概要
- オシロスコープは、故障した電子機器のトラブルシューティングに不可欠なツールです。電気信号を分析し、回路で何が問題なのかを判断するのに役立ちます。
- オシロスコープにはさまざまな種類と価格帯があります。初心者や趣味の人は、DSO 138のような安価なオプションでも十分な結果を得ることができます。中古品も入手可能です。
- オシロスコープを校正することは、正確な結果を得るために重要です。しきい値の設定と適切なプローブの使用が重要です。オシロスコープで信号を調べれば、電気的な故障を効果的にトラブルシューティングして診断することができます。
オシロスコープは、意欲的な発明家、エンジニア、または電気の趣味人にとって最も強力なツールの1つです。自分で作った回路のトラブルシューティングを行う場合、必須のツールです。しかし、壊れた電子機器をオシロスコープを使ってトラブルシューティングするには、どうすればよいのでしょうか？
オシロスコープの用途と必要な費用
動作しない電気機器があります。故障したラップトップ、地元のフリーマーケットで購入したシンセサイザー、DIYのブレッドボードプロジェクトかもしれません。電気は実際には見えないので、何が問題なのかを解明するには、演繹的な推論と適切なツールが必要です。これらのツールの中でも特に重要なのがオシロスコープです。
オシロスコープは、電気信号を分析するための装置です。この言葉から、研究所の机に置かれた大きな白いブロックを思い浮かべるかもしれませんが、実際にはオシロスコープにはさまざまな種類があります。ハイエンドのオシロスコープの場合、数千ドルを支払う必要があります。趣味人、学生、スタートアップの場合、数百ドルで十分な結果を得ることができます。特に、中古品を購入すればなおさらです。
しかし、安価に始めることもできます。JYE TechのDSO 138が人気です。これは広く複製され、DSO 138miniに取って代わられましたが、初心者やポータブルなオプションを求める人にとっては、依然として最適なオシロスコープのオプションです。
オシロスコープの電圧に関する注意
DSO 138は、最大50ボルトを測定できます。オシロスコープの中にはそれ以上の電圧を扱えるものもありますが、どのオシロスコープにも限界があります。その限界を超えると、機器が壊れる可能性があります。しかし、減衰プローブを使用すれば、スコープを保護することができます。x10プローブは、入力電圧を90％削減するため、より高い電圧の信号を扱うことができます。
当然のことながら、高電圧を扱う際には、あらゆる予防策を講じる必要があります。そのため、低電圧のみに限定しましょう。
はじめに
DSO 138には、ワニ口クリップが2つ付属しています。プローブを正確に行う場合は、本物のプローブを購入するのがよいでしょう。回路基板の1点に確実に接続できるほど先のとがったプローブです。これにより、誤ってショートが発生するリスクを軽減することができます。
オーディオ信号を調べる場合は、TS（またはTRS）ケーブルをスコープのBNC（またはSMA）ソケットに変換するアダプターを探す必要があります。ここでは、ワニ口クリップを使用するので、シンプルにしましょう。
オシロスコープの校正としきい値の設定
オシロスコープから有用な結果を得るには、校正する必要があります。このプロセスにより、プローブの固有の抵抗と容量を補正することができます。これは、大きな温度変化を経験している場合に特に重要です。
プローブをリファレンス信号（多くの場合、前面パネルにあります）に接続します。DSO 138の場合は、上部にあります。プローブには調整可能なコンデンサが付属しており、テスト波を完全な方形波になるように調整する必要があります。これらは、多くの場合、小さなドライバーを使用して調整できます。DSO 138には、回路基板自体に調整用のコントロールが用意されています。
波形を見るには、立ち上がりエッジが特定のしきい値を超えるたびにディスプレイをリフレッシュする必要があります。これは、上部と下部のピーク電圧の中間あたりに設定します。立ち上がりエッジが検出されるたびにスコープをリフレッシュするように設定しました。こうすることで、あいまいさを排除し、波形の鮮明で安定した画像を得ることができます。
オシロスコープで信号を調べる方法
