Что можно проверить осциллографом

Что можно сделать с помощью осциллографа

В мастерской электронщика и электрика если не обязательно, то, по крайней мере, крайне желательно наличие осциллографа. Его используют на ряду с простыми измерительными приборами: амперметром, вольтметром, омметром, в конце концов мультиметром. Из этой статьи вы узнаете об осциллографе — что это такое и для чего он нужен.

Осциллограф — что это?

Все, кто работает с электричеством, знают, что напряжение измеряют вольтметром, а ток амперметром. Но эти приборы показывают только то значение тока, которое есть в момент измерений. Даже при измерении переменных по значению и знаку величин вы получаете какое-то усредненное по определенным алгоритмам или законам значение.

Но с помощью вольтметра можно следить за тем, как измеряется величина, правда, с погрешностями. У стрелочных приборов они обусловлены конструктивными особенностями, а у цифровых также, но добавляются еще и частота дискретизации и другие программные проблемы.

Но как проследить за быстроизменяющимся сигналом, у которого величины изменяются за тысячные и миллионные доли секунды?

Такие измерения крайне важны во многих сферах:

Во всех областях электронике;

При изучении параметров электрооборудования;

В диагностике и настройки систем автомобиля и прочих.

Для этого используют осциллографы и осциллографические пробники. Осциллограф — это тот же вольтметр, только на экране которого показывается не значение напряжения сигнала, а его форма и поведение. Форма сигнала отображается с привязкой к шкале проградуированной в Вольтах (вертикально) и секундах (горизонтально) — для подробного их изучения.

На картинке ниже вы видите примеры изображений на экране осциллографа, красным выделено сколько микросекунд в одном квадратике по горизонтали, а зеленым – сколько вольт по вертикали. Иными словами цена деления на изображении – 1В/дел и 10 мкс/дел.

Сразу стоит отметить, что, в основном, с помощью осциллографов изучают сигнал, который периодически повторяется. Сигналы изменяющиеся произвольным образом изучают с помощью осциллографа с функцией самописца.

Такой функцией обладают преимущественно цифровые осциллографы, но не все цифровые осциллографы умеют записывать осциллограммы в память. На фото ниже изображен аналоговый с электроннолучевой трубкой – он для таких задач не подходит.

Чтобы разобраться каким образом сигнал, который измеряется с периодом в доли секунды замирает на экране можно привести простой пример — стробоскоп. Если любой подвижный предмет периодически освещать коротковременными вспышками света, то в результате вы будете видеть конкретные его положения, как на фотографиях.

При этом, если освещать таким образом вращающийся с определенной скоростью предмет, то при условии, что частота вспышек совпадет со скоростью его вращения — вы будете видеть неподвижный предмет или определенную часть вращающегося предмета обращенного к вам одной и той же стороной в момент вспышки. Если частота вспышек не будет совпадать со скоростью вращения предмета, то вы будете видеть последовательность отдельных его участков в произвольном порядке.

Я встречал и сравнение на примере поезда с бесконечным числом одинаковых вагонов:

Если вспышки буду идти с частотой, совпадающей с частотой смены вагонов перед вами, то вам будет казаться, что каждый раз вы видите один и тот же неподвижный вагон перед собой.

Таким же образом работает и осциллограф — он отображает один и тот же участок периодического сигнала, в результате вы можете изучить особенности его изменения.

В пределах этой статьи мы не будем вдаваться в блоки, из которых он состоит, режимы работы, синхронизации и прочего, давайте рассмотрим что можно сделать с помощью осциллографа.

Осциллограф в электронике

Первое что приходит в голову — это электроника. Вы не можете наглядно увидеть, открылся ли транзистор, и как часто он это делает. Кроме того, при проектировании современных быстродействующих устройств, важно знать не только о самом факте срабатывания полупроводниковых ключей, но и о формах фронтов нарастания и затухания тока и напряжения.

Благодаря этому вы можете узнать насколько правильно подобран режим работы транзистора или другого компонента и о корректности работы радиоэлектронного устройства в целом.

Итак, при проектировании электроники нужно использовать осциллограф для наладки готового изделия и подбора конечных номиналов компонентов, что повышает его надежность.

Осциллограф в ремонте

Ремонт электроники это процесс поиска вышедшей из строя детали, который без необходимого набора инструментов сводится к поочередной замене элементов и узлов до доведения прибора до работоспособности. Иначе говоря — ремонт методом тыка.

Отдельные элементы, например транзисторы, резисторы, индуктивности и конденсаторы зачастую вы можете проверить с помощью мультиметра или универсального транзистор-тестера. С микросхемами дело обстоит иначе.

При ремонте блоков питания вы можете наглядно проконтролировать работу ШИМ-контролера — сердца импульсных преобразователей. Больше нет способов с помощью которых вы можете достоверно убедится в его исправности. Хотя в этом можно убедиться по косвенным признакам.

При ремонте устройств с микроконтроллерами можно проверить работу тактового генератора, наличие сигналов на всех пинах микроконтроллера.

При диагностике усилителей звука, можно увидеть в каком месте исчезает или искажается сигнал.

Ремонт автомобилей

Большинство неисправностей современных автомобилей типа: «не заводится», «провалы при разгоне», «плохо едет и глохнет», — связаны с проблемами в электрической части. Так как все двигателя, которые сейчас устанавливаются, инжекторные, если речь вести о газе или бензине, а если в двигатель работает на дизельном топливе, то у него наверняка стоят форсунки с электронным управлением. То же самое касается и системы зажигания.

Для функционирования систем впрыска и зажигания топлива, расчета моментов срабатывания форсунок и искрообразования, необходимо знать о положении коленчатого и распределительного валов двигателя. Поэтому автомобили оборудованы множеством датчиков.

Для диагностики всех этих систем используют как встроенные протоколы связи, считывают ошибки, так и мотортестеры — приборы которые могут и связываться с системой управления двигателя и работать в роли осциллографа.

Таким образом вы можете узнать о работе датчиков положения, проследить соответствие положения распределительного и коленчатого вала (фазы ГРМ).

С помощью специальных щупов — исправность работы системы зажигания, а по форме осциллограммы определить неисправность катушки, свечей, высоковольтных проводов и наличие импульса на катушки вообще.

Систему зарядки автомобиля можно проверить с помощью осциллографа. Так вы можете диагностировать неисправности диодного моста генератора, не снимая его с автомобиля.

