Как проверить цифровым осциллографом радиодетали

Проверка радиодеталей осциллографом, начинающим радиолюбителям

При изготовлении и ремонте радиоэлектронной аппаратуры устанавливаются различные радиоэлементы. Чтобы убедиться в их исправности, проводится предварительный (входной) контроль, который можно осуществлять с помощью приставки к любому осциллографу.

Принципиальная схема

Принципиальная схема приставки изображена на рис. 1. Приставка к осциллографу позволяет проверять практически все элементы, устанавливаемые в радиоэлектронные устройства бытовой аппаратуры: от резисторов до управляемых вентилей (тиристоров), а также дает возможность оценить качество потенциометров, катушек индуктивности, исправность переключателей, реле, трансформаторов и т. д.

Таким образом, один осциллограф может заменить почти всю измерительную лабораторию входного контроля. Необходимо иметь в виду, что осциллограф служит не только для наблюдений различных процессов, связанных с изменением формы напряжения.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема приставки к осциллографу.

Осциллограф можно использовать как электронный вольтметр, омметр, а применяя приставку к осциллографу, можно наблюдать на экране осциллографа характеристики транзисторов, что расширяет возможности использования осциллографа в ремонтной и любительской практике.

Конструкция и работа с приставкой

Приставка собирается в металлическом или пластмассовом корпусе размерами 50 X 75 X 100 мм с использованием малогабаритного трансформатора, понижающего напряжение с 220 до 6,3 В. Мощность трансформатора небольшая (20 мВт), а потребляемый ток не превышает 2—3 мА.

Рис. 2. Соединение приставки с осциллографом.

Работа с приставкой. Выводы приставки 1, 2, 3 соединяют с соответствующими выводами осциллографа (рис. 2). Осциллограф переводят в режим работы с внешней синхронизацией или с разверткой от внешнего источника. Подключают приставку к сети. На экране появится горизонтальная линия (если выводы 1 и 2 не замкнуты).

Затем Нажимают кнопку КН1, линия на экране осциллографа должна при этом отклониться на некоторый угол. Ручками «Усиление по горизонтали», «Усиление по вертикали» и «Установка по вертикали» добиваются того, чтобы линия располагалась в центре экрана под углом 45° к горизонтальной оси. Длина изображения должна быть равна половине диаметра экрана (рис. 3).

Проверяемый элемент всегда подключают к выводам приставки 3 я 2. Вертикальная линия на экране (см. рис. 3) свидетельствует о коротком замыкании, горизонтальная — об обрыве в цепи или в элементе. Характер изображения на экране осциллографа определяется зависимостью сопротивления испытуемого элемента от величины и полярности подводимого к нему синусоидального напряжения.

Проверка электронных компонентов

Покажем, что можно увидеть на экране осциллографа при исследовании следующих элементов.

Полупроводниковые диоды. Полярность включения и вид кривых на экране показаны на рис. 3, а, б. При обратном включении диода получается кривая, изображенная на рис. 3, в. Так можно определить выводы анода и катода диодов, у которых стерта маркировка.

Если вершина угла на экране скруглена или одна из его сторон много больше другой, или направление прямых сильно отличается от горизонтального и вертикального, то диод должен быть забракован.

Стабилитроны. Если напряжение стабилизации стабилитрона меньше 10 В, на горизонтальной линии появится излом (рис. 3,г). Расстояние от излома до вертикальной линии будет соответствовать напряжению стабилизации (в нашем случае 10 В).

Селеновые вентили. Если элемент исправный, то луч на экране будет вычерчивать горизонтальную линию, которая плавно переходит в вертикальную (рис. 3, д).

У неисправного элемента вертикальная часть осциллограммы будет очень короткой или с большим наклоном. Такая кривая свидетельствует о большом падении напряжения на вентиле при прохождении тока в прямом направлении. Падение напряжения на селеновых выпрямителях много больше, чем на германиевых или кремниевых.

Рис. 3. Осциллограммы, полученные при проверке электрорадиоэлементов

Туннельные диоды. Способ включения показан на рис. 3, е. Характеристика исправного диода изображена на рисунке (кривая 1). Иногда, увеличивая усиление по горизонтали, удается получить картину, показанную на рисунке (кривая 2), которая представляет собой типичную характеристику туннельного диода. Перед проверкой других деталей ручку «Усиление по горизонтали» необходимо перевести в положение, найденное во время калибровки.

Управляемые вентили (тиристоры) (рис. 3,ж). Вид Ірольтамперной характеристики для исправного элемента (с отключенным управляющим выводом—УЭ) показан на рис. 3, ж,1. Когда управляющий электрод соединяют с зажимом 2, тиристор открывается и луч рисует на экране кривую, похожую на характеристику дабычного диода, включенного в проводящем направлении (рис. 3, ж, 2),

Транзисторы. Подключение их к приставке показано на рис. 3, з. Если выводы эмиттера и коллектора поменять местами, рисунок иа экране не изменится (база остается не подключенной). Луч на экране прочертит горизонтальную линию, она может быть слегка изогнута. Затем присоединяют базу к зажиму 2 и получают характеристику, изображенную на рис. 3, з (1 — для транзистора типа р-п-р, 2— для «типа п-р-п). Это еще один способ определения выводов электродов неизвестных транзисторов. При переключении вывода базы на зажим 3 ^первая осциллограмма, изображенная на рис. 3, з, будет соответствовать транзистору п-р-п.

Если при испытаниях транзисторов на экране не появится характеристика в виде буквы L, это значит, что в цепи электродов транзистора имеется обрыв. Когда один из отрезков осциллограммы (буквы L) изогнут, это означает, что неисправен один из р-п переходов транзистора.

Изгиб вертикальной линии свидетельствует о большом сопротивлении в прямом направлении, наклон горизонтальной линии — о малом Обратном сопротивлении перехода (большой обратный ток коллектора). Отклонение сторон угла от горизонтали и вертикали указывает на плохое качество переходов.

Обычно у мощных транзисторов (даже у самых лучших) всегда наблюдается большой обратный ток коллектора. Поэтому сначала надо испытать несколько исправных мощных транзисторов и затем уже по инм, как по эталонам, проверять другие. Явления, указывающие на короткое замыкание или обрыв в транзисторе, одинаковы для всех типов транзисторов.

Однопереходные транзисторы. Схема включения показана на рис. 3, к. Сначала следует провести измерение с отключенным эмиттером. На экране осциллографа должна появиться прямая линия с наклоном 30° по отношению к горизонтальной оси (рис. 3, к,

1). Затем соединяют эмиттер с зажимом 2, при этом часть прямой на экране должна изогнуться вверх (рис. 3, к, 2). Если эмиттер подключить к зажиму 3 (к базе транзистора), вертикальным станет нижний конец прямой (рис. 3, к, 3).

Резисторы (постоянные и переменные). Измеряя транспортиром угол наклона прямой на экране относительно горизонтали, можно приблизительно определить величины сопротивлений различных резисторов. Для этого следует использовать схему рис. 3, л и график, изображенный на рис. 4. Для резисторов с сопротивлением до 100 Ом луч на экране будет вычерчивать вертикальную ось, свыше 100 кОм — горизонтальную.

Рис. 4. График для определения величины сопротивления постоянных и переменных резисторов.

Эти две прямые определяют диапазон измерений осциллографа. Перед измерением резистор следует подключить к зажимам 3 и 2. Один из крайних выводов и средний вывод регулируемого резистора (потенциометра) подключают к приставке. При повороте оси исследуемого переменного резистора наклон прямой на экране должен измениться. Нечеткое изображение линии на экране указывает на загрязнение подвижного контакта резистора.

Фоторезисторы подключают к зажимам 3 и 2. Если входное отверстие фоторегулятора прикрыть, то на экране появится прямая, имеющая небольшой угол наклона. Если прибор осветить, появится вертикальная прямая. Используя график, приведенный на рнс. 81, можно определить сопротивление прибора при освещении с различной интенсивностью. Так подбирают фоторезисторы с близкими характеристиками, а также калибруют фотоэкспонометры.

Конденсаторы любого типа также присоединяют к зажимам 3 к 2. Для исправных конденсаторов емкостью до 0,85 мкФ на экране появится эллипс с горизонтальной большой осью (см. рис. 3, м). При емкости, близкой к 0,85 мкФ, на экране получится круг, а при емкости, превышающей эту величину, снова эллипс, но с большой вертикальной осью.

Рис. 5. График для нахождения емкостей проверяемых конденсаторов.

Измеряя отношения большой и малой осей эллипса, можно по графику, приведенному на рис. 5, найти приблизительную емкость конденсатора. Если большая ось эллипса наклонена, это свидетельствует о слишком большом токе утечки конденсатора.

Катушки, реле и трансформаторы. Выводы катушек, реле и обмоток трансформаторов подключают к зажимам 3 и 2 приставки и наблюдают эллипс иа экране осциллографа. При индуктивности катушки меньше 5 Г на экране получится эллипс, большая ось которого слегка наклонена относительно вертикали, при индуктивности 5 Г на экране будет круг, а выше 5 Г — эллипс, большая ось которого немного отклонена от горизонтальной оси.

Естественно, что точность таких измерений не высока, так как на вид осциллограммы влияет не только индуктивность, но и емкость обмоток. Форма осциллограммы, отличающаяся от описанной, указывает на короткое замыкание в катушке. Имея катушки, индуктивность которых известна, измеряемую индуктивность можно определить сравнением.

