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Oszilloskop

Ein Oszilloskop zeigt, wie sich ein Signal über die Zeit verändert.

Ein Multimeter kann "etwa 3.3V" zeigen oder "es gibt Frequenz". Ein Oszilloskop zeigt Signalform: Pulse, Kanten, Sag, Rauschen, Bounce, UART-Pakete, PWM.

Bildschirm eines digitalen Oszilloskops

Quelle: Wikimedia Commons, premek.v, Public Domain

Ein PWM Signal auf dem Oszilloskop-Bildschirm sieht so aus:

Animation von PWM: Tastverhältnis-Änderung und Signal-Wellenform

Quelle: Wikimedia Commons, Mik81, CC0 Public Domain

Sie benötigen eines nicht für jeden einfachen Bau. Aber wenn sich ein Gerät instabil verhält, kann ein Oszilloskop in Minuten offenbaren, was ein Multimeter nicht sehen kann.

Was Sie sehen können

In iDryer-ähnlichen Geräten ist ein Oszilloskop nützlich um zu zeigen:

  • Lüfter PWM;
  • MOSFET Modul PWM;
  • UART TX/RX;
  • 5V oder 3.3V Sag bei Servo-Start;
  • Stromversorgung Rauschen;
  • Knopf Bounce;
  • tachometrisches Lüfter Signal;
  • kurze Glitches, die ein Multimeter mittelt.

Ein Oszilloskop antwortet nicht nur "gibt es Spannung" sondern "was passiert mit dem Signal über die Zeit".

Die wichtigste Warnung

Die meisten Tischoszilloskope haben die Sonden-Erde mit der Netzschutzerde verbunden.

Dies bedeutet: der Erdungsclip der Sonde ist nicht "nur ein anderer Draht".

Wenn Sie den Erdungsclip an einem Punkt befestigen, der nicht GND der Niederspannungsschaltung ist, können Sie einen Kurzschluss durch das Oszilloskop erzeugen.

Es ist besonders gefährlich, in den Netzbereich 110-230V AC, SSR, Stromversorgung oder Hochspannungs-Abschnitte mit einer normalen Sonde zu gehen.

Sie können nicht:

  • die Ozilloskop-Erde zum "Schweben" der Messung trennen;
  • den Sonden-Grund an einen anderen Spannungspunkt verbinden;
  • Netzspannung mit einer normalen Sonde ohne Verständnis der Schaltung messen;
  • annehmen, dass die beiden Kanäle völlig unabhängig sind: Kanal-Gründe sind oft verbunden.

Für Schwebe-Messungen, Hochseiten-Messungen und Hochspannungs-Messungen benötigen Sie ordentliche Methoden: Differenz-Sonde, isoliertes Gerät oder einen anderen sicheren Ansatz.

Wie man eine Sonde anschließt

Für Niederspannungsschaltungen:

  1. Sonde mit dem Oszilloskop verbinden.
  2. Sonden-Erde mit GND des Geräts verbinden.
  3. Sonden-Spitze mit dem Signal verbinden.
  4. Wählen Sie die korrekte Sonden-Einstellung: 1x oder 10x.
  5. Stellen Sie sicher, dass das Oszilloskop auf den gleichen Faktor eingestellt ist.

Für die meisten digitalen Signale verwenden Sie 10x: die Sonde lädt die Schaltung weniger und zeigt normalerweise Signalform besser.

PWM

PWM ist ein Puls Signal.

Das Oszilloskop zeigt:

  • Frequenz;
  • Tastverhältnis;
  • Logik Hoch-Pegel;
  • Logik Tief-Pegel;
  • Kanten;
  • Jitter;
  • Rauschen.

Für einen Lüfter oder MOSFET hilft dies verstehen:

  • ob der Pin ein Signal ausgibt;
  • ob 3.3V oder 5V Pegel ausreichend ist;
  • ob Frequenz der Einstellung entspricht;
  • ob Tastverhältnis auf Befehl ändert;
  • ob Signal nicht sägt, wenn Last verbunden ist.

UART

UART auf dem Oszilloskop sieht wie eine Abfolge von Pulsen aus.

Das Oszilloskop hilft sehen:

  • ob es Aktivität auf TX gibt;
  • ob Logik-Pegel nicht vertauscht sind;
  • was das Idle Pegel ist;
  • ob es starkes Rauschen gibt;
  • ob Baud-Rate ungefähr passt.

Zum Dekodieren von Text ist ein Logik-Analyzer oder USB-UART Adapter bequemer. Aber ein Oszilloskop zeigt schnell, ob das Signal physikalisch lebendig ist.

Stromversorgung Sag

Ein Multimeter sieht möglicherweise keinen kurzen Sag.

