Přeskočit obsah

Osciloskop

Osciloskop ukazuje, jak se signál mění v čase.

Multimetr může ukázat "asi 3.3V" nebo "je tam frekvence". Osciloskop ukazuje tvar signálu: pulsy, hrany, pokles, šum, odskok, pakety UART, PWM.

Obrazovka digitálního osciloskopu

Zdroj: Wikimedia Commons, premek.v, Public Domain

Signál PWM na obrazovce osciloskopu vypadá takto:

Animace PWM: změna duty cycle a průběh signálu

Zdroj: Wikimedia Commons, Mik81, CC0 Public Domain

Nepotřebujete jej na každou jednoduchou stavbu. Ale když se zařízení chová nestabilně, osciloskop může v minutách odhalit, co multimetr nemůže vidět.

Co můžete vidět

V zařízeních podobných iDryer-u je osciloskop užitečný pro prohlížení:

  • PWM ventilátoru;
  • PWM modulu MOSFET;
  • UART TX/RX;
  • pokles 5V nebo 3.3V při spuštění servomotoru;
  • šum napájecího zdroje;
  • odskok tlačítka;
  • signál tachometru ventilátoru;
  • krátké poruchy, které multimetr zprůměruje.

Osciloskop odpovídá nejen "je tam napětí", ale "co se děje se signálem v čase".

Nejdůležitější varování

Většina stolních osciloskapů má zem sondy připojenou k ochrannému uzemnění sítě.

To znamená: clips zeme sondy není "jen další drát".

Pokud připojíte clips zeme sondy k bodu, který není GND nízkovoltážního obvodu, můžete vytvořit zkrat skrz osciloskop.

Je zvláště nebezpečné vstoupit do síťové části 110-230V AC, SSR, napájecího zdroje nebo vysokonapěťových sekcí s normálním osciloskapem.

Nemůžete:

  • odpojit zem osciloskopu pro "plovoucí" měření;
  • připojit clips zeme sondy k fázi nebo jinému napěťovému bodu;
  • měřit síťové napětí s normální sondou bez pochopení obvodu;
  • předpokládat, že dva kanály jsou zcela nezávislé: země kanálů jsou často propojeny.

Pro plovoucí měření, měření vysoké strany a měření vysokého napětí potřebujete správné metody: diferenciální sondu, izolované zařízení nebo jiný bezpečný přístup.

Jak připojit sondu

Pro nízkovoltážní obvody:

  1. Připojte sondu k osciloskopu.
  2. Připojte zem sondy k GND zařízení.
  3. Připojte špičku sondy k signálu.
  4. Vyberte správné nastavení sondy: 1x nebo 10x.
  5. Ujistěte se, že je osciloskop nastaven na stejný faktor.

Pro většinu digitálních signálů použijte 10x: sonda méně zatěžuje obvod a obvykle lépe zobrazuje tvar signálu.

PWM

PWM je pulzní signál.

Osciloskop ukazuje:

  • frekvenci;
  • duty cycle;
  • úroveň logické jedničky;
  • úroveň logické nuly;
  • hrany;
  • jitter;
  • šum.

Pro ventilátor nebo MOSFET to pomáhá pochopit:

  • zda výstup pinu vůbec signál vysílá;
  • zda je úroveň 3.3V nebo 5V dostatečná;
  • zda frekvence odpovídá nastavení;
  • zda se duty cycle mění podle příkazu;
  • zda signál nepadá, když je připojena zátěž.

UART

UART na osciloskopu vypadá jako sekvence pulsů.

Osciloskop pomáhá vidět:

  • zda je aktivita na TX;
  • zda nejsou prohozeny logické úrovně;
  • jaká je úroveň v klidu;
  • zda je silný šum;
  • zda se přibližně shoduje přenosová rychlost.

Pro dekódování textu je vhodněji logický analyzátor nebo USB-UART adaptér. Ale osciloskop rychle ukáže, zda je signál fyzicky živý.