Проверка электрических цепей. Так как устройство позволяет оценивать очень малые значения сопротивления между зажимами 3 и 2, его можно использовать для проверки выключателей, электроламп, предохранителей, монтажных проводов и электрических цепей.

Источник: Бастанов В. Г. — «300 практических советов» 2-е издание 1986г. стр. 96-98. Также есть в 4-м издании 1992г. стр. 99-101.

Автомобильный осциллограф: понятие и принципы работы

Найти неисправность стало гораздо проще. Не надо разбирать и подкидывать каждую запчасть, что удешевляет поиск неисправности и экономит время. Автомобильный осциллограф применяется для диагностики двигателя, датчиков электронной системы управления, генератора, стартера, аккумулятора. Нужен при комплексной автомобильной диагностике, дополняет проверку сканером. Позволяет делать дефектовку мотора без вскрытия.

Осциллограф – это прибор, который снимает параметры времени и амплитуды электрического сигнала. При неисправностях автомобиля, также нужны эти характеристики. То есть как изменяется сигналы датчика, катушки, форсунки по времени.

Способы проверки

Проверка микросхем — это трудный, иногда невыполнимый процесс. Все дело в сложности микросхемы, которая состоит из огромного количества различных элементов.

Есть три основных способа, как проверить микросхему, не выпаивая, мультиметром или без него:

1. Внешний осмотр микросхемы. Если внимательно на нее посмотреть и изучить каждый элемент, то не исключено, что удастся найти какой-либо видимый дефект. Это может быть, например, перегоревший контакт (возможно, даже не один). Также при проведении внешнего осмотра микросхемы можно обнаружить трещину на корпусе. При таком способе проверки микросхемы нет необходимости пользоваться специальным устройством мультиметром. Если дефекты видны невооруженным глазом, можно обойтись и без приспособлений.
2. Проверка микросхемы с использованием мультиметра. Если причиной выхода из строя детали стало короткое замыкание, то можно решить проблему, заменив элемент питания.
3. Выявление нарушений в работе выходов. Если у микросхемы есть не один, а сразу несколько выходов, и если хотя бы один из них работает некорректно или вовсе не работает, то это отразится на работоспособности всей микросхемы.

Разумеется, самым простым способом проверки микросхемы является первый из вышеописанных: то есть осмотр детали. Для этого достаточно внимательно посмотреть сначала на одну ее сторону, а затем на другую, и попытаться заметить какие-то дефекты. Самый же сложный способ — проверка с помощью мультиметра.

Влияние разновидности микросхем

Сложность проверки во многом зависит не только от способа, но и от самих схем. Ведь эти детали электронно-вычислительных устройств хоть и имеют один и тот же принцип построения, но нередко сильно отличаются друг от друга.

Например:

1. Наиболее простыми для проверки являются схемы, относящиеся к серии «КР142″. Они имеют только 3 вывода, следовательно, как только на один из входов подается какое-либо напряжение, можно использовать проверяющий прибор на выходе. Сразу же после этого можно делать выводы о работоспособности.
2. Более сложными типами являются «К155″, «К176″. Чтобы их проверить, приходится применять колодку, а также источник тока с определенным показателем напряжения, который специально подбирается под микросхему. Суть проверки такая же, как и в первом варианте. Необходимо лишь на вход подать напряжение, а затем посредством мультиметра проверить показатели на выходе.
3. Если же необходимо провести более сложную проверку — такую, для которой простой мультиметр уже не годится, на помощь радиоэлектронщикам приходят специальные тестеры для схем. Способ называется прозвонить микросхему мультиметром-тестером. Такие устройства можно либо изготовить самостоятельно, либо купить в готовом виде. Тестеры помогают определить, работает ли тот или иной узел схемы. Данные, получаемые при проведении проверки, как правило, выводятся на экран устройства.

Важно помнить, что подаваемое на микросхему (микроконтроллер) напряжение не должно превышать норму или, наоборот, быть меньше необходимого уровня. Предварительную проверку можно провести на специально подготовленной проверочной плате.

Нередко после тестирования микросхемы приходится удалять некоторые ее радиоэлементы. При этом каждый из узлов должен быть проверен отдельно.

Работоспособность транзисторов

Перед проверкой радиодетали мультиметром, не выпаивая, нужно обязательно определить, к каким из двух типов относится транзистор — полевым или биполярным. Если к первым, то можно применять следующий способ проверки:

1. Установить прибор в режим «прозвонки», а затем использовать красный щуп, подключая его к проверяемому элементу. Другой — черный — щуп должен быть приставлен к выводу коллектора.
2. Сразу после выполнения этих несложных действий на экране устройства появится число, которое будет обозначать пробивное напряжение. Аналогичный уровень можно будет увидеть и при проведении «прозвона» электрической цепи, заключенной между эмиттером и базой. Важно при этом не перепутать щупы: красный должен соприкасаться с базой, а черный — с эмиттером.
3. Далее можно проверять все эти же выходы транзистора, но уже в обратном подключении: нужно будет поменять местами красный и черный щупы. Если транзистор работает хорошо, то на экране мультиметра должна быть показана цифра «1″, которая говорит о том, что сопротивление в сети является бесконечно большим.

Если транзистор является биполярным, то щупы должны меняться местами. Разумеется, цифры на экране прибора в этом случае будут обратные.

Конденсаторы, резисторы и диоды

Работоспособность конденсатора микросхемы также проверяется путем прикладывания щупов к его выходам. За очень короткий промежуток времени значение показываемого прибором сопротивления должно увеличиться от нескольких единиц до бесконечности. При изменении мест щупов должен наблюдаться тот же самый процесс.

Чтобы узнать, работает ли резистор схемы, необходимо определить его сопротивление. Значение этой характеристики должно быть больше нуля, однако не являться бесконечно большим. Если при проверке на дисплее прибора отображается не ноль и не бесконечность, значит, резистор работает корректно.

Не отличается особой сложностью и процесс проверки диодов. Сначала нужно определить сопротивление между катодом и анодом в одной последовательности, а затем, поменяв местоположение черного и красного щупов прибора, в другой. Об исправности диода будет говорить стремление отображаемого на экране числа к бесконечности в одном из этих двух случаев и нахождение его на отметке в несколько единиц — в другом.

Индуктивность, тиристор и стабилитрон

Проверяя микросхему на наличие неисправностей, возможно, придется также использовать мультиметр на катушке с током. Если где-то ее провод оборван, то прибор обязательно даст об этом знать. Главное, конечно, правильно его применить.

Индивидуальное зажигание

Системы индивидуального зажигания устанавливаются на большинство современных бензиновых двигателей. Они отличаются от классических и DIS-систем тем, что каждая свеча обслуживается индивидуальной катушкой зажигания. Как правило, катушки устанавливаются непосредственно над свечами. Изредка коммутация производится при помощи высоковольтных проводов. Катушки бывают двух типов — компактные и стержневые.

При проведении диагностики системы индивидуального зажигания контролируют следующие параметры:

• наличие затухающих колебаний в конце участка горения искры между электродами свечи зажигания;
• продолжительность времени накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания (как правило, находится в пределах 1,5…5,0 мс в зависимости от модели катушки);
• продолжительность горения искры между электродами свечи зажигания (как правило, составляет 1,5…2,5 мс в зависимости от модели катушки).

Диагностика по первичному напряжению

Для проведения диагностики индивидуальной катушки по первичному напряжению, нужно просмотреть осциллограмму напряжения на управляющем выводе первичной обмотки катушки при помощи осциллографического щупа.

Осциллограмма напряжения на управляющем выводе первичной обмотки исправной индивидуальной катушки зажигания.

1. Момент открытия силового транзистора коммутатора (начало накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания).
2. Момент закрытия силового транзистора коммутатора (ток в первичной цепи резко прерывается и возникает пробой искрового промежутка между электродами свечи зажигания).
3. Участок горения искры между электродами свечи зажигания.
4. Затухающие колебания, возникающие сразу после окончания горения искры между электродами свечи зажигания.

На рисунке слева вы можете видеть осциллограмму напряжения на управляющем выводе первичной обмотки неисправной индивидуальной КЗ. Признаком неисправности является отсутствие затухающих колебаний после окончания горения искры между электродами свечи (участок “4”).

Диагностика по вторичному напряжению с помощью емкостного датчика

Использование емкостного датчика для получения осциллограммы напряжения на катушке более предпочтительно, так как сигнал, полученный с его помощью более точно повторяет осциллограмму напряжения во вторичной цепи диагностируемой системы зажигания.

Осциллограмма импульса высокого напряжения исправной компактной индивидуальной КЗ, полученная при помощи емкостного датчика

1. Начало накопления энергии в магнитном поле катушки (совпадает по времени с моментом открытия силового транзистора коммутатора).
2. Пробой искрового промежутка между электродами свечи зажигания и начало горения искры (в момент закрытия силового транзистора коммутатора).
3. Участок горения искры между электродами свечи.
4. Затухающие колебания, возникающие после окончания горения искры между электродами свечи.

Осциллограмма импульса высокого напряжения исправной компактной индивидуальной КЗ, полученная при помощи емкостного датчика. Наличие затухающих колебаний сразу после пробоя искрового промежутка между электродами свечи (участок отмечен символом “2”) является следствием конструктивных особенностей катушки и не является признаком неисправности.

Осциллограмма импульса высокого напряжения неисправной компактной индивидуальной КЗ, полученная при помощи емкостного датчика. Признаком неисправности является отсутствие затухающих колебаний после окончания горения искры между электродами свечи (участок отмечен символом “4”).

