Comment utiliser un oscilloscope pour dépanner l’électronique

Points clés à retenir

• Les oscilloscopes sont des outils essentiels pour dépanner les composants électroniques cassés. Ils analysent les signaux électriques et peuvent aider à déterminer ce qui ne va pas dans les circuits.
• Les oscilloscopes se présentent sous différentes formes et à différents prix. Pour les débutants et les amateurs, une option moins chère comme le DSO 138 peut fournir des résultats respectables. Des options d’occasion sont également disponibles.
• L’étalonnage d’un oscilloscope est crucial pour obtenir des résultats précis. Il est important de définir le seuil et d’utiliser des sondes appropriées. En examinant les signaux avec un oscilloscope, vous pouvez dépanner et diagnostiquer efficacement les défauts électriques.

L’oscilloscope fait partie des outils les plus puissants pour les aspirants inventeurs, ingénieurs ou amateurs d’électricité. Si vous dépannez les circuits que vous avez construits, c’est essentiel. Mais exactement, comment dépanner les composants électroniques cassés à l’aide d’un oscilloscope ?

À quoi servent les oscilloscopes et combien devez-vous dépenser ?

Vous avez un appareil électrique qui ne fonctionne pas. Il peut s’agir d’un ordinateur portable en panne, d’un synthétiseur que vous avez acheté dans un marché aux puces local ou d’un projet de maquette DIY. Puisque vous ne pouvez pas réellement voir l’électricité, déterminer ce qui ne va pas nécessitera un raisonnement déductif et les bons outils. Parmi ces outils les plus essentiels se trouve l’oscilloscope.

Un oscilloscope est un appareil permettant d’analyser des signaux électriques. Le mot pourrait évoquer l’image d’un grand bloc blanc posé sur un bureau de laboratoire, mais la réalité est que les oscilloscopes se présentent sous de nombreuses formes. Pour un oscilloscope haut de gamme, vous pouvez vous attendre à payer des milliers de dollars. Quelques centaines de dollars peuvent vous donner des résultats très respectables pour les amateurs, les étudiants et les startups, surtout si vous êtes prêt à acheter de l’occasion.

Cependant, vous pouvez commencer à moindre coût. Nous avons opté pour le populaire DSO 138 de JYE Tech . Celui-ci a été largement cloné et remplacé par le DSO 138mini, mais il reste une option d’oscilloscope incontournable pour les débutants et ceux qui recherchent une option portable.

Un mot sur les tensions des oscilloscopes

Le DSO 138 est conçu pour mesurer jusqu’à 50 volts. Même si certains oscilloscopes peuvent gérer plus que cela, chaque oscilloscope a ses limites. Repoussez ces limites et vous risquez de détruire l’appareil. Mais tout n’est pas perdu puisque vous pouvez protéger l’oscilloscope à l’aide d’une sonde atténuante. Une sonde x10 réduira la tension entrante de 90 %, nous permettant de travailler avec des signaux de tension plus élevée.

Naturellement, vous devrez prendre toutes les précautions possibles lorsque vous faites face à des tensions élevées. Pour cette raison, limitons-nous aux éléments basse tension.

Commencer

Le DSO 138 est livré avec une paire de pinces crocodiles. Si vous souhaitez être précis dans votre sondage, investir dans une vraie sonde est probablement une bonne idée, suffisamment pointue pour s’installer sur un seul point d’un circuit imprimé. Cela réduira le risque de formation accidentelle d’un court-circuit.

Si vous examinez des signaux audio, vous pouvez rechercher un adaptateur pour convertir un câble TS (ou TRS) en prise BNC (ou SMA ) de votre oscilloscope. Par souci de simplicité, nous nous en tiendrons aux pinces crocodiles.

Calibrage de votre oscilloscope et réglage du seuil

Pour obtenir des résultats utiles avec votre oscilloscope, il faut le calibrer. Ce processus nous permettra de compenser la résistance et la capacité inhérentes aux sondes. Ceci est particulièrement important si vous rencontrez des changements de température importants.

Fixez la sonde au signal de référence, souvent trouvé sur le panneau avant. Dans le cas du DSO 138, c’est au sommet. Les sondes sont livrées avec un condensateur réglable qui doit être réglé pour que l’onde de test forme un carré parfait. Ceux-ci peuvent souvent être réglés à l’aide d’un petit tournevis. Le DSO 138 fournit des commandes de réglage sur le circuit imprimé lui-même.

Si vous souhaitez voir une forme d’onde, vous devrez actualiser l’affichage chaque fois qu’un front montant dépasse un certain seuil. Réglez-le quelque part à mi-chemin entre les tensions de crête supérieure et inférieure. Nous avons configuré l’oscilloscope pour qu’il s’actualise chaque fois qu’un front montant est détecté. De cette façon, nous éliminons l’ambiguïté et obtenons une image claire et stable de la forme d’onde.

