오실로스코프를 사용하여 전자 문제를 해결하는 방법

주요 시사점

• 오실로스코프는 깨진 전자 장치 문제를 해결하는 데 필수적인 도구입니다. 전기 신호를 분석하고 회로에 무엇이 잘못되었는지 판단하는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 오실로스코프는 형태와 가격이 다양합니다. 초보자와 애호가의 경우 DSO 138과 같은 저렴한 옵션을 사용하면 상당한 결과를 얻을 수 있습니다. 중고 옵션도 가능합니다.
• 오실로스코프를 교정하는 것은 정확한 결과를 얻는 데 중요합니다. 임계값을 설정하고 적절한 프로브를 사용하는 것이 중요합니다. 오실로스코프를 사용하여 신호를 검사하면 전기적 결함을 효과적으로 해결하고 진단할 수 있습니다.

오실로스코프는 야심찬 발명가, 엔지니어 또는 전기 애호가를 위한 가장 강력한 도구 중 하나입니다. 구축한 회로의 문제를 해결하는 경우 이는 필수적입니다. 하지만 오실로스코프를 사용하여 깨진 전자 장치 문제를 정확히 어떻게 해결합니까?

오실로스코프는 무엇을 위해 사용되며 얼마를 지출해야 합니까?

작동하지 않는 전기 장치가 있습니다. 문제가 있는 노트북일 수도 있고, 지역 벼룩시장에서 구입한 신디사이저일 수도 있고, DIY 브레드보드 프로젝트일 수도 있습니다. 실제로 전기를 볼 수 없기 때문에 무엇이 잘못되었는지 알아내려면 연역적 추론과 올바른 도구가 필요합니다. 이러한 도구 중 가장 중요한 도구 중에는 오실로스코프가 있습니다.

오실로스코프는 전기 신호를 분석하는 장치입니다. 이 단어는 실험실 책상 위에 놓인 커다란 흰색 블록의 이미지를 연상시킬 수 있지만 현실적으로 오실로스코프는 다양한 형태로 제공됩니다. 고급 오실로스코프의 경우 수천 달러를 지불할 것으로 예상할 수 있습니다. 취미생활자, 학생, 스타트업, 특히 중고품을 기꺼이 구매하려는 경우 몇 백 달러만 투자하면 매우 훌륭한 결과를 얻을 수 있습니다.

그러나 저렴하게 시작할 수 있습니다. 우리는 JYE Tech의 인기 있는 DSO 138에 도달했습니다 . 이것은 DSO 138mini로 광범위하게 복제되어 대체되었지만 초보자와 휴대용 옵션을 찾는 사람들을 위한 오실로스코프 옵션으로 남아 있습니다.

오실로스코프 전압에 관한 한마디

DSO 138은 최대 50V까지 측정할 수 있습니다. 일부 오실로스코프는 그 이상을 처리하지만 모든 오실로스코프에는 한계가 있습니다. 이러한 한도를 초과하면 장치가 파손될 위험이 있습니다. 그러나 감쇠 프로브를 사용하면 스코프를 보호할 수 있으므로 모든 것이 손실되지는 않습니다. x10 프로브는 수신 전압을 90%까지 줄여 더 높은 전압 신호로 작업할 수 있게 해줍니다.

당연히 고전압을 다룰 때는 가능한 모든 예방 조치를 취해야 합니다. 이러한 이유로 저전압 항목으로 제한하겠습니다.

시작하기

DSO 138에는 한 쌍의 악어 클립이 함께 제공됩니다. 정확한 프로빙을 원한다면 회로 기판의 단일 지점에 고정될 만큼 뾰족한 실제 프로브에 투자하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 실수로 단락이 발생할 위험이 줄어듭니다.

오디오 신호를 검사하는 경우 TS(또는 TRS) 케이블을 스코프의 BNC (또는 SMA ) 소켓 으로 변환하기 위한 어댑터를 찾을 수 있습니다 . 단순화를 위해 악어 클립을 사용하겠습니다.

오실로스코프 교정 및 임계값 설정

오실로스코프에서 유용한 결과를 얻으려면 이를 교정해야 합니다. 이 프로세스를 통해 프로브의 고유 저항과 정전 용량을 보상할 수 있습니다. 이는 온도 변화가 심한 경우 특히 중요합니다.

전면 패널에서 흔히 볼 수 있는 기준 신호에 프로브를 연결합니다. DSO 138의 경우 맨 위에 있습니다. 프로브에는 테스트 파형이 완벽한 정사각형이 되도록 조정해야 하는 조정 가능한 커패시터가 함께 제공됩니다. 이는 작은 드라이버를 사용하여 조정할 수 있는 경우가 많습니다. DSO 138은 회로 기판 자체에 튜닝 제어 기능을 제공합니다.

파형을 보려면 상승 에지가 특정 임계값을 통과할 때마다 디스플레이를 새로 고쳐야 합니다. 최고 및 최저 피크 전압 사이의 중간쯤에 설정하십시오. 상승 에지가 감지될 때마다 새로 고치도록 범위를 설정했습니다. 이러한 방식으로 모호성을 제거하고 파형의 명확하고 안정적인 이미지를 얻습니다.