Диагностика по вторичному напряжению с помощью индуктивного датчика

Индуктивный датчик при проведении диагностики по вторичному напряжению применяется в тех случаях, когда съем сигнала с помощью емкостного датчика невозможен. Такими катушками зажигания являются в основном стержневые индивидуальные КЗ, компактные индивидуальные КЗ со встроенным силовым каскадом управления первичной обмоткой, и объединенные в модули индивидуальные КЗ.

Осциллограмма импульса высокого напряжения исправной стержневой индивидуальной КЗ, полученная с помощью индуктивного датчика.

1. Начало накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания (совпадает по времени с моментом открытия силового транзистора коммутатора).
2. Пробой искрового промежутка между электродами свечи зажигания и начало горения искры (момент закрытия силового транзистора коммутатора).
3. Участок горения искры между электродами свечи зажигания.
4. Затухающие колебания, возникающие сразу после окончания горения искры между электродами свечи зажигания.

Осциллограмма импульса высокого напряжения неисправной стержневой индивидуальной КЗ, полученная при помощи индуктивного датчика. Признаком неисправности является отсутствие затухающих колебаний в конце периода горения искры между электродами свечи зажигания (участок отмечен символом “4”).

Осциллограмма импульса высокого напряжения неисправной стержневой индивидуальной КЗ, полученная при помощи индуктивного датчика. Признаком неисправности является отсутствие затухающих колебаний в конце горения искры между электродами свечи зажигания и очень короткое время горения искры.

Три варианта действий

Проверка микросхем – достаточно сложный процесс, который, зачастую, оказывается невозможен. Причина кроется в том, что микросхема содержит большое число различных радиоэлементов. Однако даже в такой ситуации есть несколько способов проверки:

1. внешний осмотр. Внимательно изучив каждый элемент микросхемы, можно обнаружить дефект (трещины на корпусе, прогар контактов и т.п.);
2. проверка питания мультиметром. Иногда проблема кроется в коротком замыкании со стороны питающего элемента, его замена может помочь исправить ситуацию;
3. проверка работоспособности. Большинство микросхем имеют не один, а несколько выходов, потому нарушение в работе хотя бы одного из элементов приводит к отказу всей микросхемы.

Самыми простыми для проверки являются микросхемы серии КР142. На них имеется всего три вывода, поэтому при подаче на вход любого уровня напряжения, на выходе мультиметром проверяется его уровень и делается вывод о состоянии микросхемы.

Следующими по сложности проверки являются микросхемы серии К155, К176 и т.п. Для проверки нужно использовать колодку и источник питания с конкретным уровнем напряжения, подбираемым под микросхему. Так же как и в случае с микросхемами серии КР142, мы подаем сигнал на вход и контролируем его уровень на выходе с помощью мультиметра.

Измерение сигнала

Порядок измерения параметров периодического сигнала следующий:

• Зажим «земля» фиксируется на общем проводе схемы, а сигнальный щуп присоединятся в контролируемое место схемы, где будут сниматься показания.
• С помощью регулятора устанавливаем масштаб по вертикали таким образом, чтобы полезная информация помещалась на экране целиком и занимала большую ее часть.
• Регулятором частоты добиваемся того, чтобы на экране помещалось несколько периодов сигнала.
• Точной подстройкой частоты добиваемся стабильного изображения, чтобы картинка не плыла.
• Теперь, когда на экране установлено стабильное изображение, можно определить по экранной шкале его форму, амплитуду и период.
• Для более точного измерения можно использовать ручки смещения по вертикали и по горизонтали, подводя интересующие элементы изображения под перекрестье линий сетки.

Для того чтобы быть уверенным в точности показаний, необходимо соблюдать несколько простых требований:

• после включения осциллографа на ЭЛТ необходимо дать ему прогреться в течение 10-15 минут;
• после каждого включения прибор необходимо откалибровать. Большинство моделей имеет встроенный калибровочный генератор, выдающий прямоугольный сигнал с фиксированной амплитудой и частотой;
• прибор должен быть заземлен;
• сигнал с очень низкой частотой (до 10 Гц) при подключении через емкостный вход сильно искажается. Работа в этом режиме не рекомендуется.

Лучший способ обучения — практическая работа. Получив первые навыки работы с простым аналоговым осциллографом, в дальнейшем можно будет приступать к более сложным устройствам. Которые будут иметь дополнительные функции и расширенные возможности. Главное — наличие желания и интереса к электронной технике.

Применение специального тестера

Для более сложных проверок нужно пользоваться специальным тестером микросхем, который можно приобрести или сделать своими руками. При прозвонке отдельных узлов микросхемы на экран дисплея будут выводиться данные, анализируя которые можно прийти к выводу об исправности или неисправности элемента.

Стоит не забывать, что для полноценной проверки микросхемы нужно полностью смоделировать ее нормальный режим работы, то есть обеспечить подачу напряжения нужного уровня. Для этого проверку стоит проводить на специальной проверочной плате.

Зачастую, осуществить проверку микросхемы, не выпаивая элементы, оказывается невозможным, и каждый из них должен прозваниваться отдельно. О том, как прозвонить отдельные элементы микросхемы после выпаивания будет рассказано далее.

Принципиальная схема

Принципиальная схема приставки изображена на рис. 1. Приставка к осциллографу позволяет проверять практически все элементы, устанавливаемые в радиоэлектронные устройства бытовой аппаратуры: от резисторов до управляемых вентилей (тиристоров), а также дает возможность оценить качество потенциометров, катушек индуктивности, исправность переключателей, реле, трансформаторов и т. д.

Таким образом, один осциллограф может заменить почти всю измерительную лабораторию входного контроля. Необходимо иметь в виду, что осциллограф служит не только для наблюдений различных процессов, связанных с изменением формы напряжения.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема приставки к осциллографу.

Осциллограф можно использовать как электронный вольтметр, омметр, а применяя приставку к осциллографу, можно наблюдать на экране осциллографа характеристики транзисторов, что расширяет возможности использования осциллографа в ремонтной и любительской практике.

Транзисторы (полевые и биполярные)

Переводим мультиметр в режим «прозвонки», подключаем красный щуп к базе транзистора, а черным касаемся вывода коллектора. На дисплее должно отобразиться значение пробивного напряжения.

Схожий уровень будет показан и при проверке цепи между базой и эмиттером. Для этого красный щуп соединяем с базой, а черный прикладываем к эмиттеру.

Следующим шагом будет проверка этих же выводов транзистора в обратном включении. Черный щуп подключаем к базе, а красным щупом по очереди касаемся эмиттера и коллектора. Если на дисплее отображается единица (бесконечное сопротивление), то транзистор исправен. Так проверяются полевые транзисторы.

Биполярные транзисторы проверяются аналогичным методом, только меняются местами красный и черный щуп. Соответственно, значения на мультиметре также будут показывать обратные.

Виды осциллографов

По принципу преобразования сигнала осциллографы бывают аналоговыми и цифровыми. Есть еще смешанный тип — аналогово-цифровой. Принципиальная разница между ними — в методах обработки сигналов и в возможности запоминания. Аналоговые модели транслируют «живой» сигнал в режиме реального времени. Записывать его на таком приборе нет возможности.

Аналогово-цифровые и цифровые уже имеют возможность записи. На них можно «открутить» время назад и просмотреть информацию, увидеть динамику изменения амплитуды или времени.

Еще одно отличие цифровых осциллографов от аналоговых — размеры. Цифровые приборы имеют значительно меньшие габариты

Цифровые осциллографы сначала оцифровывают синусоиду, записывают эту информацию в запоминающее устройство (ЗУ), а затем передают на экран монитора. Но не все цифровые модели имеют долговременную память — в таком случае запись ведется циклически. Это когда вновь пришедший сигнал записывается поверх предыдущего. В памяти хранится то, что появлялось на экране, но промежуток времени не такой большой. Если вам необходима запись длиной пять-десять минут, нужен запоминающий осциллограф.

Конденсаторы, резисторы и диоды

Исправность конденсатора проверяется путем подключения щупов мультиметра к его выводам. В течение секунды сопротивление вырастет от единиц Ом до бесконечности. Если поменять местами щупы, то эффект повторится.

Чтобы убедиться в исправности резистора, достаточно замерить его сопротивление. Если оно отлично от нуля и меньше бесконечности, значит, резистор исправен.

Проверка диодов из микросхемы достаточно проста. Измерив сопротивление между анодом и катодом в прямой и обратной последовательности (меняя местами щупы мультиметра), убеждаемся, что в одном случае одно находится на уровне нескольких десятков-сотен Ом, а в другом – стремится к бесконечности (единица в режиме «прозвонки» на дисплее).

DIS-система зажигания

Высоковольтные импульсы зажигания, генерируемые исправными DIS-катушками зажигания двух различных двигателей (работают на холостом ходу без нагрузки).

DIS-система (Double Ignition System) зажигания имеет особые катушки зажигания. Они отличаются тем, что оснащаются двумя высоковольтными выводами. Один из них подсоединяется к первому из концов вторичной обмотки, второй — ко второму концу вторичной обмотки катушки зажигания. Каждая такая катушка обслуживает два цилиндра.

В связи с описанными особенностями проверка зажигания осциллографом и съем осциллограммы напряжения высоковольтных импульсов зажигания при помощи емкостных DIS-датчиков происходит дифференциально. То есть, получается фактический съем осциллограммы выходного напряжения катушки. Если катушки исправны, то в конце горения должны наблюдаться затухающие колебания.