Заключение

Осциллограф помогает увидеть форму сигнала и есть ли он вообще. Это важно и при разработке устройств и при их ремонте. Следует отметить, что можно обойтись и без него, но тогда вы потратите намного больше времени на диагностику прибора, а ремонт превратится в гадание на кофейной гуще.

Проверка радиодеталей осциллографом

При изготовлении и ремонте радиоэлектронной аппаратуры устанавливаются различные радиоэлементы. Чтобы убедиться в их исправности, проводится предварительный (входной) контроль, который можно осуществлять с помощью приставки к любому осциллографу.

Принципиальная схема

Принципиальная схема приставки изображена на рис. 1. Приставка к осциллографу позволяет проверять практически все элементы, устанавливаемые в радиоэлектронные устройства бытовой аппаратуры: от резисторов до управляемых вентилей (тиристоров), а также дает возможность оценить качество потенциометров, катушек индуктивности, исправность переключателей, реле, трансформаторов и т. д.

Таким образом, один осциллограф может заменить почти всю измерительную лабораторию входного контроля. Необходимо иметь в виду, что осциллограф служит не только для наблюдений различных процессов, связанных с изменением формы напряжения.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема приставки к осциллографу.

Осциллограф можно использовать как электронный вольтметр, омметр, а применяя приставку к осциллографу, можно наблюдать на экране осциллографа характеристики транзисторов, что расширяет возможности использования осциллографа в ремонтной и любительской практике.

Конструкция и работа с приставкой

Приставка собирается в металлическом или пластмассовом корпусе размерами 50 X 75 X 100 мм с использованием малогабаритного трансформатора, понижающего напряжение с 220 до 6,3 В. Мощность трансформатора небольшая (20 мВт), а потребляемый ток не превышает 2—3 мА.

Рис. 2. Соединение приставки с осциллографом.

Работа с приставкой. Выводы приставки 1, 2, 3 соединяют с соответствующими выводами осциллографа (рис. 2). Осциллограф переводят в режим работы с внешней синхронизацией или с разверткой от внешнего источника. Подключают приставку к сети. На экране появится горизонтальная линия (если выводы 1 и 2 не замкнуты).

Затем Нажимают кнопку КН1, линия на экране осциллографа должна при этом отклониться на некоторый угол. Ручками «Усиление по горизонтали», «Усиление по вертикали» и «Установка по вертикали» добиваются того, чтобы линия располагалась в центре экрана под углом 45° к горизонтальной оси. Длина изображения должна быть равна половине диаметра экрана (рис. 3).

Проверяемый элемент всегда подключают к выводам приставки 3 я 2. Вертикальная линия на экране (см. рис. 3) свидетельствует о коротком замыкании, горизонтальная — об обрыве в цепи или в элементе. Характер изображения на экране осциллографа определяется зависимостью сопротивления испытуемого элемента от величины и полярности подводимого к нему синусоидального напряжения.

Проверка электронных компонентов

Покажем, что можно увидеть на экране осциллографа при исследовании следующих элементов.

Полупроводниковые диоды. Полярность включения и вид кривых на экране показаны на рис. 3, а, б. При обратном включении диода получается кривая, изображенная на рис. 3, в. Так можно определить выводы анода и катода диодов, у которых стерта маркировка.

Если вершина угла на экране скруглена или одна из его сторон много больше другой, или направление прямых сильно отличается от горизонтального и вертикального, то диод должен быть забракован.

Стабилитроны. Если напряжение стабилизации стабилитрона меньше 10 В, на горизонтальной линии появится излом (рис. 3,г). Расстояние от излома до вертикальной линии будет соответствовать напряжению стабилизации (в нашем случае 10 В).

Селеновые вентили. Если элемент исправный, то луч на экране будет вычерчивать горизонтальную линию, которая плавно переходит в вертикальную (рис. 3, д).

У неисправного элемента вертикальная часть осциллограммы будет очень короткой или с большим наклоном. Такая кривая свидетельствует о большом падении напряжения на вентиле при прохождении тока в прямом направлении. Падение напряжения на селеновых выпрямителях много больше, чем на германиевых или кремниевых.

Рис. 3. Осциллограммы, полученные при проверке электрорадиоэлементов

Туннельные диоды. Способ включения показан на рис. 3, е. Характеристика исправного диода изображена на рисунке (кривая 1). Иногда, увеличивая усиление по горизонтали, удается получить картину, показанную на рисунке (кривая 2), которая представляет собой типичную характеристику туннельного диода. Перед проверкой других деталей ручку «Усиление по горизонтали» необходимо перевести в положение, найденное во время калибровки.

Управляемые вентили (тиристоры) (рис. 3,ж). Вид Ірольтамперной характеристики для исправного элемента (с отключенным управляющим выводом—УЭ) показан на рис. 3, ж,1. Когда управляющий электрод соединяют с зажимом 2, тиристор открывается и луч рисует на экране кривую, похожую на характеристику дабычного диода, включенного в проводящем направлении (рис. 3, ж, 2),

Транзисторы. Подключение их к приставке показано на рис. 3, з. Если выводы эмиттера и коллектора поменять местами, рисунок иа экране не изменится (база остается не подключенной). Луч на экране прочертит горизонтальную линию, она может быть слегка изогнута. Затем присоединяют базу к зажиму 2 и получают характеристику, изображенную на рис. 3, з (1 — для транзистора типа р-п-р, 2— для «типа п-р-п). Это еще один способ определения выводов электродов неизвестных транзисторов. При переключении вывода базы на зажим 3 ^первая осциллограмма, изображенная на рис. 3, з, будет соответствовать транзистору п-р-п.

Если при испытаниях транзисторов на экране не появится характеристика в виде буквы L, это значит, что в цепи электродов транзистора имеется обрыв. Когда один из отрезков осциллограммы (буквы L) изогнут, это означает, что неисправен один из р-п переходов транзистора.

Изгиб вертикальной линии свидетельствует о большом сопротивлении в прямом направлении, наклон горизонтальной линии — о малом Обратном сопротивлении перехода (большой обратный ток коллектора). Отклонение сторон угла от горизонтали и вертикали указывает на плохое качество переходов.

Обычно у мощных транзисторов (даже у самых лучших) всегда наблюдается большой обратный ток коллектора. Поэтому сначала надо испытать несколько исправных мощных транзисторов и затем уже по инм, как по эталонам, проверять другие. Явления, указывающие на короткое замыкание или обрыв в транзисторе, одинаковы для всех типов транзисторов.

