Как проверить процессор осциллографом

Обновлено: 02.07.2024

На всех занятиях по цифровой технике логические уровни мы определяли при помощи мультиметра или АВО-метра, вольтметра, путем измерения напряжения (если близко к напряжению источника питания, - то единица, если менее 1 В, - то нуль). Но на практике, логические состояния в схемах на цифровых микросхемах контролируют при помощи импульсного осциллографа. Он позволяет не только определить состояние выхода (единица, ноль или высокоомное состояние), но и увидеть форму импульсов, примерно определить их частоту, скважность. Одним словом осциллограф это "глаза" радиолюбителя или специалиста, которыми можно "увидеть" почти все происходящее в цифровой схеме.

По статистике, наиболее распространенный осциллограф в радиолюбительской среде, это С1-65. Это довольно старый и громоздкий прибор, которыми оснащались практически все предприятия, занимающиеся электроникой, от радиозаводов до ремонтных мастерских. Сейчас, при обновлении оборудования или при реорганизации предприятий эти приборы списываются и их часто можно встретить на радиорынках или в магазинах типа "Юный техник". Списанный С1-65 можно приобрести через родственников или знакомых, работающих на предприятиях или просто купить "с рук". Поэтому, в данной статье, мы будем рассматривать С1-65, и не будем затрагивать такие "игрушечные" и малополезные приборы, как ОМЛ или Н-313. Однако, поняв методику работы с С1-65 можно работать и с любым другим импульсным осциллографом (С 1-90, С1-94, С1-55, С1-60 и т.п.).

Экран осциллографа прямоугольный, на нем нанесена масштабная сетка. При включении осциллографа посредине экрана появляется прямая линия. Для работы с цифровыми микросхемами нужно переключить осциллограф в импульсный режим, так чтобы он мог показывать и переменный и постоянный ток одновременно. Для этого нужно переключатель входа (он расположен внизу, прямо под экраном) перевести в левое положение (отмечено "z")- Затем ручкой "баланс" переместить линию на нижнюю линию сетки экрана (осциллограмма 1).

В наших опытах мы используем 9-вольтовую батарею питания (две батарейки по 4,5 В), значит единица будет где-то около 9 В. Переведите переключатель "V-дел." в положение "2". При этом по вертикали каждой клетке будет соответствовать 2 В. То есть логическая единица будет выглядеть, примерно, как на осциллограмме 2. Чтобы линия не пульсировала переведите переключатель "Время/дел." в положение 0,1 mS или 0,2 mS.

Для работы с КМОП или МОП микросхемами (К561 или К176), чтобы можно было определить не только нуль и единицу, но и высокоомное состояние, удобно пользоваться специальным щупом для осциллографа. Этот щуп должен иметь достаточно длинный контактный штырь, настолько длинный чтобы установив щуп на вывод микросхемы можно было к металлу этого штыря прикоснуться пальцем. Проще всего его сделать из шариковой ручки и толстой и длинной швейной иглы или отрезка тонкой вязальной спицы. Провод припаять к игле и соединить его с входным разъемом осциллографа, а от клеммы "1" нужно пустить отдельный провод. Он должен быть подключен к минусу питания исследуемой схемы.

Соберите схему показанную на рисунке 1.

Провод, идущий от клеммы "1" подсоедините к минусу батареи G2. Проволочная перемычка П1 подает на вход элемента D1.1 нуль, на его выходе будет единица, а на выходе элемента D1.2 - ноль. Это ясно - элементы инверторы. Теперь проверьте это при помощи осциллографа. Поставьте щуп на вход D1.1 - на экране будет осциллограмма 1 (осц.1). На выходе D1.1 будет осц.2, а на выходе D1.2 - осц.1. То есть, на входе D1.1 - нуль, на его выходе - единица, а на выходе D1.2 - нуль. Теперь перепаяйте перемычку П1 на плюс питания (рисунок 2). Все уровни изменятся на обратные. На входе D1.1 - единица, на его выходе - нуль, а на выходе D1.2 - единица (соответственно, осц.2, осц.1 и осц.2).

Значит так : линия внизу - ноль, линия вверху - единица.

