Como usar um osciloscópio para solucionar problemas eletrônicos

Principais conclusões

• Os osciloscópios são ferramentas essenciais para solucionar problemas eletrônicos quebrados. Eles analisam sinais elétricos e podem ajudar a determinar o que está errado nos circuitos.
• Os osciloscópios vêm em vários formatos e preços. Para iniciantes e amadores, uma opção mais barata como o DSO 138 pode fornecer resultados respeitáveis. Opções de segunda mão também estão disponíveis.
• Calibrar um osciloscópio é crucial para obter resultados precisos. Definir o limite e usar sondas adequadas são importantes. Ao examinar os sinais com um osciloscópio, você pode solucionar problemas e diagnosticar falhas elétricas de maneira eficaz.

O osciloscópio está entre as ferramentas mais poderosas para aspirantes a inventores, engenheiros ou entusiastas da eletricidade. Se você estiver solucionando problemas nos circuitos que construiu, isso é essencial. Mas exatamente como você soluciona problemas eletrônicos quebrados usando um osciloscópio?

Para que são usados ​​os osciloscópios e quanto você precisa gastar?

Você tem um dispositivo elétrico que não funciona. Pode ser um laptop com problemas, um sintetizador que você comprou em um mercado de pulgas local ou um projeto DIY de breadboard. Como você não consegue realmente ver a eletricidade, descobrir o que está errado exigirá algum raciocínio dedutivo – e as ferramentas certas. Entre as ferramentas mais essenciais está o osciloscópio.

Um osciloscópio é um dispositivo para analisar sinais elétricos. A palavra pode evocar a imagem de um grande bloco branco sobre uma mesa de laboratório, mas a realidade é que os osciloscópios vêm em vários formatos. Por um osciloscópio de última geração, você pode esperar pagar milhares de dólares. Algumas centenas de dólares podem gerar resultados muito respeitáveis ​​para hobbyistas, estudantes e startups, especialmente se você estiver disposto a comprar de segunda mão.

No entanto, você pode começar barato. Chegamos ao popular DSO 138 da JYE Tech . Ele foi amplamente clonado e substituído pelo DSO 138mini, mas continua sendo uma opção de osciloscópio para iniciantes e para aqueles que procuram uma opção portátil.

Uma palavra sobre tensões do osciloscópio

O DSO 138 está classificado para medir até 50 volts. Embora alguns osciloscópios possam lidar com mais do que isso, cada osciloscópio tem seus limites. Ultrapasse esses limites e você corre o risco de destruir o dispositivo. Mas nem tudo está perdido, pois você pode proteger o osciloscópio com a ajuda de uma ponta de prova atenuante. Uma ponta de prova x10 reduzirá a tensão de entrada em 90%, permitindo-nos trabalhar com sinais de tensão mais altos.

Naturalmente, você deverá tomar todas as precauções possíveis ao lidar com altas tensões. Por esse motivo, vamos nos limitar ao material de baixa tensão.

Começando

O DSO 138 vem com um par de clipes de crocodilo. Se você quiser ser preciso em sua sondagem, investir em uma sonda real é provavelmente uma boa ideia – uma que seja pontiaguda o suficiente para se fixar em um único ponto em uma placa de circuito. Isso reduzirá o risco de formação acidental de um curto-circuito.

Se estiver examinando sinais de áudio, você pode procurar um adaptador para converter um cabo TS (ou TRS) no soquete BNC (ou SMA ) do seu osciloscópio. Por uma questão de simplicidade, ficaremos com clipes de crocodilo.

Calibrando seu osciloscópio e definindo o limite

Obter resultados úteis do seu osciloscópio significa calibrá-lo. Este processo nos permitirá compensar a resistência e capacitância inerentes às pontas de prova. Isto é especialmente importante se você estiver enfrentando grandes mudanças de temperatura.

Conecte a ponta de prova ao sinal de referência, geralmente encontrado no painel frontal. No caso do DSO 138, está no topo. As sondas vêm com um capacitor ajustável que deve ser ajustado para tornar a onda de teste um quadrado perfeito. Muitas vezes, eles podem ser ajustados com a ajuda de uma pequena chave de fenda. O DSO 138 fornece controles de sintonia na própria placa de circuito.

Se quiser ver uma forma de onda, você precisará que a tela seja atualizada sempre que uma borda ascendente ultrapassar um determinado limite. Defina isso em algum lugar entre as tensões de pico superior e inferior. Definimos o escopo para atualizar sempre que uma borda ascendente for detectada. Desta forma, eliminamos a ambiguidade e obtemos uma imagem clara e estável da forma de onda.