Однопереходные транзисторы. Схема включения показана на рис. 3, к. Сначала следует провести измерение с отключенным эмиттером. На экране осциллографа должна появиться прямая линия с наклоном 30° по отношению к горизонтальной оси (рис. 3, к,

1). Затем соединяют эмиттер с зажимом 2, при этом часть прямой на экране должна изогнуться вверх (рис. 3, к, 2). Если эмиттер подключить к зажиму 3 (к базе транзистора), вертикальным станет нижний конец прямой (рис. 3, к, 3).

Резисторы (постоянные и переменные). Измеряя транспортиром угол наклона прямой на экране относительно горизонтали, можно приблизительно определить величины сопротивлений различных резисторов. Для этого следует использовать схему рис. 3, л и график, изображенный на рис. 4. Для резисторов с сопротивлением до 100 Ом луч на экране будет вычерчивать вертикальную ось, свыше 100 кОм — горизонтальную.

Рис. 4. График для определения величины сопротивления постоянных и переменных резисторов.

Эти две прямые определяют диапазон измерений осциллографа. Перед измерением резистор следует подключить к зажимам 3 и 2. Один из крайних выводов и средний вывод регулируемого резистора (потенциометра) подключают к приставке. При повороте оси исследуемого переменного резистора наклон прямой на экране должен измениться. Нечеткое изображение линии на экране указывает на загрязнение подвижного контакта резистора.

Фоторезисторы подключают к зажимам 3 и 2. Если входное отверстие фоторегулятора прикрыть, то на экране появится прямая, имеющая небольшой угол наклона. Если прибор осветить, появится вертикальная прямая. Используя график, приведенный на рнс. 81, можно определить сопротивление прибора при освещении с различной интенсивностью. Так подбирают фоторезисторы с близкими характеристиками, а также калибруют фотоэкспонометры.

Конденсаторы любого типа также присоединяют к зажимам 3 к 2. Для исправных конденсаторов емкостью до 0,85 мкФ на экране появится эллипс с горизонтальной большой осью (см. рис. 3, м). При емкости, близкой к 0,85 мкФ, на экране получится круг, а при емкости, превышающей эту величину, снова эллипс, но с большой вертикальной осью.

Рис. 5. График для нахождения емкостей проверяемых конденсаторов.

Измеряя отношения большой и малой осей эллипса, можно по графику, приведенному на рис. 5, найти приблизительную емкость конденсатора. Если большая ось эллипса наклонена, это свидетельствует о слишком большом токе утечки конденсатора.

Катушки, реле и трансформаторы. Выводы катушек, реле и обмоток трансформаторов подключают к зажимам 3 и 2 приставки и наблюдают эллипс иа экране осциллографа. При индуктивности катушки меньше 5 Г на экране получится эллипс, большая ось которого слегка наклонена относительно вертикали, при индуктивности 5 Г на экране будет круг, а выше 5 Г — эллипс, большая ось которого немного отклонена от горизонтальной оси.

Естественно, что точность таких измерений не высока, так как на вид осциллограммы влияет не только индуктивность, но и емкость обмоток. Форма осциллограммы, отличающаяся от описанной, указывает на короткое замыкание в катушке. Имея катушки, индуктивность которых известна, измеряемую индуктивность можно определить сравнением.

Проверка электрических цепей. Так как устройство позволяет оценивать очень малые значения сопротивления между зажимами 3 и 2, его можно использовать для проверки выключателей, электроламп, предохранителей, монтажных проводов и электрических цепей.

Как пользоваться осциллографом и для чего он вообще нужен. Часть II

Это вторая часть ликбеза по осциллографам, а первая часть здесь.

Эта заметка будет постепенно пополняться простыми, но полезными приёмами работы с осциллографом.

Вступление

Главный вопрос, на который следует ответить: «что можно измерить с помощью осциллографа?» Как ты уже знаешь, этот прибор нужен для изучения сигналов в электрических цепях. Их формы, амплитуды, частоты. По полученным данным можно сделать вывод и о других параметрах изучаемой цепи. Значит с помощью осциллографа в основном можно (я не говорю про супер функции супер-современных приборов):

• Определить форму сигнала
• Определить частоту и период сигнала
• Измерить амплитуду сигнала
• Не напрямую, но измерить ток тоже можно (закон Ома в руки)
• Определить угол сдвига фазы сигнала
• Сравнивать сигналы между собой (если прибор позволяет)
• Определять АЧХ
• Забыл что-то упомянуть? Напомните в комментариях!

Все дальнейшие примеры следует делались с рассчетом на аналоговый осциллограф. Для цифрового всё тоже самое, но больше умеет, чем аналоговый и в определённых вопросах снимает необходимость думать там, где можно просто показать цифру. Хороший инструмент таким и должен быть.

Итак, перед работой следует подготовить прибор: поставить на стол, подключить к сети =) Да ладно, шучу. Но если есть возможность, то следует его заземлить. Если есть встроенный калибратор, то по инструкции к прибору надо его откалибровать. _{(подсказка: инструкции есть в сети).}

Подключать свой осциллограф к исследуемой цепи ты будешь с помощью щупа. Это такой коаксильный провод, на одном конце которого разъем для подключения к осциллографу, а на втором щуп и заземление для подключения к исследуемой цепи. Какой попало провод в качестве щупа использовать нельзя. Только специальные щупы. Иначе вместо реальной картины дел увидишь чушь.

Я не буду рассматривать каждый регулятор осциллографа подробно. В сети есть море таких обзоров. Давай лучше учиться как проводить любительские измерения: будем определять амплитуду, частоту и период сигнала, форму, полосу пропускания усилителя, частоту среза фильтра, уровень пульсаций источника питания и т.д. Остальные хитрости и приёмы придут с практикой. Тебе понадобится осциллограф и генератор сигнала.

Виды сигналов

Буду говорить без барских штучек, по-мужицки. На экране осциллографа ты будешь видеть либо синусоидальный сигнал, либо пилу, либо прямоугольнички, либо треугольный сигнал, либо просто какой-нибудь безымянный график.

Все виды сигналов не перечесть. Да и сами сигналы не знают, что относятся к какому-то там виду. Так что твоя задача не названия запоминать, а смотреть на экран и быстро соображать, что означает увиденное на нём, какой процесс идёт в цепи.