А как быть, если произошел обрыв между выходом D1.1 и входом D1.2. Если исходить из схемы, показанной на рисунке 1 и для определения уровня пользоваться вольтметром, он покажет что на входе D1.2 нуль, несмотря на то что на самом деле там высокоомное состояние (рисунок 3).

Действительно, если поставить щуп осциллографа на вход D1.2 то на экране будет осц.1. Чтобы проверить нет ли обрыва нужно удерживая щуп на выводе 3 D1.2 прикоснуться к его контактной игле пальцем. Если здесь обрыв на экране осцоллографа появятся хаотические линии (осц.4), вызванные наводками в вашем теле фона сети переменного тока и радиопомех. Если обрыва нет прикосновение к контактной игле картинку не меняет (осц.1).

Микросхемам К176 и К561 свойствена неисправность, когда выходное сопротивление одного из её выходов сильно возрастает. Такая микросхема работает не надежно, дает сбои и приводит к неполадкам в устройстве, в котором она работает. На рисунке 4 показано что при этом происходит.

Смоделирована неисправность выхода элемента D1.2. Его выходное сопротивление увеличено при помощи резистора R1 на 1 мегаом. Если подключить щуп к входу D1.2 на экране будет нормальная осц. 2. Но если к этому щупу прикоснуться пальцем линия расплывется помехами и наводками (осц.5). Так можно обнаружить неисправную микросхему.

На рисунке 5 показана схема простого мультивибратора, он вырабатывает импульсы частотой, примерно, 1 кГц. Ранее, на прошлых занятиях мы изучали работу такого мультивибратора и прослушивали выходной сигнал при помощи небольшого динамика. Осциллограф позволяет увидеть импульсы на выходах и входах элементов этого мультивибратора, ориентируясь по масштабной сетке на его экране можно оценить их форму, симметричность, длительность, период и частоту. На выходах элементов D1.1 и D1.2 должны быть прямоугольные импульсы. Если подключить щуп к этим выходам на экране будут осциллограммы 6 и 7, соответственно.

Это прямоугольные импульсы.А установив щуп на вход элемента D1.1 можно увидеть функцию процесса зарядки и разрядки конденсатора С1 через резистор R1. Она будет выглядеть, примерно так как на осц.8.

Если на экране вместо импульсов будут видны только две горизонтальные линии необходимо настроить синхронизацию осциллографа при помощи ручки "уровень", расположенной в правом верхнем углу передней панели осциллографа. Изменяя положение переключателя "время/дел." и вращая ручку "уровень" можно "растянуть" или "сжать" изображение, так чтобы можно было видеть разное число периодов импульсного сигнала.

По делениям на экране осциллографа можно примерно определить период следования импульсов и затем их частоту. При номиналах С1 и R1 таких как показано на рисунке 5 частота импульсов на выходе этого мультивибратора должна быть около 1 кГц. Осциллограмма 6 получается если переключатель "время / дел." осциллографа установить в положение "0,2 mS", то есть одному делению по горизонтали соответствует 0,2 миллисекунды. Период, судя по осциллограме, этого сигнала, получается равным 4,8 делений, то есть Т= 4,8x0,2=0,96 mS. Частоту можно определить как F=1 / Т = 1 / 0,96 =1,041 кГц. Длительность каждого импульса, судя по осц.6 получается 2,2 клетки для отрицательного перепада, и 2,6 для положительного (то есть 0,44 mS и 0,52 mS). Таким образом, сигнал получается не симметричным, что свойственно микросхемам К176 и К561. Эти результаты могут получиться и другими, все зависит от номиналов конденсатора и резистора, работающих в мультивибраторе, а также от электрических параметров конкретного экземпляра микросхемы.

Здравствуйте, приобрел осциллограф Сага ,изучаю, хочу проверить его в работе с модулями сма, к примеру, посмотреть сигнал с проца на запуск помпы в стиралке Индезит аркадия, по даташиту нога 11 процессора отвечает за - Выход управления симистором помпы Q011 , как мне с помощью осциллографа посмотреть этот сигнал? Или посмотреть обмен между интерфейсом и основным модулем.

Комментарии (10)

ИЗУЧАЙ.
Молодец. Еще анализатор возьми. Шину обмена смотреть будешь.