Pokles napájecího zdroje

Multimetr nemusí vidět krátký pokles.

Například když se servomotor spustí, linea 5V se může ponížit o několik milisekund. Multimetr ukazuje téměř normálních 5V, ale kontrolér se již restartoval.

Osciloskop vám umožňuje vidět:

  • kolik napětí padá;
  • jak dlouho pokles trvá;
  • zda jsou špičky;
  • zda kondenzátor pomáhá;
  • zda se situace změní s jiným napájecím zdrojem nebo vodiči.

To je zvláště užitečné pro ESP32, servomotory, ventilátory a DC-DC.

Šum a interference

Šum na napájecích nebo signálních vodičích může prolomit senzory a komunikaci.

Osciloskop pomáhá vidět:

  • zvlnění DC-DC;
  • motorové špičky;
  • šum blízko topidla;
  • odskok tlačítka;
  • interference na dlouhém vodiči.

Ale rozumějte omezením: špatné připojení zeme sondy může přidat šum na samotný displej. Krátká pružina zeme sondy nebo krátký vodič zeme často dávají poctivější obraz než dlouhý clips.

Multimetr s měřením frekvence

Někdy osciloskop není na počáteční kontroly potřebný.

Některé multimetry mohou měřit frekvenci signálu. Ve specifikacích se to mohou nazývat Hz, frekvence nebo čítač frekvence.

To je užitečné, pokud potřebujete rychle pochopit:

  • zda existuje PWM signál vůbec;
  • zda se frekvence mění s úpravou;
  • zda výstup kontroléru funguje;
  • zda je aktivita na jednoduchém digitálním vodiči.

Například pokud by kontrolér měl výstup PWM ventilátoru nebo modulu MOSFET, multimetr měřící frekvenci může ukázat, že signál existuje a jeho frekvence se přibližně shoduje s očekávanou hodnotou.

Ale multimetr neukazuje tvar signálu. Neukazuje:

  • úroveň logické jedničky;
  • šířka pulsu;
  • duty cycle PWM;
  • hrany signálu;
  • krátké poklesy;
  • šum a interference;
  • zkreslení vedení.

Takže multimetr měřící frekvenci je dobrý nástroj pro rychlé kontroly, ale není úplnou náhradou za osciloskop.

Co kontrolovat před měřením

Před připojením sondy:

  1. Co je GND v obvodu?
  2. Je tento bod připojen k ochrannému uzemnění sítě?
  3. Není tam síťové napětí?
  4. Je sonda hodnocena na napětí?
  5. Je vybrán 10x, pokud je to potřeba?
  6. Jsou sonda a kanál nastaveny stejně?
  7. Nejsou země kanálů připojeny k různým bodům obvodu?
  8. Můžete nejdřív zkontrolovat signál na straně nízkého napětí?

Pokud máte pochyby o 110-230V AC, nepřipojujte osciloskop.

Běžné chyby

  • clips zeme připojen k napěťovému bodu, ne GND;
  • pokus "odpojit" zem osciloskopu od sítě;
  • měření síťového napětí s normální sondou bez diferenciálu;
  • zapomenutí, že země kanálů jsou připojeny;
  • sonda nastavena na 10x, osciloskop nastaven na 1x;
  • použití dlouhé zeme sondy a vidění extra šumu;
  • pouze pohled s multimetrem a chybění krátkého poklesu;
  • myšlení, že problém UART je softwarový, když na vodiči není fyzický signál.

Podstata

  • Osciloskop ukazuje tvar signálu v čase.
  • Je užitečný pro PWM, UART, pokles napájecího zdroje, šum a krátké poruchy.
  • Běžná stolní zem osciloskopu je připojena k ochrannému uzemnění sítě.
  • Nemůžete připojit zem sondy k libovolnému bodu obvodu.
  • Pro síťová a plovoucí měření jsou potřeba speciální bezpečné metody.
  • Multimetr měřící frekvenci je užitečný, ale není úplnou náhradou za osciloskop.

Referenční materiály