いくつかの信号を調べてみましょう。スマートフォンとミニジャックtoジャックケーブルを使用するのが最も簡単かつ迅速な方法です。ワニ口クリップをジャックプラグの反対側に取り付けます。下部にある大きな帯がグランドで、他の2つは左右です。したがって、クリップを次のように取り付けることができます。
次に、波形が必要です。YouTubeには、適切なテストクリップがたくさんあります。1つを選択して再生し、ディスプレイを観察します。ここでは、正弦波を見ています。
波形を中央に配置するために、少し動かす必要があるかもしれません。コントロールを操作して、操作方法を理解しましょう。波形を拡大したり、トリガレベルを変更したり、タイミングを調整したりします。実際に操作してみるのに勝るものはありません。
オシロスコープを使った実践的なトラブルシューティング
では、オシロスコープに慣れたら、トラブルシューティングを行いましょう。
以前、Raspberry PiでPWM信号を作成する方法について説明しました。ここから始めましょう。RPiが実際に何を出力しているのかを見てみましょう。
PWM
グランドクリップをグランドに接続し、信号が表示されると思われる場所をプローブします。この場合は、PWMピンです。これで、コードを実行できます。PWM信号がスコープに表示されるはずです。デューティサイクルを測定し、それが期待どおりであることを確認できます。ソフトウェアPWMは、特にデバイスが他のタスクを同時に実行している場合は、特に安定していません。ここではハードウェアPWMを使用することで、一貫性があり、明確な結果が得られます。
もちろん、これはハードウェアPWMが必須であるという意味ではありません。多くの場合、プログラムを実行しているデバイスのワークロードを減らすだけで、結果を改善することができます。波形が表示されない場合は、デューティサイクルが0%または100%に設定されていることを示している可能性があります。先に進む前に、その可能性を確認してください。
データ伝送
現代の回路は、周期的なものではなく、単発の信号に依存することがよくあります。1つのデバイスが別のデバイスにコマンドを送信しますが、それは繰り返されません。マウスを動かすと、マウスをどれだけ動かしたかを示す一連のコマンドがコンピューターに送信されます。
これらの信号をキャプチャするには、スコープの単発機能を使用する必要があります。ここでは、しきい値レベルを超えると波形がその場で一時停止します。したがって、ビットがどのような形をしているのか、受信デバイスが理解できるのかを正確に確認することができます。
この場合、AKAIドラムコントローラーから受信したMIDI信号をサンプリングしました。
この例では、MIDIデバイスはノイズの多い信号でも理解することができます。しかし、ここではケーブルのバランスが取れていないため、一定の長さ以上になると問題が発生する可能性があります。たとえば、ケーブルを建物全体に渡している場合、問題が発生します。または、ケーブル自体がオフィスチェアで何度も踏まれて故障している可能性もあります。
ここで、演繹的なトラブルシューティングの出番です。まず別のケーブル、次に別のMIDIデバイスをチェックして、問題を絞り込みます。
2つの信号？
DSO 138の制限の1つは、入力は1つのみであることです。
より高度なオシロスコープでは、2つの信号を同時に調べることができる場合があります。したがって、SPI（またはI2C）で送信されるデータを、対応するクロック信号と重ねることができます。そうすることで、2つの信号がずれていたり、歪んでいたりすることがわかります。これにより、データが壊れます。スパイク、ノイズ、丸みを帯びたエッジは、すべて問題を引き起こす可能性があります。
多くの場合、これらの問題は、ここにプルアップ（またはプルダウン）抵抗を追加したり、そこに追加したりすることで修正できる可能性があります。または、供給電圧を平滑化するためにコンデンサを1つまたは2つ必要になる場合があります。タイミングの問題を補正するためにコードを調整する必要があるかもしれません。
解決策が何であれ、2つの波形を並べて実際に見てみるまでは、始めることができません。これはオシロスコープに最適です。
オシロスコープは電気的な故障を診断するのに最適です
複雑な回路の構築、変更、修理を始めると、オシロスコープでしか診断できない問題に必ず遭遇します。形を整えようとしている信号を明確に把握することで、トラブルシューティングをはるかに効果的に行うことができます。
コメントする