Про щупы. С входным делителем 1/10 основной рабочий, 10 мег входное сопротивление и самое главное входная емкость в единицах пик! У обычного щупа(1\1) к входной емкости ослика прибавляется емкость кабеля. Это уже более 50пик, достаточно задушить генерацию на входе резонатора, но терпимо для проверки основных уровней.
С делителем вы не сожгете вход прибора, если случайно залезите на фазу. тоже плюс!

не забудь использовать транс чтобы развязка была а то можно и убить ослика

Хорошую вещь взял. Тоже думаю, но пока не знаю что выбрать. Где брал, за сколько?
Что до измерений, то часто мастера в постах пишут о тактовой частоте генератора. ну и авторитетно заявляют что ослик очень важен в работе. Если что я в теме, и эта тема мне тоже оч. интересна!

Брал б/у, вроде работает, подавал на него с генератора НЧ сигнал ,смотрел. Хочется что куда тыкать осликом на плате,хоть на пальцах. И еще посмотреть частоту кварца нужен делитель 1к 10 или можно 1 к 1 смотреть?

Осцилограф имею С1-64. Но вот практического применения в сма пока не нашел. Увы, не у кого перенять хоть каплю опыта. Тема тоже очень интересна. Как и куда ставать щупом понимаю. А вот что я должен увидеть, такого понимания нету.

Применение осциллографа в ремонте сма. Ремонт модулей MINISEL-по наличии импульсов на кварце и на разъеме CNA делаем вывод о работоспособности модуля, когда работаем без стенда.Проверка прохождения импульсов ТАХО. Проверка выхода порта на NTS при F03 в EVO- II вывод 12 разъема J8. Наличие импульсов, хоть каких нибудь, говорит о неисправности порта.Это вкратце ,к примеру.И для проверки ТПИ импульсных блоков питания.

Осцил вещь незаменимая! Преимущественно пользуюсь ими в основном , т.к. показывают даже самые короткие импульсы (помехи), но значительные по амплитуде. А вот что и как смотреть- это все по мере вникания в электронику сам поймешь. В СМА он нужен в основном в импульсных преобразователях, да в тех местах, где точно знаешь, что должны быть периодические изменения напряжения значительной частоты или не должны. Еще одно из применений- нашел определенную ИМС, глянул даташит на нее и смотришь форму сигнала на ножках в соответствии описания. А здесь, повторюсь, могут влиять на работу те самые "неправильные" формы на ее работу. Самый простой пример: самопроизвольное выключение СМА. Подпаялся к кнопке "ВКЛ", запустил цикл и наблюдаешь напругу, желательно через закрытый вход (у меня записывает он). И видишь на экране короткие хаотичные скачки, которые МК воспринимает как нажатие кнопки со всеми вытекающими. Отпаял- ровно. Вывод- кнопка. Но эт самый простой пример, форумчане не пинайте слишком. Остальное сам.

Для питания современной вычислительной техники в основном используют питающие напряжения +12, +5, +3.3 вольта (постоянный ток), формирующиеся блоком питания. Электронные компоненты, установленные на видеокартах, материнских платах часто требуют других номиналов питающих напряжений. Чаще всего вольтаж, необходимый для их работы, формируется путем понижения питающего напряжения до нужного значения.

При питании маломощных компонентов нет необходимости обеспечивать высокую эффективность работы схем преобразования входного питающего напряжения, так как потери мощности достаточно мизерные. В связи с этим маломощные узлы (например, микросхема флеш-памяти Bios) запитываются с помощью цепей прямо (линейно) преобразующих питающее напряжение до нужного номинала.

При питании мощных электронных компонентов, таких как процессор (видеоядро) и оперативная память, необходимо обеспечить высокую мощность от источника питания. Если величина потерь будет высокой (при низком КПД цепей питания), то будет происходит излишний нагрев устройства, а также расходоваться лишние средства на оплату электроэнергии.

Для обеспечения высокой эффективности работы питающих цепей большой мощности используются схемы, работающие в импульсном режиме. Это делается для сохранения компактных размеров устройств и увеличения КПД.

Пример использования ШИМ-преобразования напряжения в импульсном блоке питания:

В статье Как работает VRM материнских плат рассматривались некоторые особенности работы фаз питания, использующихся в современной вычислительной технике. В данной статье динамические процессы, происходящие в фазе питания, рассматриваются с другой точки зрения. Эти знания помогут не только при ремонте неисправных устройств, но и помогут осуществлять более осмысленную эксплуатацию компьютерной техники.