Для проведения диагностики DIS-системы зажигания по первичному напряжению, необходимо поочередно снять осциллограммы напряжения на первичных обмотках катушек.

Осциллограмма напряжения на вторичной цепи DIS-системы зажигания

1. Отражение момента начала накопления энергии в катушке зажигания. Он совпадает с моментом открытия силового транзистора.
2. Отражение зоны перехода коммутатора в режим ограничения тока в первичной обмотке катушки зажигания на уровне 6…8 А. Современные DIS-системы имеют коммутаторы без режима ограничения тока, поэтому зона высоковольтного импульса отсутствует.
3. Пробой искрового промежутка между электродами обслуживаемых катушкой свечей зажигания и начало горения искры. Совпадает по времени с моментом закрытия силового транзистора коммутатора.
4. Участок горения искры.
5. Конец горения искры и начало затухающих колебаний.

Осциллограмма напряжения на управляющем выводе DIS катушки зажигания.

1. Момент открытия силового транзистора коммутатора (начало накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания).
2. Зона перехода коммутатора в режим ограничения тока в первичной цепи по достижении тока в первичной обмотке катушки зажигания, равного 6…8 А. В современных DIS-системах зажигания, коммутаторы не имеют режима ограничения тока, и, соответственно, отсутствует зона 2 на осциллограмме первичного напряжения отсутствует.
3. Момент закрытия силового транзистора коммутатора (во вторичной цепи при этом возникает пробой искровых промежутков между электродами обслуживаемых катушкой свечей зажигания и начало горения искры).
4. Отражение горения искры.
5. Отражение прекращения горения искры и начало затухающих колебаний.

Индуктивность и тиристоры

Проверка катушки на обрыв осуществляется замером ее сопротивления мультиметром. Элемент считается исправным, если сопротивление меньше бесконечности. Надо заметить, что не все мультиметры способны проверять индуктивность.

Проверка тиристора происходит следующим образом. Прикладываем красный щуп к аноду, а черный – к катоду. В окошке мультиметра должно отобразиться бесконечное сопротивление.

После этого управляющий электрод соединяем с анодом, наблюдая за падением сопротивления на дисплее мультиметра до сотен Ом. Управляющий электрод открепляем от анода – сопротивление тиристора не должно измениться. Так ведет себя полностью исправный тиристор.

Какой выбрать осциллограф для диагностики авто

Рассмотрим наиболее удобные и информативные приборы.

USB Autoscope Постоловского

На первом месте в рейтинге практиков стоит осциллограф Постоловского USB Autoscope IV. Имеет обширные диагностические функции.

Преимущества

• Профессиональные скрипты от Андрея Шульгина.
• Удобный интерфейс.
• Широкий диапазон измерения от 6 до 300 вольт.
• Обработка скриптов в автоматическом режиме.
• Информативный скрипт эффективности по цилиндрам CSS, показывающий работу форсунок, системы зажигания.
• Тест аккумулятора, генератора, стартера. Показывает неисправности в автоматическом режиме. Легкий процесс съема характеристик: достаточно иметь доступ к плюсовой или минусовой клеммам АКБ.
• Тест давления в цилиндре. Показывает метки системы газораспределения, правильно ли стоят фазы. Выявляет провернутый задающий диск.

Полная документация по работе с прибором. Подробно описаны скрипты, схемы подключения. Есть видео инструкция на сайте производителя. Отзывчивая поддержка.

Мотодок 3

Вторым в списке рейтинга осциллографов для диагностики автомобиля любой марки стоит Мотодок 3. Имеет схожие характеристики.

Преимущества и недостатки

• Скрипт Андрея Шульгина эффективности цилиндров. Есть некоторые недостатки по синхронизации с некоторыми автомобилями, имеющими слабый сигнал с датчика коленчатого вала. Но это сглаживается удобством и быстрой работой.
• Подключения на любое расстояние по кабелю RJ 45.
• Качество картинки при диагностике, что не маловажно при работе.
• Подробная документация на сайте производителя.

Для примера приведены только два осциллографа для диагностики авто. Существуют и другие приборы: отличаются ценой, производителем, но принцип измерения одинаков. Самое главное иметь опыт в чтении осциллограмм к каждой марке автомобиля.

Первая версия щупов

Что при его немаленькой стоимости, согласитесь, не лучший вариант. В моем же приборе, параллельно измеряемому конденсатору подключается резистор 100 Ом, что означает если конденсатор все-же и будет заряжен, то он при подключении щупов начнет разряжаться. В самом же крайнем случае, если микросхема применяемая в моем приборе выгорит, вам для произведения ремонта достаточно будет лишь вынуть микросхему из DIP панельки и воткнуть новую.

DIY: отладка программ micro:bit с помощью осциллографа (часть 1)

Если ваше хобби или работа связана с микрокомпьютерами и электроникой, то приходится отлаживать как программы, так и «железо», проверяя сигналы на цифровых и аналоговых линиях. В простых случаях для отладки достаточно мультиметра, тестового включения или выключения светодиодов. Но при отладке схем с импульсными сигналами не обойтись без осциллографа.

В этой статье мы расскажем, как при отладке устройств на базе micro:bit (или другого микрокомпьютера) использовать осциллограф. Вы научитесь настраивать осциллограф и проверять сигналы широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Выбор осциллографа

Прежде чем приобрести осциллограф, изучите различные возможности. Дело в том, что цена осциллографов в зависимости от его типа и возможностей может меняться в очень широких пределах — от тысяч до сотен тысяч рублей.

Вам предстоит сделать выбор между цифровым или аналоговым осциллографом, понять, какая нужна полоса пропускания, сколько и каких требуется входов, купить осциллограф как отдельный прибор или как USB-приставку к компьютеру.

Цифровой или аналоговый

Если кратко, то для серьезной работы с микрокомпьютерной техникой, робототехникой и электроникой следует использовать цифровые осциллографы.

Аналоговые осциллографы сделаны на базе электронно-лучевой трубки, причем на экране вы видите измеряемый сигнал, поступающий на вход осциллографа, в реальном времени. Такие осциллографы удобны при просмотре периодических сигналов, например, при отладке аналоговой звуковой или радиоаппаратуры.

Если сигналы однократные, непериодические или сложные по форме, то могут возникнуть проблемы с синхронизацией и просмотром. И хотя есть запоминающие осциллографы с электронно-лучевой трубкой, пригодные для просмотра даже однократных сигналов, их стоимость обычно довольно высока.

В современных цифровых осциллографах происходит непрерывное преобразование входного сигнала (или сигналов, если входов несколько) в цифровую форму с помощью скоростного аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Полученные в результате данные сохраняются в памяти осциллографа.

Далее в зависимости от выбранного режима и настроек содержимое этой памяти в том или ином виде показывается на экране цифрового осциллографа. При этом можно просматривать сигнал непрерывно, как на экране аналогового осциллографа, или фрагментами.

Например, можно смотреть фрагменты, извлекаемые из памяти в результате автоматической синхронизации или по срабатыванию так называемого триггера.

С помощью триггера запускается просмотр сигнала, сохраненного в памяти, при достижении им определенного значения (по фронту или спаду), по ширине импульса или другим параметрам в зависимости от модели осциллографа. Изображение на экране можно растягивать или сжимать, изучая форму сигнала в деталях.

Цифровые осциллографы могут быть многоканальными (два или четыре аналоговых входа). Также в некоторых моделях могут быть дополнительные входы цифрового логического анализатора (обычно 16 входов).

Если осциллограф многоканальный, то на его экране можно наблюдать одновременно несколько сигналов. Например, это могут быть сигналы ШИМ управления двигателями.

Когда возникает необходимость просмотра множества цифровых сигналов, поможет встроенный в осциллограф цифровой логический анализатор (рис. 1). И если в простейших моделях вы можете увидеть только сами цифровые сигналы, то есть модели осциллографов, распознающих протоколы передаваемых данных, например, UART или I2C.

Рис. 1. Цифровой осциллограф Hantek MSO5202D с логическим анализатором на 16 каналов

Цифровой анализатор не покажет форму сигнала. В нем используются триггеры, которые срабатывают при изменении состояния входного сигнала с 0 на 1 или наоборот. Порог срабатывания триггеров можно настраивать.

Заметим, что цифровой анализатор можно приобрести как отдельный прибор. В этом есть смысл, если вам приходится часто анализировать потоки данных (а не форму сигнала) или нужно много цифровых каналов.

Полоса пропускания и частота дискретизации сигнала

Стоимость осциллографа очень сильно зависит от таких параметров, как полоса пропускания и скорость оцифровки сигнала. Эти параметры настолько важны, что обычно написаны на лицевой панели прибора.

Полоса пропускания осциллографа определяет возможный частотный диапазон исследуемых сигналов. Если исследовать высокочастотные аналоговые сигналы, то вам нужен осциллограф с достаточной полосой пропускания.

При этом надо учесть, что на частоте полосы пропускания входной сигнал будет ослаблен на 3 dB или на 30%. Это существенное ослабление, поэтому рекомендуется выбирать осциллограф с полосой пропускания, превышающей в 3–5 раз максимальную частоту исследуемых аналоговых сигналов.

Что же касается цифровых сигналов, то тут ситуация еще хуже. Чтобы увидеть на экране меандр с четкими краями, полоса пропускания должна раз в 10 превышать частоту исследуемых импульсов.