오실로스코프를 사용하여 신호를 검사하는 방법

몇 가지 신호를 살펴보겠습니다. 전화기와 미니 잭-잭 케이블을 사용하는 것이 가장 쉽고 빠른 방법입니다. 잭 플러그의 다른 쪽 끝에 악어 클립을 연결합니다. 바닥 주위의 큰 띠는 땅이고 나머지 두 개는 왼쪽과 오른쪽입니다. 따라서 다음과 같이 클립을 첨부할 수 있습니다.

이제 파형이 필요합니다. YouTube에는 적절한 테스트 클립이 가득합니다 . 하나를 선택하여 재생하고 디스플레이를 관찰하세요. 여기서는 사인파를 보고 있습니다.

파형을 중앙에 맞추려면 사물을 약간 움직여야 할 수도 있습니다. 컨트롤을 가지고 놀면서 컨트롤에 익숙해지세요. 파형을 확대하고 트리거 레벨을 변경하고 타이밍을 조정합니다. 실습을 대체할 수 있는 것은 없습니다!

오실로스코프를 사용한 실제 문제 해결

이제 오실로스코프에 익숙해졌으므로 문제 해결을 수행할 차례입니다.

우리는 이전에 Raspberry Pi를 사용하여 PWM 신호를 생성하는 방법을 살펴보았는데 , 여기서부터 시작하는 것이 좋습니다. RPi가 실제로 무엇을 출력하는지 살펴보겠습니다.

PWM

접지 클립을 접지에 연결하고 신호가 나타날 것으로 예상되는 위치를 조사합니다. 이 경우에는 PWM 핀입니다. 이제 일부 코드를 실행할 수 있습니다. PWM 신호가 스코프에 나타나야 합니다. 우리는 듀티 사이클을 측정하고 그것이 우리의 기대와 일치하는지 확인할 수 있습니다. 소프트웨어 PWM은 특별히 안정적이지 않습니다. 특히 장치가 다른 작업을 동시에 실행하는 경우 더욱 그렇습니다. 여기서 하드웨어 PWM을 사용하면 일관되고 명확한 결과가 생성됩니다.

물론 이것이 하드웨어 PWM이 필요하다는 의미는 아닙니다. 종종 프로그램을 실행하는 장치의 작업 부하를 줄여 결과를 개선할 수도 있습니다. 파형이 표시되지 않으면 듀티 사이클이 0% 또는 100%로 설정되었음을 의미할 수 있습니다. 더 나아가기 전에 그 가능성을 확인해보세요!

데이터 전송

현대 회로는 주기적이 아닌 일회성 신호에 의존하는 경우가 많습니다. 장치가 다른 장치에 명령을 보내지만 자체적으로 반복하지는 않습니다. 마우스를 움직이면 마우스를 얼마나 움직였는지 나타내는 일련의 명령이 컴퓨터에 전송됩니다.

이러한 신호를 캡처하려면 스코프의 일회성 기능을 사용해야 합니다. 여기에서 임계값 레벨이 전달되면 파형이 제자리에서 일시 중지됩니다. 따라서 우리는 해당 비트의 모양이 무엇인지, 수신 장치가 이해할 수 있는지 여부를 정확하게 확인할 수 있습니다.

이 경우 AKAI 드럼 컨트롤러에서 들어오는 MIDI 신호를 샘플링했습니다.

이 예에서 MIDI 장치는 잡음이 많은 신호도 감지할 수 있습니다. 하지만 이곳의 케이블은 언밸런스형이기 때문에 일정 길이를 초과하면 문제가 발생할 수 있습니다. 예를 들어 건물 전체에 케이블을 연결한다면 문제가 발생할 수 있습니다. 또는 사무실 의자에 여러 번 눌려서 케이블 자체에 결함이 있을 수도 있습니다.

이것이 연역적 문제 해결이 이루어지는 곳입니다! 먼저 다른 케이블을 확인한 다음 다른 MIDI 장치를 확인하여 문제를 해결하세요.

신호가 2개?

DSO 138의 한계 중 하나는 입력이 하나만 허용된다는 것입니다.

고급 오실로스코프를 사용하면 두 신호를 동시에 검사할 수 있습니다. 따라서 SPI(또는 I2C)를 통해 전송되는 데이터를 해당 클록 신호와 오버레이할 수 있습니다. 그렇게 하면 두 신호가 잘못 정렬되었거나 왜곡되었다는 사실이 드러날 수 있습니다. 이로 인해 잘못된 데이터가 생성됩니다. 스파이크, 소음, 둥근 모서리 등 모두 문제를 일으킬 수 있습니다.

대부분의 경우 이러한 문제는 여기 또는 저기에 풀업(또는 풀다운) 저항을 추가하여 해결할 수 있습니다. 또는 공급 전압을 평활화하기 위해 커패시터가 한두 개 필요할 수도 있습니다. 타이밍 문제를 보완하기 위해 코드를 조정해야 할 수도 있습니다.

어떤 솔루션이든 실제로 오실로스코프에 적합한 두 파형을 나란히 살펴볼 때까지는 시작할 수 없습니다.

오실로스코프는 전기적 결함 진단에 탁월합니다.

형성하려는 신호에 대한 명확한 그림을 얻으면 훨씬 더 효과적으로 문제를 해결할 수 있습니다.