Zum Beispiel könnte eine 5V Leitung beim Servo-Start um wenige Millisekunden sinken. Das Multimeter zeigt fast normal 5V, aber der Controller ist bereits neu gestartet.

Ein Oszilloskop ermöglicht Ihnen zu sehen:

  • wie viel Spannung sinkt;
  • wie lange der Sag dauert;
  • ob es Spitzen gibt;
  • ob ein Kondensator hilft;
  • ob die Situation mit einer anderen Stromversorgung oder Drähten sich ändert.

Dies ist besonders nützlich für ESP32, Servos, Lüfter und DC-DC.

Rauschen und Interferenz

Rauschen auf Power oder Signal Leitungen kann Sensoren und Kommunikation brechen.

Ein Oszilloskop hilft sehen:

  • DC-DC Welligkeit;
  • Motor Spitzen;
  • Rauschen neben dem Heizer;
  • Knopf Bounce;
  • Interferenz auf einem langen Draht.

Aber verstehen Sie die Grenzen: schlechte Sonden-Erde-Verbindung kann Rauschen der Anzeige selbst hinzufügen. Eine kurze Sonden-Erde-Feder oder kurzer Erde-Draht gibt oft ein ehrlicheres Bild als ein langer Clip.

Multimeter mit Frequenz-Messung

Manchmal wird ein Oszilloskop für erste Überprüfungen nicht benötigt.

Einige Multimeter können Signal-Frequenz messen. In den Spezifikationen könnte dies Hz, Frequenz oder Frequenz-Zähler genannt werden.

Dies ist nützlich, wenn Sie schnell verstehen müssen:

  • ob ein PWM Signal überhaupt existiert;
  • ob sich Frequenz mit Anpassung ändert;
  • ob Controller Ausgang funktioniert;
  • ob es Aktivität auf einer einfachen digitalen Leitung gibt.

Zum Beispiel, wenn ein Controller PWM zu einem Lüfter oder MOSFET Modul ausgeben sollte, ein Frequenz-messendes Multimeter kann zeigen, dass das Signal existiert und seine Frequenz ungefähr dem erwarteten Wert entspricht.

Aber ein Multimeter zeigt nicht Signalform. Es wird nicht zeigen:

  • Logik Hoch-Pegel;
  • Puls Breite;
  • PWM Tastverhältnis;
  • Signal Kanten;
  • kurze Dips;
  • Rauschen und Interferenz;
  • Leitungs-Verzerrung.

Also ein Frequenz-messendes Multimeter ist ein gutes Werkzeug für schnelle Überprüfungen, aber nicht ein vollständiger Oszilloskop-Ersatz.

Was vor der Messung zu überprüfen ist

Vor dem Anschließen einer Sonde:

  1. Was ist GND in der Schaltung?
  2. Ist dieser Punkt mit Netzschutzerde verbunden?
  3. Gibt es keine Netzspannung?
  4. Ist die Sonde für die Spannung bewertet?
  5. Ist 10x ausgewählt, falls nötig?
  6. Sind die Sonde und der Kanal auf die gleiche Weise eingestellt?
  7. Sind Kanal-Gründe nicht verschiedene Schaltungs-Punkte verbunden?
  8. Können Sie zuerst das Signal auf der Niederspannungsseite überprüfen?

Wenn Sie Zweifel über 110-230V AC haben, verbinden Sie das Oszilloskop nicht.

Häufige Fehler

  • Erdungsclip an einem Spannungspunkt, nicht GND befestigt;
  • versucht die Ozilloskop-Erde vom Netz zu "trennen";
  • Netzspannung mit einer normalen Sonde ohne Differenz gemessen;
  • vergessen, dass Kanal-Gründe verbunden sind;
  • Sonde auf 10x, Ozilloskop auf 1x eingestellt;
  • lange Sonden-Erde verwendet und extra Rauschen gesehen;
  • nur mit Multimeter geschaut und einen kurzen Sag verpasst;
  • ein UART Problem ist Software wenn es keine physikalische Signal-Leitung gibt.

Das Wesentliche

  • Ein Oszilloskop zeigt Signalform über die Zeit.
  • Es ist nützlich für PWM, UART, Stromversorgung Sag, Rauschen und kurze Glitches.
  • Ein normales Tisch-Oszilloskop Grund ist mit Netzschutzerde verbunden.
  • Sie können den Sonden-Grund nicht an einem beliebigen Schaltungs-Punkt verbinden.
  • Für Schwebe und Hochspannungs-Messungen werden spezielle sichere Methoden benötigt.
  • Ein Frequenz-messendes Multimeter ist nützlich, aber kein Oszilloskop-Ersatz.

Referenzmaterialien