Теперь о частоте дискретизации или частоте выборки.

Выше в статье мы говорили, что цифровые осциллографы непрерывно преобразуют поступающие на его входы сигналы в цифровые данные. Не углубляясь в детали, отметим, что для точного воспроизведения формы сигнала частота дискретизации должна быть в 5 раз выше полосы пропускания.

Таким образом, чем шире полоса пропускания, тем более точные измерения вы можете сделать с помощью своего осциллографа. Так что тут все зависит от бюджета, который у вас есть на приобретение этого прибора.

Отдельный прибор или USB-приставка

Если бюджет ограничен, но хочется приобрести осциллограф с хорошими параметрами, возможно, подойдет осциллограф-приставка к компьютеру с интерфейсом USB.

Уточните, имеется ли у такого осциллографа гальваническая развязка входов с USB-портом, обычно ее нет. В этом случае безопаснее использовать для работы ноутбук, получающий питание от аккумулятора.

Конечно, осциллограф как отдельный прибор, не требующий подключения к компьютеру, удобнее чем USB-осциллограф. Для отладки большинства несложных систем с микрокомпьютерами вам не потребуется самое новое устройство. Попробуйте поискать на Алиэкспресс, там продаются относительно недорогие приборы, или загляните на Авито.

Готовим осциллограф к работе

Перед проведением измерений или исследований с помощью осциллографа необходимо как минимум выполнить его автоматическую калибровку, а также настройку компенсации щупов. Иначе вы увидите на экране осциллографа вовсе не то, что есть на самом деле.

Осциллограф стоит недешево, и чтобы использовать его возможности, обязательно прочитайте инструкцию к вашей модели. Скорее всего ее можно найти в интернете, да еще и на русском языке.

Мы расскажем об использовании осциллографа Hantek MSO5202D с полосой пропускания 200 МГц и скоростью выборки 1 Gs/s (один миллиард выборок в секунду). У этого осциллографа два аналоговых входа и логический анализатор на 16 входов.

Для осциллографов других марок описанные в статье процедуры выполняются аналогично, ищите детали в документации.

Начальная инициализация

Итак, вы приобрели новый осциллограф Hantek, а может быть и бывший в употреблении. Чтобы сбросить его настройки в состояние по умолчанию, воспользуйтесь кнопкой DEFAULT SETUP. Кнопка F0 закроет меню настройки по умолчанию, а кнопка F1 сохранит исходные настройки.

Если нужно переключить язык интерфейса осциллографа, то сначала нажмите кнопку UTILITY, а затем с помощью кнопки F6 перейдите на вторую страницу меню. Там нажимайте кнопку F2 до тех пор, пока интерфейс не переключится на нужный вам язык.

Кстати, на этой же странице вы можете поменять цветовую гамму изображения на экране, нажимая кнопку F3. По умолчанию выбран голубой цвет Blue.

Автоматическая калибровка

Процедура автоматической калибровки нужна для получения максимальной точности измерений. Ее нужно запускать, если температура изменилась более чем на 5 градусов.

Включите осциллограф и прогрейте его в течение 20 минут. Отсоедините от осциллографа все кабели, если они были подключены. Затем нажмите кнопку UTILITY, выберите из меню Do Self Cal (Выполнить автоматическую калибровку) и следуйте указаниям на экране.

Тут придется подождать минут 10–15. Процедура калибровки выполняется довольно долго, и пока она идет, внутри осциллографа слышны щелчки. Не выключайте осциллограф, пока калибровка не закончится.

Настройка компенсации щупов

Для исследования сигналов через аналоговые входы используются щупы. В осциллографе Hantek MSO5202D предусмотрены аналоговые входы CH1 (желтый) и CH2 (синий), а также вход для подачи внешнего сигнала триггера EXT TRIG (серый).

Прежде чем пользоваться щупами, настройте их компенсацию.

Начнем со входа CH1. Подключите к этому входу щуп, и установите на нем коэффициент ослабления 10X.

Нажмите кнопку PROBE CHECK. На экране появится инструкция — нужно проверить коэффициент ослабления и подключить щуп к контактам PROBE COMP. Эти контакты (земля и сигнальный) обозначены на панели осциллографа как

После подключения на входе канала CH1 появится тестовый сигнал в виде меандра (периодический сигнал прямоугольной формы) с амплитудой 5В и частотой 1КГц.

Убедитесь, что установлен коэффициент ослабления 10X, и это соответствует выбору в меня Probe. При необходимости с помощью кнопки F1 выберите правильное значение для канала CH1. После этого нажмите кнопку F2, выбрав функцию проверки Check. На экране появится тестовый сигнал в виде меандра.

Далее вооружитесь пластмассовой отверткой из комплекта поставки осциллографа, и вращайте подстроечный конденсатор на разъеме щупа. Добейтесь, чтобы форма отображаемого сигнала была правильной, с прямыми углами. Металлическую отвертку использовать нельзя, так как появляются наводки и искажения.

На рис. 2 показан щуп и отвертка, которой нужно вращать подстроечный конденсатор.

Рис. 2. Щуп с отверткой для настройки компенсации

На рис. 3 и 4 показаны осциллограммы для случая, когда компенсация настроена неправильно — наблюдаются либо заваленные фронты, либо выбросы.

Рис. 3. Неправильная компенсация с заваленными фронтами Рис. 4. Неправильная компенсация с выбросами

Если вам удалось настроить компенсацию, вы увидите меандр с прямоугольными фронтами без заваленных фронтов и выбросов (рис. 5).

Рис. 5. Правильно настроенная компенсация

Закончив настройку, нажмите кнопку F3 (функция Finish).

Повторите процедуру для второго щупа, подключив его к разъему CH2. Не забудьте выбрать в меню Probe с помощью кнопки F1 коэффициент ослабления 10X для канала CH2.

Теперь ваш осциллограф настроен и готов к работе!

Также мы подготовили краткую видеоинструкцию по начальной настройке осциллографа Hantek MSO5202D.

Исследуем сигналы ШИМ

Ваш микрокомпьютер micro:bit может управлять моторами, яркостью свечения светодиодов или ламп накаливания. Однако в нем нет цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), с помощью которого программа могла бы задавать уровень напряжения на выходах микрокомпьютера. Вместо этого для регулирования скорости вращения моторов или яркостью светодиодов используется широтно-импульсная модуляция ШИМ (Pulse-Width Modulation, PWM) .

ШИМ предполагает, что на управляемое устройство будут подаваться импульсы. Чем шире импульсы, тем быстрее будет вращаться вал двигателя или тем ярче будет гореть светодиод.

Но что делать, если программа ведет себя не так, как вы ожидаете?

Конечно, можно подключить к выходу микроконтроллера стрелочный или цифровой вольтметр, и наблюдать за его показаниями. Однако так вы не узнаете реальное положение дел, а получите лишь некоторые усредненные значения напряжения.

Другое дело, если для исследования сингалов ШИМ использовать осциллограф. Он покажет импульсы на экране, и вы сможете проверить, как работает ваша программа (рис. 6).

Рис. 6. Исследование сигналов ШИМ с помощью осциллографа

Программа для управления ШИМ

В микрокомпьютере micro:bit для получения сигналов ШИМ можно использовать одновременно три аналоговых контакта P0, P1 и P2 (могут работать как выходные и как входные).

Если вы составляете программу в визуальной среде Microsoft MakeCode, то для получения сигнала ШИМ нужно использовать блок записать аналоговый сигнал в контакт. Этот блок находится в палитре Расширенные — Контакты.

В качестве параметра блоку передается значение о 0 до 1023. Чем больше будет это значение, тем шире импульс на выходе контакта.

Сразу заметим, что к выходам micro:bit можно подключать только слаботочные устройства, потребляющие ток не более 5 мА, такие как светодиоды с токоограничивающими резисторами. Если нужно управлять двигателями, используйте специальные контроллеры, например, MX1508.

Для изучения приемов работы с осциллографом при отладке программ для micro:bit мы подготовили несложную программу microbit-pwm.hex.

Эту и другие программы из нашей статьи можно загрузить из репозитория Github https://github.com/AlexandreFrolov/oscilloscope-bin.

В блоке при начале программы для хранения текущих значений ШИМ инициализируются три переменные pwm1, pwm2 и pwm3, по одной для каждого контакта P0, P1 и P2. В них записываются значения 64, 128 и 256, соответственно (рис. 7).

Рис. 7. Блок инициализации программы microbit-pwm.hex

Далее с помощью блока записать аналоговый сигнал в контакт эти значение выводятся в соответствующие контакты, а на мониторе micro:bit отображается буква «M».

Для управления шириной импульсов используйте кнопки А и В, расположенные на плате микрокомпьютера.

Когда вы нажимаете кнопку A, блок обработки этой кнопки увеличивает текущее значение переменной pwm1 на 128. При достижении или превышении максимально допустимого значения 1024 в эту переменную записывается значение 64.

И, наконец, обработчик нажатия кнопки A устанавливает ширину импульсов ШИМ на контакте P0 с помощью блока записать аналоговый сигнал в контакт (рис. 8).

Рис. 8. Обработка нажатий кнопки A

Аналогично устроен обработчик нажатия кнопки B, а также комбинации кнопок A и B (рис. 9).

Рис. 9. Обработка нажатия кнопки B и комбинации кнопок A+B

Теперь нажимая кнопки, вы можете регулировать ширину импульсов на каждом из контактов P0, P1 и P2 по отдельности.