О работе фаз питания, работающих в импульсном режиме

В импульсных цепях фаз питания напряжение от блока питания используется не постоянно, а периодически, с помощью коммутации ключевыми транзисторами:

Благодаря этому на нагрузке появляется не все питающее напряжение, а лишь его часть. Это позволяет понижать вольтаж до нужного значения при сохранении достаточно высокого КПД.

При работе большинства импульсных цепей питания используются коммутационные ключи на мощных полевых транзисторах, управляемые микросхемой, формирующей управляющие импульсы широтно-импульсной модуляции (ШИМ), длительность которых меняется в зависимости от напряжения на выходе.

Чем больший вольтаж нужно получить на выходе — тем дольше должны быть открыты ключевые транзисторы, соответственно должен дольше длиться управляющий импульс:

Чем большая частота используется при работе, тем больше энергии накапливается в катушке индуктивности, что позволяет значительно уменьшить ее размеры. Слишком сильному увеличению частоты препятствует значительное увеличение реактивного сопротивления проводников на высоких частотах и другие сложности, присущие ВЧ-технике.

Сбалансированная работа схем импульсного преобразования требует использования ключевых транзисторов с наименьшим внутренним сопротивлением в момент рабочего цикла, задействования сглаживающих, фильтрующих (блокировочных) конденсаторов, использования цепей обратной связи и ряда других узлов/компонентов.

Уменьшение пульсаций (Ripple) осуществляется с помощью электролитических накопительных конденсаторов, а ВЧ-шумов (Noise) — с помощью блокировочных:

Использование некачественных электронных элементов, огрехи при сборке, перегрев, старение электронных компонентов иногда приводят к выходу из строя фаз питания. Так как через них проходят большие токи, то последствия от их выхода из строя могут привести к возгоранию, а также повлечь за собой другие компоненты, включая дорогостоящие процессор/память.

При поиске неисправностей фаз питания нужно понимать пути прохождения тока через их ключевые транзисторы, а также его величину. Полную картину процессов, происходящих в фазах питания невозможно получить без осциллографа.

Проверка напряжения и тока на выходе импульсного источника питания на наличие пульсаций и шума с помощью двухканального осциллографа:

При изучении конкретной схемы нужно понимать, как проходят токи, напряжения и управляющий сигнал на фазе питания.

Фаза питания импульсных источников питания работает в два цикла, при которых ток проходит поочередно через транзистор(-ы) верхнего и нижнего плеча.

Упрощенная схема фазы питания с двумя полевыми транзисторами:

При открытом верхнем ключе (первый цикл работы, ключевой транзистор нижнего плеча при этом закрыт) ток проходит по цепи: плюсовой вывод источника питания (в данном случае +12 вольт) — транзистор верхнего ключа T1 — катушка индуктивности L — нагрузка Rн — общий провод (минус от источника питания).

На протяжении второго цикла работы открывается нижний ключевой транзистор T2 (верхний закрывается), а ток проходит по цепи: накопительная катушка индуктивности L — нагрузка Rн — транзистор нижнего ключа T2 — катушка индуктивности L.

Во время второго цикла работы источником энергии является дроссель (катушка индуктивности L), отдающий электричество, накопленное во время первого цикла.

Сглаживание пульсаций на выходе фазы питания происходит за счет накопления электрической энергии в LC-элементах (конденсатор С на схеме выше).

Визуализация прохождения тока в динамике есть в ролике Ток через нижнее и верхнее плечо шим контроллера на Youtube.

Для согласования работы различных электронных элементов, обеспечения стабильности выходного напряжения, защиты, контроля и управления используются дополнительные компоненты.

Как правило, в фазах питания видеокарт и материнских плат используется по два мощных транзистора нижнего плеча и один — в верхнем плече. Это связано с тем, что ток, проходящий во время первого цикла работы значительно больше, чем при работе от накопительного дросселя. В связи с этим обычно используются более мощные транзисторы нижнего плеча, обычно работающие параллельно, что увеличивает допустимый рабочий ток и снижает сопротивление сток-исток (Rds) во время рабочего цикла (в открытом состоянии).