Амплитуда, частота, период

Осциллограф умеет измерять как постоянное, так и переменное напряжение. У всех приборов для этого есть два режима: измерение только переменного сигнала, измерение постоянного и переменного одновременно.

Это значит, что если ты выберешь измерение переменного сигнала и подключишь щуп к батарейке, то на экране прибора ничего не изменится. А если выберешь второй режим и проделаешь тоже самое, то линия на экране прибора сместится приблизительно на 1.6В вверх (величина ЭДС пальчиковой батарейки). Зачем это нужно? Для разделения постоянной и переменной составляющей сигнала!

Пример. Решил ты измерить пульсации в только что собранном источнике постоянного напряжения на 30В. Подключаешь к осциллографу, а луч убежал далеко вверх. Для того, чтобы удобно наблюдать сигнал придется выбрать максимальное значение В/дел на клетку. Но тогда ты пульсаций точно не увидишь. Они слишком малы. Что делать? Переключаешь режим входа на измерение переменного напряжения и крутишь ручку В/Дел на масштаб в разы поменьше. Постоянная составляющая сигнала не пройдет и на экране будут показываться только только пульсации источника питания.

Амплитуду переменного напряжения легко определить зная цену деления В/дел и просто посчитать число клеток по оси ординат, которые занимает этот сигнал от нулевого значения (среднего), до максимального.

Если посмотреть на экран осциллографа на картинке выше и предположить, что В/дел = 1В, тогда амплитуда синусоиды будет 1.3В.

А если предположить, что Время/дел (развертка) установлено в 1 миллисекунду, тогда период этой синусоиды будет занимать 4 клетки, а зачит период T = 4 мс. Легко? Давай теперь вычислим частоту этой синусоиды. Частота и период связаны формулой: F = 1/T (Т в секундах). Следовательно F = 1/ (4*10 -3 ) и равняется 250 Гц.

Конечно, это очень грубая прикидка, которая годится только для вот таких чистеньких и красивых сигналов. А если подать вместо чистой синусоиды какую-нибудь музыкальную композицию, то в ней будет множество разных частот и на глазок уже не прикинешь. Чтобы определить какие частоты входят в эту композицию потребуется анализатор спектра. А это уже другой прибор.

Измерение частоты

Как я уже писал выше, с помощью осциллографа можно измерять и частоту. А ещё можно не просто измерить частоту какого-нибудь синусоидального сигнала, а даже сравнить частоты двух сигналов, к примеру, с помощью фигур Лиссажу.

Это очень удобно, когда хочется, например, откалибровать собранный своими руками генератор сигналов, а частотомера под руками нет. Тогда и приходят на помощь фигуры Лиссажу. Жаль не все аналоговые осциллографы могут их показывать.

Сдвиг фаз

Частенько бывает так, что фаза тока и фаза напряжения расходятся. Например, после прохождения через конденсатор, индуктивность или целую цепь. И если у тебя есть двухканальный осциллограф, то легко можно посмотреть как сильно отличаются фазы тока и напряжения _{(А если есть современный цифровой, то там есть даже специальная функция для измерения сдвига фаз. Круто!)}. Для этого следует подключить осциллограф вот таким образом:

Сообщества › Автоэлектрика › Блог › Простой 4х канальный осциллограф для диагностики автомобиля.

Вот потребовался мне автомобильный осциллограф, посмотрел цены, удивился… Цены как на крыло самолета. Кстати, не понятно почему, ведь параметры осциллографа для тестирования авто крайне низки, как по частотам так и по напряжению. По сему решил сам себе сделать.

1. Вид осциллографа – USB приставка к ноутбуку, ибо на большом экране смотреть удобно, можно сохранять для последующего анализа ну и т.д. и т.п.
2. Тип сигнала – Переменный, Постоянный, Положительная полярность. Работа с отрицательными напряжениями не нужна.
3. Кол-во каналов – 4, больше смысла не вижу, но с возможностью расширения до 8.
4. Максимальное входное напряжение — вольт 50, выше смысла нет.
5. Чувствительность — 1 милливольт, больше тоже не надо 🙂
6. Частота — до 20Кгц, для миллисекундных сигналов за глаза хватит, а других там нет 🙂
7. Удобная программная оболочка.

Начну с самого важного – Оболочки для автомобильного осциллографа. Да да, именно с оболочки. Ибо железо не сложно любое сделать, а вот удобная оболочка это реальный дефицит. Оболочки которые просто тупо показывают сигнал в реальном времени для автомобильного осциллографа крайне не удобны, ибо часто нужно анализировать сигнал продолжительное время и иметь возможность «отмотать» назад. По сему нужна оболочка типа Самописец-Осциллограф. И что б каналов было не менее 4х…

Долго лопатил просторы интернета на наличие удобной оболочки и в итоге нашел! Называется PowerGraph. Разработала эту прекрасную программу ООО «ДИСофт». На сайте у них есть платная и бесплатная версия. В принципе это софт для промышленного использования но он на все 100% подходит для моего осциллографа, работает в режиме самописца и в режиме чистого осциллографа. Эта программа предназначена для:
1. Сбор данных с различных измерительных устройств и приборов.
2. Регистрация, визуализация и обработка сигналов в режиме реального времени.
3. Редактирование, математическая обработка и анализ данных.
4. Хранение, импорт и экспорт данных.
Это малая часть того что она умеет 🙂 И самое главное есть бесплатная версия. Остановился на ней, в сравнении с другими, а я перепробовал более десятка, это просто идеал для автомобильного осциллографа.

Вот она какая, на мой взгляд, самая лучшая. Это не реклама, это факт 🙂 ИМХО конечно.

Ну вот, с софтом определился, теперь надо определится с интерфейсом, не буду грузить вас своими муками выбора, я остановился на СОМ порте. С ним работать просто, пропускной способности для поставленных задач с избытком, в выбранном софте есть драйвер вывода информации с СОМ пора.

Теперь железо, а точнее что использовать в роли АЦП. Железо должно быть доступное, стабильное, не дорогое и легко программироваться. Долго не думал, остановился на микроконтроллере АТмега 328р. Программируются эти микроконтроллеры банально на С++, точнее на упрощенном С++.
Очень удобно то что этот микроконтроллер можно купить уже распаянным на плате с минимально нужной обвязкой., Ардуино сее называется 🙂 То есть не надо самому плату разводить и паять, удобно. Всем параметрам, из моего ТЗ, АТмега 328р отвечает полностью, по сему использовать буду ее.

