Cómo utilizar un osciloscopio para solucionar problemas electrónicos

Conclusiones clave

• Los osciloscopios son herramientas esenciales para solucionar problemas electrónicos rotos. Analizan señales eléctricas y pueden ayudar a determinar qué falla en los circuitos.
• Los osciloscopios vienen en diversas formas y precios. Para principiantes y aficionados, una opción más económica como el DSO 138 puede proporcionar resultados respetables. También hay opciones de segunda mano.
• Calibrar un osciloscopio es crucial para obtener resultados precisos. Es importante establecer el umbral y utilizar sondas adecuadas. Al examinar las señales con un osciloscopio, puede solucionar problemas y diagnosticar fallas eléctricas de manera efectiva.

El osciloscopio se encuentra entre las herramientas más poderosas para los aspirantes a inventores, ingenieros o aficionados a la electricidad. Si está solucionando problemas en los circuitos que ha construido, es esencial. Pero, ¿exactamente cómo se solucionan problemas electrónicos rotos usando un osciloscopio?

¿Para qué se utilizan los osciloscopios y cuánto hay que gastar?

Tienes un aparato eléctrico que no funciona. Podría ser una computadora portátil defectuosa, un sintetizador que compraste en un mercadillo local o un proyecto de bricolaje. Como en realidad no se puede ver la electricidad, descubrir qué está fallando requerirá algún razonamiento deductivo y las herramientas adecuadas. Entre las herramientas más esenciales se encuentra el osciloscopio.

Un osciloscopio es un dispositivo para analizar señales eléctricas. La palabra puede evocar la imagen de un gran bloque blanco sobre el escritorio de un laboratorio, pero la realidad es que los osciloscopios vienen en muchas formas. Por un osciloscopio de alta gama, puedes esperar pagar miles de dólares. Unos pocos cientos de dólares pueden brindarle resultados muy respetables para aficionados, estudiantes y nuevas empresas, especialmente si está dispuesto a comprar productos de segunda mano.

Sin embargo, puedes empezar barato. Hemos elegido el popular DSO 138 de JYE Tech . Este ha sido ampliamente clonado y reemplazado por el DSO 138mini, pero sigue siendo una opción de osciloscopio para principiantes y aquellos que buscan una opción portátil.

Unas palabras sobre los voltajes del osciloscopio

El DSO 138 está clasificado para medir hasta 50 voltios. Si bien algunos osciloscopios pueden manejar más que eso, cada osciloscopio tiene sus límites. Si supera esos límites, corre el riesgo de destruir el dispositivo. Pero no todo está perdido, ya que se puede proteger el visor con la ayuda de una sonda atenuadora. Una sonda x10 reducirá el voltaje entrante en un 90%, lo que nos permitirá trabajar con señales de voltaje más alto.

Naturalmente, querrás tomar todas las precauciones posibles cuando trabajes con altos voltajes. Por esta razón, limitémonos a lo de bajo voltaje.

Empezando

El DSO 138 viene con un par de pinzas de cocodrilo. Si desea ser preciso en su sondeo, probablemente sea una buena idea invertir en una sonda real, una que sea lo suficientemente puntiaguda como para asentarse en un solo punto de una placa de circuito. Esto reducirá el riesgo de que se forme un cortocircuito accidentalmente.

Si está examinando señales de audio, puede buscar un adaptador para convertir un cable TS (o TRS) en el conector BNC (o SMA ) de su osciloscopio. En aras de la simplicidad, nos quedaremos con las pinzas de cocodrilo.

Calibrar su osciloscopio y establecer el umbral

Obtener resultados útiles de su osciloscopio significa calibrarlo. Este proceso nos permitirá compensar la resistencia y capacitancia inherentes de las sondas. Esto es especialmente importante si experimenta cambios importantes de temperatura.

Conecte la sonda a la señal de referencia, que a menudo se encuentra en el panel frontal. En el caso del DSO 138, está en la parte superior. Las sondas vienen con un condensador ajustable que debe sintonizarse para que la onda de prueba sea un cuadrado perfecto. A menudo, estos se pueden afinar con la ayuda de un destornillador pequeño. El DSO 138 proporciona controles de sintonización en la propia placa de circuito.

Si desea ver una forma de onda, necesitará que la pantalla se actualice cada vez que un flanco ascendente supere un determinado umbral. Colóquelo en algún lugar a medio camino entre los voltajes máximos superior e inferior. Hemos configurado el alcance para que se actualice cada vez que se detecte un flanco ascendente. De esta forma eliminamos la ambigüedad y obtenemos una imagen clara y estable de la forma de onda.