Como examinar sinais com seu osciloscópio

Vamos examinar alguns sinais. Usar seu telefone e um cabo mini jack-to-jack é a maneira mais fácil e rápida. Prenda os clipes de crocodilo na outra extremidade do plugue. A grande faixa ao redor da parte inferior é o chão, e as outras duas estão à esquerda e à direita. Então, você pode anexar os clipes assim:

Agora, precisamos de uma forma de onda. O YouTube está repleto de clipes de teste apropriados . Escolha um, jogue e observe a tela. Aqui, estamos olhando para uma onda senoidal.

Pode ser necessário mover um pouco as coisas para centralizar a forma de onda. Familiarize-se com os controles brincando com eles. Aumente o zoom na forma de onda, altere o nível de disparo e ajuste o tempo. Não há substituto para colocar a mão na massa!

Solução prática de problemas com um osciloscópio

Então, agora que você está confortável com o osciloscópio, é hora de solucionar alguns problemas.

Já vimos como criar um sinal PWM com um Raspberry Pi e este é um bom lugar para começar. Vamos dar uma olhada no que o RPi está realmente produzindo.

PWM

Conecte o clipe de aterramento ao solo e teste onde você espera que o sinal apareça. Neste caso, é o pino PWM. Agora, podemos executar algum código. O sinal PWM deve aparecer no osciloscópio. Podemos medir o ciclo de trabalho e garantir que ele corresponda às nossas expectativas. O software PWM não é particularmente estável, especialmente se o dispositivo estiver executando outras tarefas simultaneamente. Nosso uso de PWM de hardware aqui produz resultados consistentes e claros:

Claro, isso não significa que o PWM de hardware seja uma necessidade. Muitas vezes, você pode melhorar seus resultados simplesmente diminuindo a carga de trabalho no dispositivo que executa o programa. Se você não estiver vendo nenhuma forma de onda, isso pode indicar que o ciclo de trabalho está definido como 0% ou 100%. Verifique essa possibilidade antes de prosseguir!

Transmissão de dados

Os circuitos modernos geralmente dependem de sinais que não são periódicos, mas únicos. Um dispositivo envia um comando para outro, mas não se repete. Mova o mouse e você enviará ao computador uma série de comandos indicando o quanto você moveu o mouse.

Para capturar esses sinais, precisaremos usar a funcionalidade única do nosso osciloscópio. Aqui, a forma de onda será pausada quando o nível limite for ultrapassado. Assim, poderemos ver precisamente em que formato esses bits estão e se eles serão compreensíveis para o dispositivo receptor.

Neste caso, amostramos um sinal MIDI recebido de um controlador de bateria AKAI:

Neste exemplo, os dispositivos MIDI podem entender até mesmo sinais ruidosos. Mas como os cabos aqui são desequilibrados , você poderá ter problemas se eles ultrapassarem um determinado comprimento. Assim, por exemplo, se você estiver passando o cabo por um prédio inteiro, terá problemas. Ou o próprio cabo pode estar com defeito após ser atropelado muitas vezes com uma cadeira de escritório.

É aqui que entra a solução de problemas dedutivos! Concentre-se no problema verificando primeiro um cabo diferente e depois um dispositivo MIDI diferente.

Dois sinais?

Uma das limitações do DSO 138 é que ele permite apenas uma entrada.

Osciloscópios mais avançados podem nos permitir examinar dois sinais simultaneamente. Portanto, você pode sobrepor os dados enviados por SPI (ou I2C) com o sinal de clock correspondente. Isso pode revelar que os dois sinais estão desalinhados ou distorcidos. Isso produzirá dados distorcidos. Picos, ruído, bordas arredondadas – tudo isso pode causar problemas.

Em muitos casos, esses problemas podem ser corrigidos adicionando um resistor pull-up (ou pull-down) aqui ou ali. Ou podemos precisar de um ou dois capacitores para suavizar as tensões de alimentação. Talvez você também precise ajustar seu código para compensar problemas de tempo.

Seja qual for a solução, você não conseguirá começar até que realmente dê uma olhada nas duas formas de onda lado a lado – perfeito para o seu osciloscópio.

Osciloscópios são excelentes para diagnosticar falhas elétricas

Tendo obtido uma imagem clara dos sinais que você deseja moldar, você poderá solucionar problemas com muito mais eficiência.