Подключаем осциллограф к micro:bit

Если вы уже откалибровали свой осциллограф и настроили компенсацию щупов, подключите канал CH1 осциллографа к контакту P0 микрокомпьютера micro:bit, а канал CH2 — к контакту P1. Не забудьте также подсоединить щупы к земле micro:bit.

При сборке вам пригодится переходник, который можно найти в интернете по названию «сборный Edge Connector для BBC micro:bit», или адаптер micro:bit Breakout, удобный для установки на макетную плату (рис. 10).

Рис. 10. Переходники для подключения micro:bit

Подключите micro:bit к интерфейсу USB вашего компьютера, а затем загрузите описанную выше программу microbit-pwm.hex в микрокомпьютер, скопировав файл программы на дисковое устройство MICROBIT.

Убедитесь, что после завершения загрузки на дисплее micro:bit появилась буква «M». Это означает, что программа работает, выдает сигналы ШИМ на контакты, а также ожидает, когда вы будете нажимать кнопки A и B.

Теперь нажмите на осциллографе кнопку AUTO SET. На экране осциллографа вы увидите сигналы на контактах P0 и P1 (рис. 11).

Рис. 11. Сигналы на контактах P0 и P1

Закройте меню Autoset, нажав кнопку F0 на панели осциллографа. Покрутите ручку SEC/DEV в блоке HORIZONTAL, чтобы изменить масштаб по горизонтали. Так вы сможете рассмотреть импульсы более детально.

Теперь нажмите несколько раз кнопку A на плате micro:bit. Вы увидите, как импульсы, поступающие с контакта P0, будут расширяться. На рис. 12 мы показали осциллограмму, растянутую по горизонтали.

Рис. 12. Осциллограмма ШИМ после регулировки

Проведите аналогичный эксперимент с кнопкой B, убедившись, что ее нажатие приводит к расширению импульсов на контакте P1.

Обратите внимание, что в нижней части экрана осциллографа отображается частота следования импульсов, равная 50 Гц. Для измерения амплитуды можно использовать тот факт, что одна клетка шкалы осциллографа соответствует напряжению 2 В. Далее в статье мы расскажем, как измерить амплитуду и длительность импульсов точнее с помощью курсора.

Используем триггер

Режим AUTO SET требует минимальных навыков и в ряде случаев удобен для просмотра периодических сигналов. Однако по-настоящему возможности цифрового осциллографа раскрываются только при использовании триггера.

Как мы уже говорили, цифровой осциллограф непрерывно преобразует входные сигналы в цифровую форму, сохраняя их в памяти. Триггер осциллографа позволяет задать событие, при возникновении которого данные из памяти показываются на экране осциллографа. При этом вы сможете посмотреть осциллограмму как до возникновения события, так и после него (разумеется, только в определенном интервале времени — ведь объем памяти осциллографа ограничен).

Чтобы использовать триггер, нажмите кнопку TRIG MENU, расположенную в блоке TRIGGER. В правой части экрана осциллографа появится меню Trigger, где можно определить условие возникновения события. Кнопки F1-F6 предназначены для работы с элементами этого меню.

В меню Type оставьте режим Edge, позволяющий задать срабатывание триггера по нарастающему или спадающему фронту импульса. Если вас интересует срабатывание по нарастающему фронту, задайте в меню Slope с помощью кнопки F3 значение Rising, иначе — значение Falling.

В меню Source выберите вход осциллографа, состояние которого будет отслеживать триггер. Укажите здесь CH1 или CH2.

Чтобы осциллограмма отображалась не все время, как в режиме AUTO SET, а только при срабатывании триггера, задайте в меню Mode с помощью кнопки F4 режим Normal.

На рис. 13 показано срабатывание триггера по нарастающему фронту.

Рис. 13. Срабатывание триггера по нарастающему фронту

Теперь растяните ручкой SEC/DIV осциллограмму по горизонтали, и нажмите несколько раз кнопку F3. Убедитесь, что в центре экрана, обозначенного как 0.000s, появляется то нарастающий, то спадающий фронт импульса с контакта P0. При этом импульс с контакта P1 будет соответствующим образом сдвигаться по горизонтали.

Ищем пятна на солнце

В идеальном мире фронты меандра строго вертикальные, а напряжение на контактах micro:bit мгновенно меняется от нуля до примерно 3.3 В.

Однако на самом деле не все так просто. В схемах всегда присутствуют паразитные емкости и индуктивности, способные исказить форму сигнала. Выходное сопротивление контактов micro:bit также не равно нулю.

Растяните ручкой SEC/DIV осциллограмму по горизонтали еще сильнее, чтобы увидеть плавное нарастание фронта (рис. 14).

Рис. 14. Передний фронт на самом деле нарастает постепенно

Обратите внимание на зеленую пунктирную линию. Она соответствует уровню срабатывания триггера. Покрутите ручку LEVEL в блоке TRIGGER, и посмотрите, как этот уровень влияет на отображение осциллограммы.

А как узнать, что происходит с задними фронтами импульсов?

Просто переключите триггер на срабатывание по спадающему фронту, и вы убедитесь, что задние фронты импульсов тоже далеко не идеальные (рис. 15).

Рис. 15. Задние фронты импульсов тоже не идеальные

Одна клетка по горизонтали соответствует интервалу времени 40 нс. Таким образом, сигналы на контактах micro:bit меняют свое состояние примерно за 60 нс.

Конечно, если речь идет об управлении двигателями или светодиодами, такими временами можно запросто пренебречь. Однако теперь с помощью триггера и масштабирования вы можете легко увидеть, как эти фронты выглядят на самом деле. При подключении нагрузки к выходам микроконтроллера время нарастания и спада может измениться.

Итак, теперь вы умеете пользоваться триггером и выбирать, какой фронт осциллограммы будет использован для начала показа данных на экране осциллографа. Попробуйте повторить эти действия для входа CH2, изменив кнопкой F2 в меню Source источник получения данных для триггера.

Меню триггера можно убрать с экрана кнопкой F0.

Подключаем логический анализатор

Все вроде бы хорошо, но есть одна проблема. Мы видим сигналы P0 и P1, но не видим, что происходит на контакте P2. Конечно, можно переключить, например, щуп CH2 с контакта P1 на P2, однако при этом пропадет возможность контролировать состояние контакта P1.

Осциллограф Hantek MSO5202D оборудован простым логическим анализатором, позволяющим отслеживать состояние до 16 цифровых сигналов. Давайте воспользуемся этим, и подключим входы логического анализатора D0, D1 и D2 к контактам P0, P1 и P2 нашего микроконтроллера.

Для включения анализатора нажмите на осциллографе два раза кнопку F7.

Вам предстанет довольно неприглядная картина — осциллограммы аналоговых входов CH1 и CH2 будут мешать просмотру данных логического анализатора (рис. 16).

Рис. 16. Данные аналоговых каналов мешают смотреть данные анализатора

Видно, что осциллограммы контактов P0, P1 и P2 micro:bit находятся в нижней части экрана. Таким образом, мы задействовали только три из 16 каналов логического анализатора.

Если вам нужны все 16 каналов, отключите аналоговые входы с помощью кнопок CH1 MENU и CH2 MENU. Однако нам интереснее увидеть два аналоговых сигнала с контактов P0 и P1, а также сигналы со всех трех контактов на логическом анализаторе.

Давайте выполним настройку логического анализатора с помощью меню LA.

Если нажать на панели осциллографа кнопку F2, откроется меню D15-D8, управляющая одноименными каналами анализатора. Нажмите здесь еще раз кнопку F2, и на экране останутся осциллограммы только каналов D0-D7. Нажмите кнопку F6, чтобы вернуться в меню LA.

Обратите внимание на меню Threshold, которое активируется по кнопке F4. Здесь с помощью ручки V0 можно выбрать порог срабатывания входов анализатора (триггеров анализатора). Для нашего микрокомпьютера подойдут уровни TTL или CMOS, но не ECL (там используется отрицательное напряжение). При необходимости можно выбрать режим User, чтобы задать порог срабатывания в вольтах вручную, вращая ручку V0.

Теперь, когда мы отключили показ на экране ненужных нам сейчас каналов D8-D15, верхняя часть экрана расчистилась. Вращая ручки POSITION и VOLTS/DIV, добейтесь, чтобы осциллограммы каналов CH1 и CH2 находились в верхней части экрана.

Откройте снова меню триггера TRIG MENU. Нажав кнопку F2, можно выбрать для триггера не только один из двух аналоговых каналов, но и любой из каналов цифрового анализатора. На рис. 17 мы показали результат настройки триггера на срабатывание по нарастающему фронту от канала D2, подключенного к контакту P2 микрокомпьютера.

Рис. 17. Срабатывание триггера по фронту от контакта P2

Проверяем работу сонара HY-SRF04

Ультразвуковой сонар HY-SRF04 (рис. 18) позволяет измеряет расстояние в диапазоне от 3 см до 3 метров и широко используется при создании моделей роботов, вездеходов и тому подобных устройств.

Рис. 18. Сонар HY-SRF04

Собираем стенд для проверки сонара

Для питания сонара нужно напряжение 4.5–5 В, например, три последовательно соединенные батарейки АА или ААА. К сожалению, вывод 3V микрокомпьютера micro:bit для питания сонара не подойдет, так как там слишком низкое напряжение.

Питающее напряжение нужно подавать на контакт Vcc сонара. При этом контакт Gnd, а также «минус» источника питания сонара нужно соединить с землей micro:bit.