Для миниатюризации я вот такую взял. Она имеет 8 аналоговых входов, отвечающих всем требованиям ТЗ, имеет на борту эмулятор СОМ порта на СН340, питание берет напрямую с USB порта. В общем то что нужно. Ардуинку можно любую использовать на 328р

Вот схема этой платы. На ней стоит сам микроконтроллер АТмега 328р, банальный эмулятор СОМ порта на СН340, кварц и стабилизатор питания на ЛМке для запитки от внешнего источника, если надо, вот и все, ну пара лампочек и фильтров не в счет 🙂 То есть все то что нам нужно и ничего лишнего! Не зря говорят — Совершенство в простоте.

Теперь надо написать программку для микроконтроллера. Нам нужно что б постоянно опрашивался аналоговый вход и данные о величине напряжения постоянно, онлайн так сказать, шли в СОМ порт. Если каналов несколько, то опрашиваются по кругу все нужные входы и данные идут на СОМ порт с разделителем табуляция. Вот так все просто.

Вот скриншот того что должен выдавать микроконтроллер в СОМ порт для нашей программы PowerGraph.

Осциллограф у меня будет работать в 4х режимах — 1канал, 2канала, 3канала и 4 канала.
Переключение между каналами будет осуществляться по кругу нажатием на кнопку.
При включении канала будет загораться светодиод индикации работы канала.
Вот написал программку. Сам я не программист, по сему написал как смог, сильно не критикуйте, расстроюсь 🙂 Программа полностью рабочая и проверена не однократно в деле. Как заливать программу в плату рассказывать не буду, в инете на каждом углу это с картинками рассказано 🙂

Вот сама программа.

int regim=1;
int flag=0;
void setup()
<
digitalWrite(07,HIGH);
Serial.begin(128000);//скорость СОМ порта должна совпатать со скорость в драйвере
pinMode(2,OUTPUT);
pinMode(3,OUTPUT);
pinMode(4,OUTPUT);
pinMode(5,OUTPUT);
>
void loop()
<
if(digitalRead(07)==HIGH&&flag==0)//если кнопка нажата
// и перемення flag равна 0 , то …
<
regim++;
flag=1;
if(regim>4)//ограничим количество режимов
<
regim=1;//так как мы используем только одну кнопку,
// то переключать режимы будем циклично
>
>
if(digitalRead(07)==LOW&&flag==1)//если кнопка НЕ нажата
//и переменная flag равна — 1 , то …
<
flag=0;//обнуляем переменную «knopka»
>
if(regim==1)//первый режим
<
digitalWrite(2,HIGH);//включение светодиода
digitalWrite(3,LOW);
digitalWrite(4,LOW);
digitalWrite(5,LOW);
// читаем аналоговый вход pin 0:
int port0 = analogRead(A0);
//Преобразовываем аналоговые показания (которые идут от 0 до 1023) в напряжение (0 — 5 В)
float voltageport0 = port0 * (4.745 / 1023.000);//4.745 опорное напряжение, замеряется при калибровке на плате
// выводим значение напряжения в порт
Serial.println(voltageport0,3);// печатаем значение в порт и жмем энтер
//задержка для стабильности
delay(1);
>
if(regim==2)//второй режим
<
digitalWrite(2,HIGH);//включение светодиодов
digitalWrite(3,HIGH);
digitalWrite(4,LOW);
digitalWrite(5,LOW);
int port0 = analogRead(A0);
int port1 = analogRead(A1);
float voltageport0 = port0 * (4.745 / 1023.000);
float voltageport1 = port1 * (4.745 / 1023.000);
Serial.print(voltageport0,3);// печатаем значение в порт
Serial.print(» «);// печатаем таб
Serial.println(voltageport1,3);// печатаем значение в порт и жмем энтер
delay(1);
>
if(regim==3)//Третий режим
<
digitalWrite(2,HIGH);
digitalWrite(3,HIGH);
digitalWrite(4,HIGH);
digitalWrite(5,LOW);
int port0 = analogRead(A0);
int port1 = analogRead(A1);
int port2 = analogRead(A2);
float voltageport0 = port0 * (4.745 / 1023.000);
float voltageport1 = port1 * (4.745 / 1023.000);
float voltageport2 = port2 * (4.745 / 1023.000);
Serial.print(voltageport0,3);
Serial.print(» «);
Serial.print(voltageport1,3);
Serial.print(» «);
Serial.println(voltageport2,3);
delay(1);
>
if(regim==4)//Четвертый режим
<
digitalWrite(2,HIGH);
digitalWrite(3,HIGH);
digitalWrite(4,HIGH);
digitalWrite(5,HIGH);
int port0 = analogRead(A0);
int port1 = analogRead(A1);
int port2 = analogRead(A2);
int port3 = analogRead(A3);
float voltageport0 = port0 * (4.745 / 1023.000);
float voltageport1 = port1 * (4.745 / 1023.000);
float voltageport2 = port2 * (4.745 / 1023.000);
float voltageport3 = port3 * (4.745 / 1023.000);
Serial.print(voltageport0,3);
Serial.print(» «);
Serial.print(voltageport1,3);
Serial.print(» «);
Serial.print(voltageport2,3);
Serial.print(» «);
Serial.println(voltageport3,3);
delay(1);
>
>

Программа закончена и отлажена.
Приступим к электронной части.

Схему приводил выше. Из нее видно что плата имеет 8 аналоговых входов, 14 цифровых входов/выходов. Вот и будем работать с ними.

Аналоговые № 0,1, 2, 3 будем использовать как входы осциллографа. Сделаем для них защиту и дополнительный вход через делитель 1х10, так как подавать на микроконтроллер максимум можно всего 5.2 вольта. С делителем можно будет работать с напряжениями до 50 вольт, что полностью перекрывает наши потребности.
Цифровые № 2,3,4,5 будем использовать для светодиодов, они будут индицировать включенные аналоговые входы.
Цифровой №7 будет подключен к кнопке которая будет переключать режимы моего осциллографа.
Еще будет кнопка Бут режима. Плата по умолчанию в бут режиме, но для работы это не удобно, ибо управление идет через RESET. При обращении к СОМ порту идет инициализация СОМ порта и чип эмулятор посылает резет на микроконтроллер. То есть при запуске программы плата ребутится и сбрасывает настройки которые выставили кнопкой, это не удобно. Для того что бы этого безобразия не было, я сее отключаю с помощью кнопки. Она подключает вход микроконтроллера «RESET» к электролитическому конденсатору 10Мкф, конденсатор сглаживает посылку на перезагрузку. Эта же цепь используется при заливке прошивки, по сему на момент программирования надо конденсатор отключать. Назвал эту кнопку Бут кнопкой 🙂

Ну вот, как подключать понятно, осталось воплотить в железе.

