Осваиваю работу с осциллографом на примере ZOYI 703S

Поскольку я уже некоторое время увлекаюсь изучением электроники и разработкой на микроконтроллерах я постепенно начинаю окружать себя различными специальными приборами. В этом плане такая разработка конечно сильно отличается от моей типовой web-разработки где достаточно просто ноутбука и сиди строгай продукт в виртуальной среде.

Так вот, есть такой прибор осциллограф который используется для визуального наблюдения, измерения и различного исследования электрических сигналов и к которому у многих довольно трепетное отношение. Очень специфичный и полезный прибор но чтобы от него был хоть какой-то толк им еще надо уметь пользоваться.

Вообще раньше я с осциллографами особо дел не имел и только видел со стороны, ну и слышал что это достаточно сложный и очень дорогой прибор, который крайне легко сломать даже одним взглядом. Да и не было особой необходимости связываться с осциллографом ровно до тех пор пока я не вляпался влез в разработку электроники на микроконтроллерах. В какой-то момент ковыряния в очередной электронике я стал понимать что не имея объективной информации я делаю некоторые вещи абсолютно вслепую и видимо наступил черед осваивать его величество осциллограф.

Зачем мне понадобилось осваивать осциллограф

Визуально видеть сигналы

При освоении электроники многие вещи мне становятся намного понятней когда я их вижу наглядно. Например написав код на Micropython который генерирует какой-нибудь ШИМ я хочу как-то видеть эти генерируемые импульсы, их периоды и вообще скважность. Мне так проще и интересней чем смотреть просто на код и на скучно помигивающий в стороне светодиод.

А ведь я еще хочу видеть изменения этого сигнала, например если я добавлю какой-нибудь конденсатор в параллель или еще что-нибудь. Хочется явно видеть как работает какой-нибудь стабилизатор под разными нагрузками, а не сухие паспортные цифры. Ну и поэкспериментировать и визуально увидеть как сигнал меняется в зависимости от состояния какого-нибудь компонента чтобы потом радостно сказать "так вот оно как реально работает!".

Отладка и профилировании при работе с электронными компонентами и модулями

Электронные компоненты или какие-нибудь сторонние модули не всегда работают как надо и приходится закапываться в своеобразную хардварную отладку. Скажу как простой программист, нужно дебажить но только на уровне электрических сигналов и осциллограф как раз является одним из инструментов который под эту задачу подходит.

Фактически осциллограф играет роль профайлера с помощью которого можно профилировать в разных местах сигналы и на основе собранной информации определить есть ли проблема и какого она характера. Это куда лучше чем вслепую гадать, что и где не работает.

Проверка компонентов или модулей на соответствие их паспортным характеристикам

Иногда некоторые компоненты и модули после покупки лучше проверить на основные характеристики. Осциллограф в данном случае дополняет всякие специфические тестеры и мультиметры, позволяя проверить стабильность сигнала, синхронность, шумы и прочие искажения на соответствие паспортным характеристикам.

Например можно у того же DC-DC преобразователя посмотреть на выходе его настоящую пульсацию. А то по паспорту могут быть одни характеристики, а прислать могут совсем другое, например бракованный вариант или поддельный экземпляр с другими характеристиками. А потом подключив к такому DC-DC свою дорогую плату можно получить неприятный сюрприз.

Научиться эффективно и безопасно работать с осциллографом

Я понимаю что это звучит бредово но мне осциллограф нужен еще и для того чтобы научиться его эффективно применять. Осциллографы не являются теми приборами, которые просто включил и получил готовый результат. Нужна практика, а иначе это будет просто тупой прибор, который может отображать какую-то красивую линию на экране и которым можно просто хвастаться перед коллегами.

Ну и есть немаловажный момент. С помощью осциллографа мы работаем с электричеством, а с ним шутки плохи. И не имея наработанного опыта уверенного применения осциллографа с безопасным напряжением, лезть в опасное напряжение не стоит. Используя осциллограф мы вторгаемся в электрическую цепь, фактически добавляя новый путь для проходящего тока и если необдуманно тыкать щупом куда попало можно не только сломать сам осциллограф или измеряемую плату но и подвергнуть себя опасности ударом тока.