Собирая стенд, подключите контакт Trig сонара к выводу P0, а контакт Echo — к выводу P1 микрокомпьютера. Первый из этих контактов запускает отправку ультразвуковых сигналов, а второй служит для получения отраженных эхоимпульсов.

Щуп канала CH1 осциллографа подключите к контакту P0, а щуп канала CH2 — к контакту P1 микрокомпьютера (рис. 19).

Рис. 19. Стенд для отладки программы измерения расстояния при помощи сонара

Напротив сонара мы положили на стол коробочку зеленого цвета от micro:bit. Передвигая ее, можно изменять расстояние между сонаром и препятствием.

Программа измерения расстояния для micro:bit

Чтобы проверить сонар в работе, мы подготовили очень простую программу microbit-sonar.hex (рис. 20).

Рис. 20. Программа microbit-sonar.hex

Эта программа в бесконечном цикле постоянно вызывает блок ping trig, который появится в проекте Microsoft MakeCode после установки расширения Sonar. После вызова блока показать число в работе программы создается задержка на 100 мс.

Блок ping trig возвращает расстояние от сонара до препятствия в сантиметрах, которое выводится на монитор micro:bit.

Смотрим импульсы отраженного сигнала

Настройте триггер осциллографа так, чтобы он срабатывал по нарастающему фронту канала CH2, то есть по переднему фронту отраженного сигнала с контакта Echo.

На экране осциллографа вы увидите короткий импульс отправки ультразвукового сигнала на канале CH1, а также импульс отраженного сигнала на канале CH2 (рис. 21).

Рис. 21. Смотрим отправленный и отраженный сигнал сонара

Изменяя расстояние между сонаром и препятствием, наблюдайте изменение длительности отраженного импульса.

Измерение длительности импульса

Длительность отраженного импульса можно оценить с помощью координатной сетки на экране осциллографа. Например, на рис. 21 одна клетка соответствует 80 мс, а длина импульса составляет почти три клетки. Получается, что длительности импульса немного меньше 240 мс.

Но можно ли измерить длину этого импульса точнее? Да, и в этом нам поможет режим курсора осциллографа.

Нажмите кнопку CURSOR и кнопкой F1 выберите режим Time. В меню Source при этом кнопкой F2 нужно выбрать канал отраженного сигнала CH2 (рис. 22).

Рис. 22. Измерение длительности импульса в режиме курсора

Нажав кнопку F4, выберите в меню Select cursor курсор S. Вращая ручку V0, переместите вертикальную пунктирную линию к переднему фронту импульса. Затем выберите курсор E, и ручкой V0 переместите линию курсора к заднему фронту импульса.

После этого в правом нижнем углу экрана вы увидите точное значение длительности импульса, в нашем случае это 220 мс.

В расширении Sonar для получения расстояния в сантиметрах длительность импульса в микросекундах делится на 58. Выполнив эту нехитрую операцию, вы сможете проверить значение расстояния, которая ваша программа показывает на мониторе микрокомпьютера и сравнить с измеренным при помощи осциллографа значением.

Сегодня остановимся на этом. В следующий раз исследуем сигналы управления сервоприводом и данные протокола I2C, а также измерим шумы и пульсации в цепях электропитания.

НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:

— 15% на все тарифы VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.

Осциллограф

Осциллограф — это прибор, который показывает изменение напряжение во времени на каком-либо участке электрической цепи.Ось X на экране осциллографа — это время, ось Y — напряжение.

В этой статье мы рассмотрим три типа осциллографов, а также принципы их работы.

Аналоговый осциллограф

Его еще также называют электронно-лучевой осциллограф, так как он состоит из электронно-лучевой трубки. По сути электронно-лучевая трубка представляет из себя маленький кинескоп, на котором мы можем наблюдать какое-либо изменение электрического сигнала.

Любой осциллограф имеет экран. Он может быть встроенный, либо это может быть монитор вашего настольного компьютера или дисплей ноутбука. В нашем случае на фото мы видим, что наш осциллограф имеет круглый экранчик. Сигнал, который вырисовывается на таком экране называется осциллограммой.

Для измерения электрических сигналов нам потребуются специальный щуп для осциллографа. Такой щуп представляет из себя кабель из двух проводов, один из которых является сигнальным, а другой нулевым. Нулевой провод также часто называют «землей».

Более современные щупы уже выглядят вот так.

А вот и сам разъем щупа

Этот конец щупа соединяется с осциллографом и фиксируется небольшим поворотом по часовой стрелке.

Что делать, если вы не помните, какой провод из щупа является сигнальным, а какой нулевым? Это определяется очень просто. Так как человек находится всегда в электромагнитном поле, он является своего рода принимающей антенной и может наводить помехи. Касаясь сигнального щупа осциллографа, на экране мы увидим, что сигнал очень сильно исказился.

При касании нулевого провода, сигнал на осциллографе остался бы таким, какой был. То есть чистый ноль.

Как измерить постоянное напряжение аналоговым осциллографом

Для того, чтобы измерить постоянное напряжение, мы должны переключить осциллограф в режим DC, что означает «постоянный ток». В разных моделях это делается по разному, но этот переключатель обязательно должен быть в каждом осциллографе.

Давайте рассмотрим на реальном примере, как можно измерить постоянное напряжение. Для этого нам потребуется источник постоянного тока. В данном случае я возьму лабораторный блок питания. Выставляю на нем значение напряжения в 1 Вольт.

Теперь необходимо выбрать масштаб измерений. Если мы хотим, чтобы одна сторона квадратика была равна 1 Вольту, то ставим коэффициент масштабирования 1:1. В данном случае я выставляю переключатель вертикальный развертки на единичку.

Далее сигнальный провод осциллографа цепляем на «плюс» питания, а нулевой — на «минус» питания. Далее наблюдаем вот такую картину.

Как вы могли заметить, осциллограммой постоянного тока является прямая линия, параллельная горизонтальной оси (оси Х). По вертикальной оси (оси Y) мы видим, что сигнал поднялся ровно на одну клеточку. Мы выставили коэффициент масштабирования по Y, что 1 клеточка — это 1 Вольт. Следовательно в нашем случае сигнал поднялся ровно на 1 клеточку, что говорит нам о том, что это и есть осциллограмма постоянного тока в 1 Вольт.

Я также могу изменить коэффициент. Например, ставлю на 2. Это означает, что 1 квадратик будет уже равен 2 Вольтам.

Смотрим, что произойдет с сигналом с напряжением в 1 Вольт

Здесь мы видим, что его значение просело в 2 раза, так как мы взяли коэффициент 1:2, что означает 1 квадратик равен 2 Вольтам. Благодаря масштабированию вертикальный развертки, мы можем измерять сигналы напряжением хоть в 1000 вольт!

Что случится, если мы соединим сигнальный провод осциллографа с «минусом» питания, а нулевой с «плюсом» питания? В этом случае осциллограмма «пробьет пол» и просто покажет минусовые значения. Ничего страшного в этом нет. Здесь мы видим значение «-2» Вольта.

Как измерить переменное напряжение аналоговым осциллографом

Для измерения переменного напряжения нам потребуется переключить осциллограф в режим измерения AC — «переменный ток». Если вы хотите просто наблюдать форму сигнала, то вам необязательно знать, какой провод осциллографа куда тыкать. Давайте измеряем переменное напряжение с понижающего трансформатора, который включен в сеть 220 Вольт.

Снимаем напряжение со вторичной обмотки трансформатора и видим вот такую осциллограмму.

По идее здесь должен быть чистый синус. То ли трансформатор вносит искажения в сигнал, то ли на электростанции что-то не так. Непонятно. Ну да ладно, главное то, что мы сняли осциллограмму переменного напряжения со вторичной обмотки трансформатора.

В этом случае мы можем без проблем определить период сигнала и его частоту. В этом нам поможет переключатель горизонтальной развертки по оси времени.

Мы видим, что его значение стоит на 5. Это означает, что один квадратик по оси «Х» , то есть по оси времени, будет равен 5 миллисекунд или 0,005 секунд.

Период — это время, через которое сигнал повторяется. Обозначается буквой Т. В нашем случае период равен 4 квадратикам.

Так как один квадратик в нашем случае равен 0,005 секунд, то получается, что T=0,005 x 4 = 0,02 секунды. Отсюда можно узнать частоту сигнала.

Для данного случая

V=1/T=1/0,02=50 Гц. Трансформатор меняет только амплитуду сигнала, но не изменяет его частоту. Поэтому, частота в нашей сети 50 Герц, что и подтвердил осциллограф.

Цифровой осциллограф

Цифровой осциллограф — это осциллограф, построенный на основе цифровой схемотехники. Его главное отличие от аналогового в том, что внутри него идет цифровая обработка сигналов. Цифровой осциллограф может записывать, останавливать, автоматически подгонять и измерять исследуемый сигнал. И это только часть функций!

Как подготовить цифровой осциллограф к работе

Включаем осциллограф и цепляем щуп на любой из каналов. Я соединил щуп с первым каналом (CH1)

На щупе есть делитель. Ставим его ползунок на 10Х. В осциллографе по умолчанию также должен стоять делитель на 10Х. Если это не так, ищем в его настройках и ставим в характеристиках канала «10Х».

Каждый нормальный цифровой осциллограф имеет встроенный генератор прямоугольных импульсов с частотой 1000 Герц (1кГц) и амплитудой напряжения в 5 Вольт. Чаще всего этот генератор находится в нижнем правом углу. В нашем случае он называется Probe Comp. Цепляемся за него щупом.