Начнем с защиты и делителя.
Защиту будет обеспечивать стабилитрон на 5.1в. А делитель будет обычный на резисторах.
Так как сигналы у нас будут низкочастотные, это сильно упрощает жизнь. В расчетах делителя не надо учитывать внутреннее сопротивление приемника, не надо согласовывать вход с делителем, не надо учитывать волновое сопротивление кабеля и разъемов.
Надо просто посмотреть в даташите на микроконтроллер на какое сопротивление выхода оптимизирован его АЦП, и сделать делитель с таким выходным сопротивлением. Так мы добьемся максимальной точности в 0.005 вольта. В даташите написано что он оптимизирован под 10Ком выходного сопротивления нагрузки. Внутреннее сопротивление АЦП 100Мом…

Автомобильный осциллограф: понятие и принципы работы

Найти неисправность стало гораздо проще. Не надо разбирать и подкидывать каждую запчасть, что удешевляет поиск неисправности и экономит время. Автомобильный осциллограф применяется для диагностики двигателя, датчиков электронной системы управления, генератора, стартера, аккумулятора. Нужен при комплексной автомобильной диагностике, дополняет проверку сканером. Позволяет делать дефектовку мотора без вскрытия.

Осциллограф – это прибор, который снимает параметры времени и амплитуды электрического сигнала. При неисправностях автомобиля, также нужны эти характеристики. То есть как изменяется сигналы датчика, катушки, форсунки по времени.

Какой выбрать осциллограф для диагностики авто

Рассмотрим наиболее удобные и информативные приборы.

USB Autoscope Постоловского

На первом месте в рейтинге практиков стоит осциллограф Постоловского USB Autoscope IV. Имеет обширные диагностические функции.

Преимущества

• Профессиональные скрипты от Андрея Шульгина.
• Удобный интерфейс.
• Широкий диапазон измерения от 6 до 300 вольт.
• Обработка скриптов в автоматическом режиме.
• Информативный скрипт эффективности по цилиндрам CSS, показывающий работу форсунок, системы зажигания.
• Тест аккумулятора, генератора, стартера. Показывает неисправности в автоматическом режиме. Легкий процесс съема характеристик: достаточно иметь доступ к плюсовой или минусовой клеммам АКБ.
• Тест давления в цилиндре. Показывает метки системы газораспределения, правильно ли стоят фазы. Выявляет провернутый задающий диск.

Полная документация по работе с прибором. Подробно описаны скрипты, схемы подключения. Есть видео инструкция на сайте производителя. Отзывчивая поддержка.

Мотодок 3

Вторым в списке рейтинга осциллографов для диагностики автомобиля любой марки стоит Мотодок 3. Имеет схожие характеристики.

Преимущества и недостатки

• Скрипт Андрея Шульгина эффективности цилиндров. Есть некоторые недостатки по синхронизации с некоторыми автомобилями, имеющими слабый сигнал с датчика коленчатого вала. Но это сглаживается удобством и быстрой работой.
• Подключения на любое расстояние по кабелю RJ 45.
• Качество картинки при диагностике, что не маловажно при работе.
• Подробная документация на сайте производителя.

Для примера приведены только два осциллографа для диагностики авто. Существуют и другие приборы: отличаются ценой, производителем, но принцип измерения одинаков. Самое главное иметь опыт в чтении осциллограмм к каждой марке автомобиля.

Диагностика осциллографом автомобиля: как проводить

Пользоваться осциллографом не составляет особых трудностей у диагностов. Методика подробно описана в инструкциях к прибору. Главное знать места подключения к датчику положения коленчатого вала для проведения скрипта Шульгина по эффективности цилиндров. Для различных марок автомобилей ДПКВ может находится возле задающего диска или маховика.

Проверка датчиков осциллографом

Датчик положения коленчатого вала. Нужен для синхронизации искры и форсунок по такту сжатия. Сигнал имеет синусоидальную форму с разрывом. Форма сигнала с одинаковой амплитудой. Если есть отклонения, значит задающий диск имеет не равномерность вращения или люфт.

Исправный ДПКВ

1. Подключаем измерительный щуп к сигнальному проводу осциллографа.
2. Ставим диапазон измерения до 300-500 вольт.
3. Нажимаем кнопку пуск и снимаем сигнал.

Датчик положения распределительного вала. Имеет прямоугольную форму сигнала амплитудой 12,3 – 12,7 вольта. Полезно снимать одновременно сигналы ДПКВ и ДПРВ для определения фазы впрыска и смещения распределительных валов относительно друг друга. Но как правило этот параметр проверки ДВС есть на сканере.

Нижний фронт сигнала ДПРВ совпадает с разрывом зубьев на задающем диске, что говорит о правильной фазе впрыска.

Датчик массового расхода воздуха применяется на бензиновых двигателях для измерения объема прошедшего воздуха. Основной параметр для диагностики — это его АЦП равное 0,996 вольт при включенном зажигании. При углубленной диагностике ДМРВ, нужно померить время релаксации – период, за который, датчик выходит в нулевое положение.

Исправный ДМРВ. Нулевое напряжения равно 0,996 вольт и скорость выхода на рабочий диапазон 0,5 мс.

Ниже представлена осциллограмма неисправного ДМРВ. Время перехода 20 мс, а напряжение при нулевом объеме воздуха 1,130 вольт. Авто с таким датчиком будет расходовать много топлива и терять мощность.

Неисправный дмрв

Немаловажно проверить пик выхода датчика на максимальный уровень напряжения. Для этого нужно снять сигнал с ДМРВ на заведенном ДВС, при резко нажатой педали газа. Чем больше показания к 5 вольтам, тем датчик имеет большую отдачу и авто будет эластичнее.

Сигнал напряжения ДМРВ под нагрузкой

Работа с автомобильным осциллографом не страшна для начинающих диагностов. Нужно тщательно изучить инструкцию по работе с прибором и применять на практике. Чем больше опыт подключения к конкретной марке, тем быстрее и точнее поиск неисправностей.