Транзисторы верхнего ключа пропускают меньший ток, но должны работать с большей частотой. Поэтому для них более важна скорость открытия td(on) и закрытия td(off), чем допустимый ток.

Проверка работоспособности транзисторов фаз питания рассматривается в статьях О проверке полевых транзисторов импульсных цепей питания, а также Устранение проблем с запуском материнской платы. Для проверки работы фаз питания в динамике нужно использовать осциллограф.

Проверка напряжений и токов в цепи с помощью осциллографа

Проверка бросков (пускового) тока (inrush current) осциллографом может осуществляться на токовом резисторе (шунте) и с помощью токового щупа.

Изучение формы тока в цепи с помощью токового шунта:

Для проверки сдвига фаз между током и напряжением в электрической цепи нужно использовать двухканальный осциллограф.

Пример проверки работы транзистора фазы питания с помощью двухканального осциллографа:

На приведенной выше схеме производится одновременное измерение формы напряжения и тока на выходе полевого транзистора. Для изучения напряжения минус щупа (Diff Probe) подключается непосредственно к истоку (source), а плюс — к стоку (drain) ключевого MOSFET-транзистора. Щуп Current Probe (токовые клещи) второго канала показывает форму пульсирующего (перменного) тока в цепи.

Кроме токового щупа изучить форму тока в цепи можно путем подключения второго канала осциллографа к токовому резистору Rт (шунту) в составе исследуемой цепи:

Для исследования сдвига фаз между током и напряжением на двухканальном осциллографе с использованием токового резистора используют следующую схему подключения:

В приведенной выше схеме первый канал измеряет напряжение на выходе источника питания, а второй — напряжение на токовом резисторе (сигнал на нем при изучении сдвига фаз нужно инвертировать из-за встречного включения относительно первого канала). Синхронизация прибора в данном случае осуществляется от первого канала, так как вольтаж U Rт значительно меньше напряжения на первом канале, что ухудшило бы условия работы прибора при использовании второго канала для синхронизации.

Чем больше сопротивление токового резистора, тем большее на нем падение напряжения. Таким образом, в цепях с невысоким вольтажом можно использовать резисторы высокого сопротивления, что обеспечит лучшую чувствительность при проведении измерений.

При проверке обязательно нужно обеспечить гальваническую развязку систем питания осциллографа и проверяемого устройства. Кроме того, при использовании двухканального осциллографа нужно исключить ситуации, когда в исследуемую схему щупами осциллографа (например, общим проводом разных каналов) вносятся изменения.

Правильное и неправильное подключение двухканального осциллографа (масса обеих каналов должна быть подключена к одной общей точке):

Проверка формы напряжения, которое формируется на выходе источника питания с помощью осциллографа:

Проверка работы ШИМ-контроллера

При проверке работы микросхемы ШИМ в первую очередь нужно проверить ее выходное сопротивление (между контактами GND и OUT) — как правило, оно должно быть очень большим, близким к бесконечности (при этом на измерения не должны оказывать влияние окружающие элементы). Если при исправном ключевом полевом транзисторе на выходе ШИМ-контроллера (не выпаянного из платы) малое сопротивление (ниже одного килоОма) — то микросхема пробита.

При выходе из строя силовых транзисторов, нужно проверять исправность не только микросхемы ШИМ-контроллера, но и ее обвязку, так как элементы выходных цепей часто оказываются неисправными при пробоях MOSFET-ов.

Правильно работающий ШИМ-контроллер при импульсном преобразовании напряжения должен формировать сигнал управления, имеющий одинаковую периодически изменяющуюся форму. Этот сигнал через драйверы попеременно открывает и закрывает ключевые полевые транзисторы верхнего и нижнего плеча каждой фазы питания. Обычный мультиметр не может корректно отображать сигнал на ШИМ-контроллере, так как он имеет слишком высокую частоту. Поэтому для изучения сигнала, формируемого ШИМ-контроллером нужно использовать осциллограф, который фактически является вольтметром с продвинутыми функциями.