Cómo examinar señales con su osciloscopio

Examinemos algunas señales. Usar tu teléfono y un cable mini jack a jack es la forma más fácil y rápida. Coloque las pinzas de cocodrilo en el otro extremo del conector jack. La gran franja alrededor de la parte inferior es el suelo, y las otras dos están a la izquierda y a la derecha. Entonces, puedes adjuntar los clips así:

Ahora necesitamos una forma de onda. YouTube está repleto de clips de prueba adecuados . Elija uno, reprodúzcalo y observe la pantalla. Aquí estamos viendo una onda sinusoidal.

Es posible que necesites mover un poco las cosas para centrar la forma de onda. Familiarízate con los controles jugando con ellos. Amplíe la forma de onda, cambie el nivel de activación y ajuste el tiempo. ¡No hay sustituto para la práctica!

Solución práctica de problemas con un osciloscopio

Entonces, ahora que se siente cómodo con el osciloscopio, es hora de solucionar algunos problemas.

Anteriormente analizamos la creación de una señal PWM con una Raspberry Pi y este es un buen lugar para comenzar. Echemos un vistazo a lo que realmente genera el RPi.

PWM

Conecte el clip de tierra al suelo y pruebe dónde espera que aparezca una señal. En este caso, es el pin PWM. Ahora podemos ejecutar algo de código. La señal PWM debería aparecer en el osciloscopio. Podemos medir el ciclo de trabajo y asegurarnos de que coincida con nuestras expectativas. El software PWM no es particularmente estable, especialmente si el dispositivo ejecuta otras tareas simultáneamente. Nuestro uso de hardware PWM aquí produce resultados claros y consistentes:

Por supuesto, esto no significa que el hardware PWM sea una necesidad. A menudo, puedes mejorar tus resultados simplemente disminuyendo la carga de trabajo en el dispositivo que ejecuta el programa. Si no ve ninguna forma de onda, esto podría indicar que el ciclo de trabajo está establecido en 0% o 100%. ¡Compruebe esa posibilidad antes de continuar!

Transmisión de datos

Los circuitos modernos a menudo dependen de señales que no son periódicas sino únicas. Un dispositivo envía un comando a otro pero no lo repite. Mueva el mouse y enviará a su computadora una serie de comandos que le indicarán cuánto ha movido el mouse.

Para capturar estas señales, necesitaremos utilizar la funcionalidad única de nuestro alcance. Aquí, la forma de onda se detendrá en su lugar cuando se pase el nivel de umbral. Así, podremos ver con precisión en qué forma están esos bits y si serán comprensibles para el dispositivo receptor.

En este caso, hemos muestreado una señal MIDI entrante desde un controlador de batería AKAI:

En este ejemplo, los dispositivos MIDI pueden detectar incluso señales ruidosas. Pero como los cables aquí están desequilibrados , es posible que tengas problemas si sobrepasan una determinada longitud. Entonces, por ejemplo, si estás pasando el cable por todo un edificio, tendrás problemas. O bien, el cable en sí podría estar defectuoso después de haberlo pasado demasiadas veces con una silla de oficina.

¡Aquí es donde entra en juego la solución de problemas deductiva! Concéntrese en el problema comprobando primero un cable diferente y luego un dispositivo MIDI diferente.

¿Dos señales?

Una de las limitaciones del DSO 138 es que sólo permite una entrada.

Osciloscopios más avanzados podrían permitirnos examinar dos señales simultáneamente. Por lo tanto, puede superponer los datos que se envían a través de SPI (o I2C) con la señal de reloj correspondiente. Hacerlo podría revelar que las dos señales están desalineadas o distorsionadas. Esto producirá datos confusos. Los picos, el ruido y los bordes redondeados pueden causar problemas.

En muchos casos, estos problemas se pueden corregir agregando una resistencia pull-up (o pull-down) aquí o allá. O podríamos necesitar uno o dos condensadores para suavizar los voltajes de suministro. Es posible que también tengas que ajustar tu código para compensar los problemas de sincronización.

Cualquiera que sea la solución, no podrá comenzar hasta que observe las dos formas de onda una al lado de la otra, lo cual es perfecto para su osciloscopio.

Los osciloscopios son excelentes para diagnosticar fallas eléctricas

Habiendo obtenido una imagen clara de las señales que busca moldear, podrá solucionar problemas de manera mucho más efectiva.