В общем чтобы осциллограф был реально полезным и эффективным инструментом с ним нужно практиковаться и нарабатывать опыт. Вот я и решил себе этот опыт начать нарабатывать, благо и задачи под применение осциллографа были. Но чтобы практиковаться нужно было еще выбрать и купить какой-то подходящий мне осциллограф.

Как я себе выбирал первый осциллограф

Для старта я решил поискать модели которые бы подходили под мое увлечение разработкой на микроконтроллерах, при этом решение искал недорогое чтобы не было сильно обидно если я по неопытности его испорчу. Работать буду с небольшими напряжениями и в опасное напряжение лезть не набрав достаточно опыта не планирую.

Как обычно, перед тем как выбрать себе конкретную модель, мне пришлось закопаться в матчасть и изучить принципы работы осциллографов и их характеристики (количество каналов, частота дискретизации, частота пропускания и пр.). Ну и заодно углубиться в нюансы заземления и коварство земляных петель. Вообще тема заземления при использовании осциллографа очень важная и довольно не простая и требует особого внимания и я настойчиво рекомендую перед выбором себе первого осциллографа уделить время ознакомлению с деталями этой проблемы.

Для начала я решил себе взять именно портативный аккумуляторный осциллограф, что в моем случае позволяет более безопасно работать с маломощной электроникой, ну и просто поскольку я очень не хотел громоздкие решения. После долгих выборов и изучения профильных ресурсов, я решил заказать себе ZOYI 703S (портативный осциллограф-мультиметр). У этого прибора конечно есть свои проблемы и недостатки, но в тоже время он вполне покрывает мои текущие потребности в качестве осциллографа.

Покупка осциллографа ZOYI 703S

Заказал я устройство из Китая через Озон в конце марта за 5650р., а получил его в конце апреля. Заказывал именно на Озоне поскольку на примере покупки паяльника Alientek T90B я уже когда-то удостоверился что в случае проблем оформить возврат при международной доставке из Китая там намного проще. Уже после заказа я узнал что оказывается таможня не всегда пропускает такого рода товары, но тем не менее осциллограф приехал без проблем и вот с тех пор учусь пользоваться им.

Интересно что на момент покупки я не знал, что уже существует более усовершенствованная версия 706S и в продаже она мне как-то явно не попалась. Узнал я о этой новой модели только когда ко мне приехал заказанный 703S на коробке которого было упоминание о наличии новой модели и таблица сравнения между 702S, 703S и 706S. Но для меня наиболее важен был функционал именно осциллографа, а в этом плане 703S и 706S идентичны, поэтому я особо ничего не потерял от того, что у меня не самая навороченная модель.

Немного о характеристиках самого осциллографа

Этот осциллограф двухканальный и в него можно подключать сразу два щупа, что позволяет наглядно делать сравнение двух сигналов с общей землей. Но сам прибор комплектуется только одним щупом и второй щуп нужно отдельно докупать. Пока до использования сразу двух каналов я еще не дошел, поэтому насколько хорошо этот осциллограф работает в таком режиме я не знаю, но всё впереди.

Полоса пропускания у него 50МГц при частоте дискретизации 280МГц. Т.е. для формирования сигнала прибор делает 280 миллионов замеров в секунду. Фактически если с запасом брать, то в рамках полосы пропускания можно вполне отслеживать сигнал частотой 10-25МГц и больше, чего мне пока более чем достаточно. Там еще очень многое от качества и характеристик самих щупов зависит. На всяких профильных ресурсах часто предупреждали что штатные щупы довольно посредственные и не раскрывают весь потенциал прибора и поэтому их лучше потом поменять на более высококачественные. Скорее всего мне придется будет покупать сразу пару таких щупов если все-таки буду работать с двумя каналами одновременно. Но этим займусь позднее, а пока для старта мне штатного щупа хватает.