При проверке ШИМ-контроллера можно использовать следующую последовательность действий:

подать на ШИМ-микросхему проверяемого устройства от внешнего источника питания (лабораторного блока питания) необходимое ей питающее напряжение с ограничением тока;
проверить референсное напряжение на выводе VREF, оно должно соответствовать номиналу (согласно даташиту);
проверить стабильность референсного напряжения при изменениях питающего напряжения от лабораторного источника питания в пределах, соответствующих Datasheet;
осциллографом проверить сигнал на выходе частотозадающей цепи ШИМ-контроллера, которое должно оставаться в пределах нормы даже при изменениях питающего напряжения в заданных пределах;
проверить на осциллографе импульсы, идущие на ключевой транзистор фаз питания с выхода PWM-контроллера.

Вам также может понравиться

Обзор особенностей райзеров для видеокарт

После последней записи многие задали массу вопросов об осциллограмме и работе самого осциллографа.
И вот, порывшись в своих старых файлах, я нашёл простые Flash файлы в формате .exe, которые не требуют никакого дополнительного ПО и прочих манипуляций, включил и смотри.
Главный плюс — наглядная демонстрация. Всё понятно, просто, без лишней информации.
Так что прошу, всё скинул в один архив (.zip). Можете скачивать. Ну а ниже, я подробно опишу что находится внутри. Заголовок — имя файла. Потому найти всё просто.
— Архив с файлами —

Описание анализа вторичной цепи зажигания

Вот это самый главный, как модно сейчас говорить, MUST HAVE.
Крайне простое, краткое, но в то же время, исчерпывающее описание. Просто с помощью одного этого файла Вы сможете понять, что у Вас происходит с системой зажигания.

Внизу 2 стрелки, далее и назад. Просто листаем.
В правом верхнем углу описание, нормальная ли ситуация или же имеет дефект. Серым изображена осциллограмма нормальной работы, для сравнения с дефектом.
Как только дойдёте до конца, клавиша далее просто перестанет перелистывать страницы.
В общем настоятельно рекомендую.

Трамблёрная система зажигания

По большей части — игрушка. Позволяет нам "испортить" узлы системы зажигания и увидеть, как это вмешательство отразится на графике. Отличительная особенность — трамблёрная система зажигания. Если в первом файле упор был на инжектора, то тут уже трамблёр.

Внизу, слева мы выбираем элемента, нажав на него левой клавишей мыши. И с его помощью воздействуем на нужный узел. К примеру режем ВВ провода. Мажем свечи маслом. Или нагаром. Портим коммутатор или катушку.
Вроде игрушка, но немного вдумавшись, оказывается полезным. Особенно после ознакомления с первым файлом, когда известны основы.

Анализ вторичной цепи зажигания (Disco Express)

В принципе ничего нового, но полезно обладателям комплекса от Мотор-Мастер.

На этом описание работы системы зажигания завершено, но имеется ещё пара файлов и отдельная папка. Думаю они лишними не будут.

Проверка ДПДЗ

Описание о том, как можно проверить Датчик Положения Дроссельной Заслонки при помощи осциллографа. Как известно, ДПДЗ это простые дорожки, но рано или поздно они стираются. Как ни крути само авто не сможет корректно указать на проблему. Потому потребуется подключение напрямую и проверка самого ДПДЗ. Очень часто именно осциллограф помогает выявить в нём неисправность. В то время как аналогичные тесты с помощью диагностики адаптером и ПО, указывают на ровный график и отсутствие неполадок.

Проверка фаз

Внутри этой папки имеются файлы:
— Фазы норма
— Подсос воздуха во впускном коллекторе
— Распредвал установлен на 1 зуб раньше
— Выпускной распредвал установлен на 1 зуб позже
— Выпускной распредвал установлен на 2 зуба раньше

Как видно, тут описан анализ меток с помощью осциллографа. Этот материал сложнее. Требуется более дорогое оборудование, которое позволяет при подключении в ДПКВ, ДПРВ и с помощью дополнительных датчиков, входящих в комплект диагностических комплексов (датчик давления, кабели DIS-4 или DIS-8 и т.д.).
Материал скорее для ознакомления. Но указывает, что для проверки фаз не всегда требуется смотреть на метки. Современное оборудование помогает провести это просто и без лишнего вмешательства.

Надеюсь представленная информация была полезна.
Пишите, задавайте свои вопросы, на их основе я и буду выкладывать дальнейший материал по диагностике, чтобы он был максимально полезен.

Читайте также: