ihr Oszilloskop und stellen Sie den Schwellenwert ein

Um nützliche Ergebnisse mit Ihrem Oszilloskop zu erhalten, müssen Sie es kalibrieren. Dieser Prozess ermöglicht es uns, den Eigenwiderstand und die Kapazität der Sonden zu kompensieren. Dies ist besonders wichtig, wenn Sie starken Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.

Befestigen Sie die Sonde am Referenzsignal, das sich häufig auf der Vorderseite befindet. Beim DSO 138 liegt es ganz oben. Sonden sind mit einem einstellbaren Kondensator ausgestattet, der so abgestimmt werden sollte, dass die Testwelle ein perfektes Rechteck ergibt. Diese können oft mit Hilfe eines kleinen Schraubenziehers eingestellt werden. Das DSO 138 bietet Abstimmsteuerungen auf der Platine selbst.

Wenn Sie eine Wellenform sehen möchten, muss die Anzeige jedes Mal aktualisiert werden, wenn eine steigende Flanke einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Stellen Sie diese irgendwo in der Mitte zwischen der oberen und unteren Spitzenspannung ein. Wir haben den Bereich so eingestellt, dass er immer dann aktualisiert wird, wenn eine steigende Flanke erkannt wird. Auf diese Weise beseitigen wir die Mehrdeutigkeit und erhalten ein klares, stabiles Bild der Wellenform.

So untersuchen Sie Signale mit Ihrem Oszilloskop

Schauen wir uns einige Signale an. Die Verwendung Ihres Telefons und eines Mini-Klinken-zu-Klinken-Kabels ist der einfachste und schnellste Weg. Befestigen Sie die Krokodilklemmen am anderen Ende des Klinkensteckers. Der große Streifen unten ist der Boden, die anderen beiden sind links und rechts. Sie können die Clips also wie folgt anbringen:

Jetzt brauchen wir eine Wellenform. YouTube ist vollgepackt mit passenden Testclips. Wählen Sie eines aus, spielen Sie es ab und beobachten Sie die Anzeige. Hier sehen wir eine Sinuswelle.

Möglicherweise müssen Sie die Dinge ein wenig verschieben, um die Wellenform zu zentrieren. Machen Sie sich mit den Bedienelementen vertraut, indem Sie damit spielen. Vergrößern Sie die Wellenform, ändern Sie den Triggerpegel und passen Sie das Timing an. Es gibt keinen Ersatz dafür, selbst Hand anzulegen!

Praktische Fehlerbehebung mit einem Oszilloskop

Da Sie nun mit dem Oszilloskop vertraut sind, ist es an der Zeit, sich an die Fehlerbehebung zu machen.

Wir haben uns vorher angeschaut Erstellen eines PWM-Signals mit einem Raspberry Pi, und das ist ein guter Anfang. Werfen wir einen Blick darauf, was das RPi tatsächlich ausgibt.

PWM

Verbinden Sie die Erdungsklemme mit der Erde und prüfen Sie dort, wo Sie ein Signal erwarten. In diesem Fall ist es der PWM-Pin. Jetzt können wir Code ausführen. Das PWM-Signal sollte auf dem Oszilloskop erscheinen. Wir können den Arbeitszyklus messen und sicherstellen, dass er unseren Erwartungen entspricht. Software-PWM ist nicht besonders stabil, insbesondere wenn das Gerät gleichzeitig andere Aufgaben ausführt. Unser Einsatz von Hardware-PWM führt hier zu konsistenten, klaren Ergebnissen:

Dies bedeutet natürlich nicht, dass Hardware-PWM eine Notwendigkeit ist. Oft können Sie Ihre Ergebnisse verbessern, indem Sie einfach die Arbeitslast auf dem Gerät verringern, auf dem das Programm ausgeführt wird. Wenn Sie keine Wellenform sehen, kann dies darauf hindeuten, dass der Arbeitszyklus auf 0 % oder 100 % eingestellt ist. Prüfen Sie diese Möglichkeit, bevor Sie fortfahren!

Datenübertragung

Moderne Schaltkreise basieren oft auf Signalen, die nicht periodisch, sondern einmalig sind. Ein Gerät sendet einen Befehl an ein anderes, wiederholt sich jedoch nicht. Bewegen Sie Ihre Maus und Sie senden Ihrem Computer eine Reihe von Befehlen, die angeben, um wie viel Sie die Maus bewegt haben.

Um diese Signale zu erfassen, müssen wir die einmalige Funktionalität unseres Oszilloskops nutzen. Hier bleibt die Wellenform stehen, wenn der Schwellenwert überschritten wird. So können wir genau sehen, welche Form diese Bits haben und ob sie für das empfangende Gerät verständlich sind.

In diesem Fall haben wir ein eingehendes MIDI-Signal von einem AKAI-Drum-Controller abgetastet:

In diesem Beispiel können MIDI-Geräte selbst verrauschte Signale verstehen. Aber seit Die Kabel hier sind unsymmetrisch, kann es zu Problemen kommen, wenn sie eine bestimmte Länge überschreiten. Wenn Sie beispielsweise das Kabel quer durch ein ganzes Gebäude verlegen, geraten Sie in Schwierigkeiten. Oder das Kabel selbst könnte defekt sein, nachdem es zu oft mit einem Bürostuhl überfahren wurde.

Hier kommt die deduktive Fehlerbehebung ins Spiel! Gehen Sie dem Problem auf den Grund, indem Sie zunächst ein anderes Kabel und dann ein anderes MIDI-Gerät prüfen.

Zwei Signale?

Eine der Einschränkungen des DSO 138 besteht darin, dass es nur einen Eingang zulässt.

Fortschrittlichere Oszilloskope könnten es uns ermöglichen, zwei Signale gleichzeitig zu untersuchen. Sie können also die über SPI (oder I2C) gesendeten Daten mit dem entsprechenden Taktsignal überlagern. Dadurch könnte sich herausstellen, dass die beiden Signale falsch ausgerichtet oder verzerrt sind. Dadurch werden verstümmelte Daten erzeugt. Spitzen, Lärm, abgerundete Kanten – all das kann Probleme verursachen.

In vielen Fällen können diese Probleme behoben werden, indem hier oder da ein Pull-up-Widerstand (oder Pull-down-Widerstand) hinzugefügt wird. Oder wir benötigen möglicherweise einen oder zwei Kondensatoren, um die Versorgungsspannungen zu glätten. Möglicherweise müssen Sie auch Ihren Code anpassen, um Zeitprobleme auszugleichen.

Was auch immer die Lösung sein mag, Sie können erst loslegen, wenn Sie sich die beiden Wellenformen tatsächlich nebeneinander ansehen – perfekt für Ihr Oszilloskop.

Oszilloskope eignen sich hervorragend zur Diagnose elektrischer Fehler

Sobald Sie mit dem Bau, der Änderung oder der Reparatur komplexer Schaltkreise beginnen, werden Sie unweigerlich auf Probleme stoßen, die nur ein Oszilloskop diagnostizieren kann. Wenn Sie sich ein klares Bild von den Signalen gemacht haben, die Sie formen möchten, können Sie Fehler viel effektiver beheben.