Comment examiner les signaux avec votre oscilloscope

Examinons quelques signaux. Utiliser votre téléphone et un câble mini-jack vers jack est le moyen le plus simple et le plus rapide. Fixez les pinces crocodiles à l’autre extrémité de la prise jack. La grande bande en bas est le sol, et les deux autres sont à gauche et à droite. Ainsi, vous pouvez attacher les clips comme ceci :

Maintenant, nous avons besoin d’une forme d’onde. YouTube regorge de clips de test appropriés . Choisissez-en un, jouez-le et observez l’affichage. Ici, nous regardons une onde sinusoïdale.

Vous devrez peut-être déplacer un peu les choses pour centrer la forme d’onde. Familiarisez-vous avec les commandes en jouant avec elles. Zoomez sur la forme d’onde, modifiez le niveau de déclenchement et ajustez le timing. Rien ne remplace la mise en pratique !

Dépannage pratique avec un oscilloscope

Alors, maintenant que vous êtes à l’aise avec l’oscilloscope, il est temps de procéder au dépannage.

Nous avons déjà envisagé de créer un signal PWM avec un Raspberry Pi , et c’est un bon point de départ. Jetons un coup d’œil à ce que le RPi produit réellement.

MLI

Connectez le clip de terre au sol et sondez l’endroit où vous vous attendez à ce qu’un signal apparaisse. Dans ce cas, il s’agit de la broche PWM. Maintenant, nous pouvons exécuter du code. Le signal PWM devrait apparaître sur l’oscilloscope. Nous pouvons mesurer le cycle de service et nous assurer qu’il correspond à nos attentes. Le logiciel PWM n’est pas particulièrement stable, surtout si l’appareil exécute d’autres tâches simultanément. Notre utilisation du matériel PWM produit ici des résultats cohérents et clairs :

Bien entendu, cela ne signifie pas que le PWM matériel est une nécessité. Souvent, vous pouvez améliorer vos résultats en réduisant simplement la charge de travail sur l’appareil exécutant le programme. Si vous ne voyez aucune forme d’onde, cela peut indiquer que le rapport cyclique est réglé sur 0 % ou 100 %. Vérifiez cette possibilité avant d’aller plus loin !

Transmission de données

Les circuits modernes reposent souvent sur des signaux qui ne sont pas périodiques mais ponctuels. Un appareil envoie une commande à un autre mais ne se répète pas. Déplacez votre souris et vous enverrez à votre ordinateur une série de commandes indiquant de combien vous avez déplacé la souris.

Pour capturer ces signaux, nous devrons utiliser la fonctionnalité unique de notre oscilloscope. Ici, la forme d’onde s’arrêtera lorsque le niveau seuil sera dépassé. Ainsi, nous pourrons voir précisément quelle forme ont ces bits et s’ils seront compréhensibles pour l’appareil récepteur.

Dans ce cas, nous avons échantillonné un signal MIDI entrant provenant d’un contrôleur de batterie AKAI :

Dans cet exemple, les appareils MIDI peuvent donner un sens même aux signaux bruyants. Mais comme les câbles ici sont déséquilibrés , vous pourriez avoir des problèmes s’ils dépassent une certaine longueur. Ainsi, par exemple, si vous faites passer le câble dans tout un bâtiment, vous rencontrerez des problèmes. Ou encore, le câble lui-même peut être défectueux après avoir été écrasé trop souvent avec une chaise de bureau.

C’est là qu’intervient le dépannage déductif ! Concentrez-vous sur le problème en vérifiant d’abord un autre câble, puis un autre appareil MIDI.

Deux signaux ?

L’une des limites du DSO 138 est qu’il ne permet qu’une seule entrée.

Des oscilloscopes plus avancés pourraient nous permettre d’examiner deux signaux simultanément. Ainsi, vous pouvez superposer les données envoyées via SPI (ou I2C) avec le signal d’horloge correspondant. Cela pourrait révéler que les deux signaux sont mal alignés ou déformés. Cela produira des données tronquées. Pointes, bruit, bords arrondis : tout cela peut causer des problèmes.

Dans de nombreux cas, ces problèmes peuvent être corrigés en ajoutant une résistance pull-up (ou pull-down) ici ou là. Ou bien, nous pourrions avoir besoin d’un ou deux condensateurs pour lisser les tensions d’alimentation. Vous devrez peut-être également ajuster votre code pour compenser les problèmes de timing.

Quelle que soit la solution, vous ne pourrez pas commencer tant que vous n’aurez pas examiné les deux formes d’onde côte à côte, ce qui est parfait pour votre oscilloscope.

Les oscilloscopes sont excellents pour diagnostiquer les défauts électriques

Après avoir obtenu une image claire des signaux que vous cherchez à façonner, vous serez en mesure de dépanner beaucoup plus efficacement.