Все должно выглядеть приблизительно вот так:

На дисплее в это время происходит какой-то

В этом осциллографе есть волшебная кнопка, от которой я без ума. Это кнопка автоматического позиционирования сигнала Autoscale. Нажал на эту кнопку

Согласился с условиями автоматического позиционирования сигнала

Но что такое? У нас должен быть ровный прямоугольный периодический сигнал! Вся проблема в том, что щуп осциллографа вносит искажения в сам сигнал, поэтому, его желательно корректировать каждый раз перед работой.

В современных щупах есть маленький винтик, заточенный под тонкую отвертку. С помощью этого винтика мы будем корректировать щуп.

Крутим и смотрим, что у нас получается на дисплее.

Ого, слишком сильно крутанул винт.

Крутим чуточку в обратную сторону и выравниваем горизонтально вершины сигнала.

Вот! Совсем другое дело! На дисплее у нас ровные прямоугольные сигналы, следовательно н а этом этапе цифровой осциллограф полностью готов к работе.

Как измерить постоянное напряжение цифровым осциллографом

Итак, первым делом выбираем, какое напряжение собираемся измерять. Это делается с помощью кнопочки Coupling (нажимаем клавишу Н1). DC — direct current, что с английского означает «постоянный ток».

Справа экрана сплывают окошки, и мы выбираем DC (нажимаем клавишу F1)

Все, после этого наш осциллограф полностью готов к измерению постоянного тока.

Откуда будем брать постоянный ток? У меня для этого есть блок питания. Выставим на нем для примера 5 Вольт.

Соединяем щупы блока питания и осциллографа. Сигнальный щуп осциллографа желательно соединять с красным плюсовым крокодилом щупа блока питания, а черный щуп (земля) соединить с минусовым черным крокодилом.

Смотрим на дисплей осциллографа

Что мы тут видим? А видим мы тут осциллограмму постоянного напряжения. Постоянное напряжение — это такое напряжение, которое не изменяется во времени.

На что стоит обратить внимание? Разумеется, на цену деления. Один квадратик по вертикали у нас равен 2 Вольта. Если считать от центра пересечения жирных штриховых линий, то осциллограмма находится на высоте 2,5 стороны квадратика. Значит, напряжение будет 2,5х2=5 Вольт. Так как мне лень считать, я вывожу эти показания осциллографа прямо на экране (нижняя левая зеленая рамка).

Как измерить переменное напряжение цифровым осциллографом

Для опытов я возьму ЛАТР (Лабораторный автотрансформатор). Как вы помните, ЛАТР понижает или повышает переменное сетевое напряжение.

Выставляем напряжение на ЛАТРе 100 Вольт.

На осциллографе переключаем на АС, что означает alternating current — переменный ток.

Цепляемся к выходным разъемам ЛАТРа и наблюдаем такую картину.

С помощью кнопки «Measure» я вывел некоторые интересующие нас параметры:

Vk — среднеквадратичное значение напряжения. В данном случае он нам показывает напряжение, которое мы подавали с ЛАТРа — это 100 Вольт.

F — частота. В данном случае это частота сети 50 Герц. ЛАТР не меняет частоту сети.

T — период. T=1/F. Как мы с вами видим частота напряжения в сети 50 Герц. Период равен 20 миллисекунд. Если единицу разделить на 20 миллисекунд, то мы как раз получим частоту сигнала.

Как вывести все параметры сигнала

Мы будем рассматривать все наши измеряемые параметры на конкретном примере. Для этого будем использовать генератор частоты с заранее выставленной частотой в 1 Мегагерц (ну или 1000 КГц) с прямоугольной формой сигнала:

Сигнал с генератора частоты на экране осциллографа выглядит вот так.

А где же правильный прямоугольный сигнал? Вот тебе и раз… Ничего с этим не поделаешь. Это есть, было и будет у всех прямоугольных сигналов. Это возникает вследствие несовершенства цепей и радиоэлементов. Особенно хорошо такая осциллограмма прорисовывается на высоких частотах, как в нашем примере.

Ладно, давайте выведем все параметры сигнала, которые может вывести наш осциллограф. Для этого нажимаем кнопочку «Measure» , что с англ. означает «измерять»

Далее нажимаем кнопочку «Add» ( с англ. — добавлять), с помощью вспомогательной клавиши H1

И потом нажимаем кнопку «Show All» (с англ. — показать всё) с помощью вспомогательной клавиши F3

В результате всех этих операций у нас выскочит табличка с измеряемыми параметрами сигнала:

Описание характеристик сигналов

Как вы знаете, осциллограф нам показывает изменение напряжения сигнала во времени. Поэтому, параметры сигналов в основном делятся на два типа:

Давайте рассмотрим основные из них. Начнем слева-направо.

Period — с англ. период. Период сигнала — это время, за которое сигнал повторяется. В нашем случае период обозначается буквой «Т».

Чтобы самостоятельно посчитать период, нам надо знать значение одной клетки по горизонтали. Внизу осциллограммы можно найти подсказку. Я ее пометил в желтый прямоугольник

Следовательно, одна клеточка по горизонтали равна 500 наносекунд. А так как у нас период длится ровно две клеточки, значит 500 х 2 = 1000 наносекунда или 1 микросекунда.

Сходятся ли наши расчетные показания с показаниями автоматических измерений? Смотрим и проверяем.

Стопроцентное попадание! Кстати, чтобы не было дальнейших вопросов, привожу небольшую табличку.

«Микро» обозначается буквой «u», как и в маркировке современных конденсаторов.

Freq. Полное название frequency — с англ. частота. Обозначается буквой «F». Частоту очень легко можно вычислить по формуле, зная период Т.

В нашем случае получаем 1/1х10 -6 =10 6 =1 Мегагерц (MHz). Смотрим на наши автоматические измерения:

Ну разве не чудо? 😉

Следующий показатель Mean. В нашем случае обозначается просто буковкой «V». Он означает среднюю величину сигнала и используется для измерения постоянного напряжения. В данный момент этот параметр не представляет интереса, потому как измеряется переменный ток и в значении этого сигнала показывается какая-то вата. Постоянный ток меряет нормально, можно вывести этот параметр на дисплей, что мы и делали в прошлой статье:

Еще один интересный параметр: PK-PK. Называется он Peak-to-Peak и показывает напряжение от пика до пика. Обозначается как Vp. Что это за напряжение от пика до пика, показано на осциллограмме ниже:

Так как мы видим, что значение нашего квадратика равно 1 Вольту (внизу слева)

То можно высчитать и напряжение от пика до пика. Оно будет где-то эдак 5 Вольт. Сверяемся с автоматическим измерением

Почти в тютельку!

Остальные параметры сигнала не столь важны для начинающих электронщиков.

Плюсы и минусы цифрового осциллографа

Начнем с плюсов

• Запись, остановка, автоматические измерения и другие фишки — это еще не весь список, что умеет делать цифровой осциллограф
• Габариты цифрового осциллографа намного меньше, чем аналогового
• Потребление энергии меньше, чем у аналогового осциллографа
• Жидкокристаллический дисплей, в отличие от кинескопного дисплея аналогового осциллографа

• Дороговизна
• Дискретная прорисовка сигнала. Хотя дорогие модели ничуть не уступают аналоговым по прорисовке сигнала.

Где купить цифровой осциллограф

Естественно, на Алиэкспрессе, так как в наших интернет-магазинах их цена бывает завышена в два, а то и в три раза. Также очень хорошие отзывы об осциллографе Hantek, характеристики которого даже лучше, чем у моего OWON:

Посмотреть его можете на Алиэкпрессе по этой ссылке.

USB осциллограф

USB-осциллограф представляет из себя прибор, который не имеет собственного экрана.

У нас на обзоре USB осциллограф INTRUSTAR.

В придачу с ним шли 2 щупа, шнур USB, расходники, диск с ПО, а также отвертка для регулировки щупов

С одной стороны осциллографа мы видим два разъема для подключения щупов. Первый разъем CH1, что означает первый канал, а второй разъем CH2, то есть второй канал. Следовательно, осциллограф двухканальный. Справа видим два штыря. Эти штыри — генератор тестового сигнала для калибровки щупов осциллографа. Один из них земля, а другой — сигнальный. Калибруем точно также, как и простой цифровой осциллограф. Как это делать, я писал выше в статье.

В рабочем состоянии USB осциллограф выглядит вот так.

После установки программного обеспечения на компьютер или ноутбук, открываем программу и запускаем осциллограф. Здесь я уже сразу подцепил тестовый сигнал, чтобы подготовить осциллограф к работе.

Также можно вывести значение сигналов, которые осциллограф сразу бы показывал на экране монитора.

Плюсы и минусы USB осциллографа

1. Умеренная цена и функционал. Стоит в разы дешевле, чем крутые цифровые осциллографы
2. Настройка и установка ПО занимает около 10-15 минут
3. Удобный интерфейс
4. Малогабаритный размер
5. Может производить операции как с постоянным, так и с переменным током
6. Два канала, то есть можно измерять сразу два сигнала и выводить их на дисплей

1. Малая частота дискретизации
2. Обязательно нужен ПК
3. Малая полоса пропускания
4. Глубина памяти тоже никакая

Более подробно про характеристики цифровых осциллографов вы можете прочитать, скачав учебное пособие по цифровым осциллографам.