如何使用示波器排除電子故障

重點

• 示波器是對損壞的電子設備進行故障排除的重要工具。它們分析電信號並可以幫助確定電路中出現的問題。
• 示波器有多種形式和價格。對於初學者和愛好者來說，像 DSO 138 這樣更便宜的選擇可以提供令人滿意的結果。也提供二手選擇。
• 校準示波器對於獲得準確的結果至關重要。設定閾值和使用適當的探針很重要。透過使用示波器檢查訊號，您可以有效地排除和診斷電氣故障。

對於有抱負的發明家、工程師或電氣愛好者來說，示波器是最強大的工具之一。如果您要對已建置的電路進行故障排除，那麼這是必不可少的。但究竟如何使用示波器對損壞的電子設備進行故障排除呢？

示波器有什麼用途，需要花多少錢？

您的電氣設備無法運作。它可能是一台出問題的筆記型電腦、一個你從當地跳蚤市場買來的合成器，或者是一個 DIY 麵包板專案。由於您實際上無法看到電流，因此要找出問題所在將需要一些演繹推理以及正確的工具。這些工具中最重要的是示波器。

示波器是一種用於分析電訊號的設備。這個詞可能會讓人聯想到實驗室桌子上有一個白色的大塊，但現實是示波器有多種形式。對於高端示波器，您可能需要花費數千美元。對於業餘愛好者、學生和新創公司來說，幾百美元就可以獲得非常可觀的結果，特別是如果你願意二手的話。

但是，您可以便宜地開始。我們選擇了JYE Tech 流行的 DSO 138。它已被 DSO 138mini 廣泛克隆和取代，但它仍然是初學者和尋求便攜式選項的人的首選示波器選項。

關於示波器電壓的一句話

DSO 138 的額定測量電壓高達 50 伏特。雖然有些示波器可以處理更多的事情，但每個示波器都有其限制。突破這些限制，您就有毀壞設備的風險。但一切並沒有失去，因為您可以藉助衰減探頭來保護示波器。x10 探頭會將輸入電壓削減 90%，使我們能夠處理更高電壓的訊號。

當然，在處理高電壓時，您需要採取一切可能的預防措施。出於這個原因，讓我們將自己限制在低壓方面。

入門

DSO 138 配有一對鱷魚夾。如果您想精確地進行探測，那麼投資一個真正的探針可能是一個好主意 – 一個足夠尖的探針，可以固定在電路板上的單點上。這將降低意外形成短路的風險。

如果您正在檢查音訊訊號，您可能需要一個轉接器來將 TS（或 TRS）電纜轉換為示波器上的BNC（或SMA ）插座。為了簡單起見，我們將堅持使用鱷魚夾。

校準示波器並設定閾值

要從示波器獲得有用的結果就意味著要對其進行校準。這個過程將使我們能夠補償探頭的固有電阻和電容。如果您正在經歷劇烈的溫度變化，這一點尤其重要。

將探頭連接到參考訊號，該訊號通常位於前面板上。對於 DSO 138，它位於頂部。探頭配有一個可調式電容器，應對其進行調整以使測試波成為完美的方波。這些通常可以藉助小螺絲起子進行調整。DSO 138 在電路板本身提供調諧控制。

如果您想查看波形，則需要在每次上升沿超過特定閾值時刷新顯示器。將其設定在頂部峰值電壓和底部峰值電壓之間的中間位置。我們已將範圍設定為在偵測到上升沿時刷新。這樣，我們就消除了模糊性並獲得了清晰、穩定的波形影像。

如何使用示波器檢查訊號

讓我們檢查一些訊號。使用手機和迷你插孔電纜是最簡單、最快的方法。將鱷魚夾連接到插頭的另一端。底部周圍的大條是地面，另外兩個是左、右。因此，您可以像這樣附加剪輯：

現在，我們需要一個波形。YouTube 上有很多合適的測試片段。選擇一個，播放它，然後觀察顯示器。在這裡，我們正在研究正弦波。

您可能需要稍微移動一些東西以使波形居中。透過操作來熟悉控制。放大波形、變更觸發電平並調整時序。沒有什麼可以取代親自動手！

使用示波器進行實用故障排除

現在您已經熟悉了示波器，是時候進行一些故障排除了。

我們之前研究過如何使用 Raspberry Pi 建立 PWM 訊號，這是一個很好的起點。讓我們看看 RPi 實際輸出了什麼。

脈寬調製

將接地夾接地，並探測您期望出現訊號的位置。在本例中，它是 PWM 引腳。現在，我們可以運行一些程式碼。PWM 訊號應出現在示波器上。我們可以測量佔空比並確保它符合我們的期望。軟體 PWM 不是特別穩定，特別是當設備同時運行其他任務時。我們在這裡使用硬體 PWM 產生一致、清晰的結果：

當然，這並不意味著硬體 PWM 是必需的。通常，您可以透過簡單地減少執行程式的裝置上的工作負載來改善結果。如果您沒有看到任何波形，這可能表示佔空比設定為 0% 或 100%。在繼續之前檢查一下這種可能性！

資料傳輸

現代電路通常依賴非週期性訊號，而是一次性訊號。一個設備向另一個設備發送命令，但不會重複執行。移動滑鼠，您將向電腦發送一系列命令，指示您移動滑鼠的距離。

為了捕捉這些訊號，我們需要使用示波器的一次性功能。此處，當超過閾值電平時，波形將暫停。因此，我們將能夠準確地看到這些位的形狀以及接收設備是否可以理解它們。

在本例中，我們對來自 AKAI 鼓控制器的傳入 MIDI 訊號進行了取樣：

在此範例中，MIDI 設備甚至可以理解雜訊的訊號。但由於這裡的電纜不平衡，如果超過一定長度，可能會出現問題。因此，舉例來說，如果您將電纜穿過整棟建築物，就會遇到麻煩。或者，電纜本身可能在被辦公椅碾壓過多次後出現故障。

這就是演繹故障排除的用武之地！首先檢查不同的電纜，然後檢查不同的 MIDI 設備，將問題歸零。

兩個訊號？

DSO 138 的限制之一是它只允許一個輸入。

更先進的示波器可能允許我們同時檢查兩個訊號。因此，您可以將透過 SPI（或 I2C）發送的資料與對應的時脈訊號疊加。這樣做可能會發現兩個訊號未對準或失真。這樣就會產生亂碼資料。尖峰、噪音、圓邊——這些都可能導致問題。

在許多情況下，可以透過在各處添加上拉（或下拉）電阻器來修正這些問題。或者，我們可能需要一兩個電容器來平滑電源電壓。您可能還需要調整代碼以補償計時問題。

無論採用哪種解決方案，在您實際並排查看兩個波形（非常適合您的示波器）之前，您都無法開始使用。

示波器非常適合診斷電氣故障

在清楚了解您想要塑造的訊號後，您將能夠更有效地排除故障。