Датчик положения дроссельной заслонки. Проверить легче всего сканером. Но при плавающей неисправности, когда автомобиль едет рывками, нужно проверить сигнал осциллографом. Подключаем сигнальный провод щупа к выходу ДПДЗ и снимаем сигнал открывая дроссель. Не должно быть резких скачков.

Исправный датчик положения дроссельной заслонки Неисправный датчик положения дроссельной заслонки

Проверка массы двигателя осциллографом

Плохую массу двигателя можно проверить измерительным щупом осциллографа. Минус щупа соединяется с минусовой клеммой АКБ, а сигнальный с двигателем или кузовом. Значительные помехи говорят о плохой массе.

Хорошая масса

Диагностика катушек зажигания с помощью осциллографа

Проверка системы зажигания возможна только по анализу сигнала вторичной или первичной цепи. Самодиагностика двигателя автомобиля способна только косвенно определить дефекты в высоковольтной части. Может выдать ошибку по пропускам зажигания. Коды неисправностей пропусков дают общую картину работы цилиндра. Они могут возникнуть как от неисправной катушки, свечи, высоковольтного провода, форсунки, низкой компрессии, подсоса воздуха. Для точного определения неисправной катушки зажигания нужна проверка осциллографом.

Ниже приведен пример типичного сигнала высоковольтного пробоя, по которому можно судить о работоспособности всей высоковольтной системы автомобиля. Любой дефектный элемент: катушка, провод, свеча проявится на этой осциллограмме.

Типичные неисправности системы зажигания

Проверка индивидуальных катушек зажигания

Для диагностики индивидуальных катушек зажигания очень удобно использовать осциллограф АВТОАС-ЭКСПРЕСС М. Удобство заключается в его компактности и легкости подключения. Достаточно загрузить программу и приложить индуктивный или емкостной датчик прибора к самой катушке. Получаем осциллограмму как показано выше.

Диагностика топливной форсунки осциллографом

Форсунка бензинового двигателя состоит из запорного клапана, электромагнитный катушки. Соответственно движение этого клапана возможно проверить осциллографом.

Исправная форсунка Неисправная форсунка

Диагностика форсунок с помощью осциллографа требуется в случае тщательного поиска неисправности. В большинстве случаев достаточно сделать тест Андрея Шульгина на эффективность работы цилиндров.

Проверка датчика кислорода с применением осциллографа

Лямбда зонд служит для точного дозирования топливо – воздушной смеси и снижения уровня токсичности отработавших газов. Работает по принципу гальванического элемента. Вырабатывает напряжение в зависимости от присутствия свободного кислорода во внутренней и внешней ячейке датчика. Напряжение варьируется от 0,1 – 0,9 вольт, что соответствует бедной и богатой смеси.

Проверить работу датчика можно

Первый вариант быстрый и достаточный для оценки общей работы. Второй же вариант диагностики датчика кислорода более точный и позволяет оценить скорость сработки лямбда зонда в режиме обратной связи.

Неисправный датчик кислорода. Скорость реакции медленная Датчик кислорода полностью неисправен

Скрипт CSS Андрея Шульгина

Вот мы и добрались до самой сути диагностики автомобильных двигателей. Для диагностов любой марки это самый информативный скрипт. Он показывает работу форсунок, искры и компрессии за одну проверку. Для проведения этого теста достаточно снять сигнал с датчика положения коленвала и синхронизацию с искры первого цилиндра. Сложность может заключаться в подключении к ДПКВ некоторых марок, но это сглаживается информацией, которую дает скрипт.

Порядок записи сигнала применительно к осциллографу USB Autoscope:

1. Подключиться параллельно сигнальным щупом осциллографа к выходу ДПКВ
2. Если установлена система зажигания DIS поставить щуп синхронизации на первый цилиндр, индивидуальная катушка — воспользоваться индуктивным датчиком.
3. Запустить двигатель и дать работать на холостом ходу.
4. Активировать скрипт CSS
5. Через 5-10 секунд плавно поднять обороты до 3000 и опустить.
6. Спустя 5-10 секунд резко поднять обороты и выключить искру оставив педаль газа полностью нажатой.
7. Остановить скрипт.

Анализ теста Андрея Шульгина

1. Нажать кнопку «Выполнить скрипт»
2. Задать входную информацию для анализа: количество и порядок работы цилиндров, угол опережения зажигания с погрешностью ±10°.
3. Анализируем полученную картинку.

График скрипта CSS

• Холостой ход — снижена эффективность 3 цилиндра.8.
• Низкая компрессия в 3 цилиндре.

Таким образом, за 5 минут можно найти причину «троящего» двигателя, не откручивая свечи и не замеряя компрессию.

Порядок проведения теста эффективности на осциллографе Мотодок 3

Порядок снятия скрипта аналогичный USB Autoscope:

Анализ осциллограммы давления в цилиндре

Для снятия характеристики газодинамических процессов в цилиндре в комплекте с Мотортестером прилагается датчик давления на 16 атм. Двигатель должен быть прогрет до температуры 80-90 °C

Порядок проведения теста:

1. Датчик давления вкрутить вместо свечи. Высоковольтный провод проверяемого цилиндра соединить с разрядником и подключить к нему датчик синхронизации первого цилиндра.
2. Выключить форсунку в проверяемом цилиндре.
3. Запустить прибор.
4. Завезти двигатель и дать работать на холостых оборотах.
5. Получить осциллограмму давления синхронизированную по ВМТ 0°C, как показано ниже.

Выпускной клапан открывается на 160° — метка смещена

Важно проанализировать две точки на осциллограмме:

1. Момент открытия выпускного клапана. На моторах без фазовращателей значение 140-145°, с фазовращателями порядка 160°.
2. Момент перекрытия, когда выпускной и впускной клапана открыты одновременно. Должен быть 360-360°.

При отклонениях от этих значений, можно говорить о смещении фаз газораспределения.

Все вышеприведенные методы работы с мотор тестером можно делать в различной последовательности. Все зависит от конкретного случая. Где-то достаточно провести тест Шульгина или снять характеристику давления в цилиндре. Главное найти неисправность меньшими потерями для владельца автомобиля.

В этой статье мы расскажем про осциллограф, зачем он нужен, его особенности и типы, а также как правильно с ним работать.

