Comment utiliser un oscilloscope pour dépanner l’électronique

Principaux enseignements

• Les oscilloscopes sont des outils essentiels pour dépanner les appareils électroniques défectueux. Ils analysent les signaux électriques et peuvent aider à déterminer ce qui ne va pas dans les circuits.
• Les oscilloscopes existent sous différentes formes et à différents prix. Pour les débutants et les amateurs, une option bon marché comme le DSO 138 peut fournir des résultats respectables. Des options d’occasion sont également disponibles.
• L’étalonnage d’un oscilloscope est essentiel pour obtenir des résultats précis. Le réglage du seuil et l’utilisation de sondes appropriées sont importants. En examinant les signaux à l’aide d’un oscilloscope, vous pouvez dépanner et diagnostiquer efficacement les défauts électriques.

L’oscilloscope est l’un des outils les plus puissants pour les inventeurs en herbe, les ingénieurs ou les amateurs d’électricité. Il est indispensable pour dépanner les circuits que vous avez construits. Mais comment dépanner des composants électroniques défectueux 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 défectueux, d’un synthétiseur que vous avez récupéré sur un marché aux puces local ou d’un projet de bricolage de type « breadboarding ». Comme vous ne pouvez pas voir l’électricité, il vous faudra un raisonnement déductif – et les bons outils – pour trouver ce qui ne va pas. L’oscilloscope est l’un des outils les plus essentiels.

Un oscilloscope est un appareil permettant d’analyser des signaux électriques. Le mot peut évoquer l’image d’un gros bloc blanc posé sur un bureau de laboratoire, mais en réalité, les oscilloscopes se présentent sous de nombreuses formes. Pour un oscilloscope haut de gamme, vous pouvez vous attendre à payer des milliers d’euros. Pour les amateurs, les étudiants et les jeunes entreprises, quelques centaines d’euros suffisent pour obtenir des résultats tout à fait honorables, surtout si vous êtes prêt à acheter un oscilloscope d’occasion.

Cependant, vous pouvez commencer à peu de frais. Nous avons choisi le populaire DSO 138 de JYE Tech. Il a été largement cloné et remplacé par le DSO 138mini, mais il reste une option d’oscilloscope de choix pour les débutants et ceux qui recherchent une option portable.

Un mot sur les tensions d’oscilloscope

Le DSO 138 est conçu pour mesurer jusqu’à 50 volts. Bien que certains oscilloscopes puissent gérer plus que cela, chaque oscilloscope a ses limites. Si vous dépassez ces limites, vous risquez de détruire l’appareil. Mais tout n’est pas perdu, car vous pouvez protéger l’oscilloscope à l’aide d’une sonde d’atténuation. Une sonde x10 réduit la tension d’entrée de 90 %, ce qui permet de travailler avec des signaux de tension plus élevée.

Naturellement, vous devez prendre toutes les précautions possibles lorsque vous travaillez avec des tensions élevées. C’est pourquoi nous nous limiterons aux basses tensions.

Pour commencer

Le DSO 138 est livré avec une paire de pinces crocodiles. Si vous souhaitez être précis dans vos sondages, il est préférable d’investir dans une véritable sonde, suffisamment pointue pour se fixer sur un seul point du circuit imprimé. Vous réduirez ainsi le risque de formation accidentelle d’un court-circuit.

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

Étalonnage de votre oscilloscope et réglage du seuil

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

Fixez la sonde au signal de référence, qui se trouve souvent sur le panneau avant. Dans le cas du DSO 138, il se trouve en haut. Les sondes sont livrées avec un condensateur réglable qui doit être réglé pour que l’onde de test soit un carré parfait. Il est souvent possible de les régler à l’aide d’un petit tournevis. Le DSO 138 offre des commandes de réglage sur la carte de circuit imprimé elle-même.

Si vous voulez voir une forme d’onde, vous devez rafraîchir l’affichage chaque fois qu’un front montant dépasse un certain seuil. Fixez ce seuil à mi-chemin entre les tensions de crête supérieure et inférieure. Nous avons réglé l’oscilloscope pour qu’il se rafraîchisse chaque fois qu’un front montant est détecté. Nous éliminons ainsi toute ambiguïté et obtenons une image claire et stable de la forme d’onde.

Comment examiner les signaux à l’aide de votre oscilloscope

Examinons quelques signaux. L’utilisation de votre téléphone et d’un câble mini jack-to-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 la masse, et les deux autres sont la gauche et la droite. Vous pouvez donc fixer les pinces comme suit :

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, il s’agit d’une onde sinusoïdale.

Il se peut que vous deviez déplacer un peu les éléments 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 la synchronisation. Il n’y a rien de mieux que de mettre la main à la pâte !

Dépannage pratique à l’aide d’un oscilloscope

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

Nous avons déjà étudié la création d’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 émet réellement.

PWM

Connectez la pince de masse à la terre et sondez l’endroit où vous vous attendez à voir apparaître un signal. Dans ce cas, c’est la broche PWM. Nous pouvons maintenant exécuter un peu de code. Le signal PWM doit apparaître sur l’oscilloscope. Nous pouvons mesurer le rapport cyclique et nous assurer qu’il correspond à nos attentes. Le PWM logiciel n’est pas particulièrement stable, surtout si l’appareil exécute d’autres tâches simultanément. L’utilisation d’un PWM matériel permet d’obtenir des résultats clairs et cohérents :

Bien entendu, cela ne signifie pas que le PWM matériel soit une nécessité. Souvent, vous pouvez améliorer vos résultats en diminuant simplement la charge de travail de l’appareil qui exécute 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 des données

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

Pour capturer ces signaux, nous devons utiliser la fonctionnalité unique de notre oscilloscope. Ici, la forme d’onde s’interrompt lorsque le niveau de seuil est dépassé. Ainsi, nous pourrons voir précisément dans quelle forme se trouvent 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 interpréter des signaux même bruyants. Mais comme les câbles sont asymétriques, vous risquez d’avoir des problèmes s’ils dépassent une certaine longueur. Ainsi, par exemple, si vous faites passer le câble à travers un bâtiment entier, vous rencontrerez des problèmes. Ou encore, le câble lui-même peut être défectueux après avoir été écrasé une fois de trop avec une chaise de bureau.

C’est là que le dépannage déductif entre en jeu ! Mettez le doigt 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 par SPI (ou I2C) avec le signal d’horloge correspondant. Cela peut révéler que les deux signaux sont mal alignés ou déformés. Cela produira des données brouillées. Les pics, le bruit, les bords arrondis peuvent tous causer des problèmes.

Dans de nombreux cas, ces problèmes peuvent être corrigés en ajoutant une résistance pull-up (ou pull-down) ici ou là. Il se peut aussi que nous ayons besoin d’un ou deux condensateurs pour lisser les tensions d’alimentation. Il se peut également que vous deviez ajuster votre code pour compenser les problèmes de synchronisation.

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 – parfaites pour votre oscilloscope.

Les oscilloscopes sont excellents pour diagnostiquer les défauts électriques

Lorsque vous commencez à construire, modifier ou réparer des circuits complexes, vous rencontrez inévitablement des problèmes que seul un oscilloscope peut diagnostiquer. Après avoir obtenu une image claire des signaux que vous cherchez à façonner, vous serez en mesure de dépanner beaucoup plus efficacement.

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