Итак, с помощью осциллографа можно диагностировать работу датчиков, форсунок и всей системы зажигания, не снимая всего этого с автомобиля. Мастера, искушённые в диагностике различных электрических систем автомобиля знают, какие возможности предоставляет тот или другой диагностический прибор.

Осциллограф в этом списке занимает одно из самых почётных мест. Он даёт возможность проследить весь процесс в динамике, поставить правильный диагноз и принять все необходимые меры для своевременного ремонта.

Типы приборов

В практике, в зависимости от поставленных задач, используются несколько типов осциллографических машин:

1. Стробоскопы.
2. Запоминающие осциллографы.
3. Специальные.
4. Скоростные.
5. Универсальные.

Стробоскопы позволяют выделить на временной шкале осциллографа только те электрические импульсы от исследуемых узлов, которые интересуют в текущем отрезке времени.

В скоростных осциллографах используется принцип «бегущей волны». Широкополосный сигнал, «бегущий» синусоидой по монитору с большой скоростью, позволяет быстро оценить ситуацию в целом.

Задача специальных осциллографов – исследование высоковольтных импульсов. Применяются в основном для установки правильного момента зажигания и для анализа работы различных телевизионных систем.

У запоминающих или цифровых осциллографов, помимо основных диагностических свойств, отличительное достоинство– память. В комплект последних моделей включены устройства с вычислительными функциями. Это значительно расширяет возможности данных аппаратов.

Для автомобиля больше других подходит универсальный осциллограф. Его можно запитать от прикуривателя. Номинальное напряжении – 12В и 24В. Он экономичен и имеет малые габариты.

Технический потенциал

Универсальный осциллограф отображает гармонические, а также импульсные сигналы, передаваемые датчиками со всех электрических узлов. Он регистрирует и исследует:

• группы импульсов,
• фрагменты импульсной «волны»,
• моментальные изменения.

На одной электронной развёртке можно получить изображение сразу двух импульсов.

Для диагностики автомобиля это открывает возможность сравнивать различные показатели, в том числе номинальные и существующие в данный момент.

Особенности

Перед началом работы с осциллографом следует обратить внимание на две его характеристики:

• полярность входа и выхода;
• входное сопротивление.

Большинство современных осциллографов снабжены дифференциальной развязкой питания. То есть для пользователя не имеет значения на «плюс» он попал или на «минус», подключая прибор к бортовой сети. Но в любом случае не лишним будет перестраховаться, и проверить полярность контактов.

Входное сопротивление осциллографов, выпускаемых в настоящее время, указывается в специальном описании. Обычно оно колеблется от 0,1 до 1 Мом. Этот диапазон адаптирован под автомобильную электрическую сеть.

Если конкретное сопротивление не указано, прибор следует включать в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

Диагностика

Проверка автомобиля осциллографом, как и любым другим диагностическим прибором, начинается с подключения к электронному блоку управления (ЭБУ).

Однако, возможности конкретного ЭБУ могут быть уже поставленных задач. Вследствие этого часть работ (если не все) переносится на неподконтрольную сферу электрических узлов автомобиля. Так, например, можно выявить отклонения в газораспределительном механизме, подключив осциллограф к датчику расхода воздуха (он вне поля зрения ЭБУ).

Осциллограф для ремонта автомобиля воспроизводит на мониторе графическое отображение импульсов в виде колеблющейся синусоиды с любой из систем управления, установленной на двигателе.

Отчётливость изображения зависит от диапазона частот, на которые настроен прибор. Частоты подбираются в зависимости от того, связана диагностика с системой зажигания или нет. Если связана, то осциллограф следует настраивать на диапазон 0 – 40 кГц. Если нет – на диапазон 0 – 10 кГц.

То есть детальный анализ электронных систем требует более широкого диапазона частот. 40 кГц – это максимум, соответствующий собственным колебаниям наиболее ответственных узлов ДВС.

Как научиться

Освоить осциллограф – несложное дело. Оно займёт у вас какое-то время. Но не большее, чем освоение компьютера или просто смартфона. Достаточно прочитать инструкцию и просто поэкспериментировать на своём автомобиле.

Понадобятся и средства, чтобы приобрести этот прибор. Учитывая расходы на диагностику в специализированных автоцентрах, цена осциллографа вас едва ли смутит. Затраты окупаются быстро. К тому же и выбор на рынке в настоящее время богат.

Купить осциллограф для диагностики автомобиля легко в любом интернет-магазине.

Таким образом, у вас появится прекрасная возможность провести диагностику вашего авто своими руками.

Что выбрать

Какой осциллограф выбрать – решать вам самим. В конечном итоге всё зависит от задач, которые вы ставите перед собой.

В автосервисах обычно используют профессиональные автомобильные осциллографы. Они имеют в комплекте целый набор специальных датчиков, сориентированных на любые параметры электрической системы автомобиля:

• наличие тока в сети,
• высокое и низкое напряжение,
• возникновение разряжения в цепи и т.д.

В самостоятельной практике вполне достаточно обычного осциллографа типа С1. С его помощью можно проверить в автомобиле все электрические цепи.

Единственные недостатки прибора – его габариты (348 х 200 х 502) и необходимость питающего напряжения 220В.

Портативные осциллографы типа Hantek лишены подобных недостатков. Они эффективны и наиболее удобны для диагностики автомобиля в пути. Но здесь высока и цена.

USB осциллограф DISCO 2

Комплект DISCO 2 состоит из:

• щупы разборные с кучей элементов
• линейка ёмкостная
• линейка индуктивная

Комплект линеек. USB осциллограф DISCO 2 Щупы. USB осциллограф DISCO 2 Емкостной датчик. USB осциллограф DISCO 2

С помощью прибора за пару секунд, без снятия клапанной крышки и прочего можно точно определить верность установки фаз ГРМ. С его помощью можно также диагностировать работу датчиков, форсунок и всей системы зажигания, не снимая всего этого с автомобиля.

Заключение

Многие автолюбители, сталкиваясь с проблемами в электрике своего автомобиля, сразу спешат за советом к специалистам. Иногда без этого действительно не обойтись. Но как, например, поступить в дороге, когда единственный советчик – вы сами?

Диагностика по осциллографу – ваше единственное спасение. Этот прибор – надёжный помощник. Нужно помнить об этом и заранее быть наготове.

Андрей Гончаров Эксперт рубрики Ремонт двигателей