Управление осциллографом полностью кнопочное. Кнопок немного и поэтому часто приходится лазить в меню и что-то там переключать, для чего нужно будет много пользоваться стрелочными кнопками, а так как кнопки нажимаются с некоторым усилием, то это может быть немного утомительным. Но это компромисс за компактность и надежность управления.

Вот с аккумулятором в осциллографе не все так просто. Внутри там стоит стандартный Li-Ion 18650 которого вполне хватает на несколько часов работы. Но есть серьезные вопросы касательно того как этот аккумулятор заряжается в устройстве. В моем случае почему-то устройство нормально не может до конца зарядиться и возможно есть проблемы с контролем заряда аккумулятора. Поизучав информацию в интернете я понял что проблема с зарядом в общем-то известная и даже есть варианты решений ее. Пока временно я просто заряжаю осциллограф неполностью и под полным наблюдением, но позднее обязательно уделю решению этой проблемы более пристальное внимание ибо оставлять это как есть на мой взгляд немного рисково.

А ну и еще этот ZOYI 703S является комбо-устройством, т.е. он не только осциллограф, но еще и мультиметр и даже простой генератор сигналов. Что кстати интересно, такие комбинированные устройства (осциллограф + мультиметр) еще называю "скопметр", но я честно говоря такой термин раньше не слышал и мне проще называть "осциллограф-мультиметр" ибо сразу понятно что это за прибор. Но как мультиметр я его использую редко поскольку он достаточно громоздкий под хват одной рукой. В качестве повседневного мультиметра я в основном использую более простой, но куда более удобный по размерам и весу Richmeters 113D. Ну и все эти приборы не имеют поверки, но текущей точности и достоверности показаний мне хватает.

Мой процесс освоения такого осциллографа

Что касается освоения самого осциллографа, то этот процесс идет потихоньку, с упором на практику. Приходится разбираться что там за курсоры, триггеры, а также привыкать работать с плавающей землей. Ну и внимательно следить, в каком порядке и что подключаем, например вначале подключая крокодил земли с землей наблюдаемой цепи для выравнивания потенциала и только потом основным контактом щупа работать.

А вот с чем не смог подружиться так это с кнопкой "AUTO". Вроде бы подразумевается что по нажатию на нее прибор будет пытаться автоматически определить сигнал, но у меня в большинстве случаев получалась какая-то фигня. Вполне допускаю что возможно это из-за моей неопытности.

В общем нужно много практиковаться, благо есть немало мелких задач где он неплохо так помогает. Приведу пару примеров, где я применял этот осциллограф и хотя эти примеры довольно наивные и опытные электронщики наверное посмеялись бы, но лично мне там осциллограф неплохо облегчил поиск проблем.

Пара небольших (и возможно наивных) личных примеров использования этого осциллографа

Как обычно собирал очередной супердевайс на макетной плате. Там стояла самая простая ESP32-C3 и модуль повышающий-понижающий DC-DC на базе TPS63020 который подавал на микроконтроллер 3.3v. Только вот что-то работало местами нестабильно. Раньше приходилось включать из себя шамана с бубном и гадать где и что не работает. С осциллографом я начал изучать сигнал на выходе (при различных нагрузках) и обнаружил местами нестабильную пульсацию. Внимательно осмотрев DC-DC модуль я обратил внимание что плата явно блестела в районе самого чипа TPS63020 и некоторых электронных компонентов. Видимо когда припаивал к модулю пины немного флюса попало на контакты чипа TPS63020 и не убралось при очистке платы и в какие-то моменты эти остатки как-то влияли на стабильность работы. Так вот после повторной и более тщательной очистки всё прекрасно заработало. На всякий случай я еще поизучал пульсации на выходе модуля и окончательно убедился что всё работает стабильно и в рамках его паспортных характеристик.

Еще как пример могу привести ситуация когда мне нужно было отследить провалы напряжений от аккумуляторов. Микроконтроллер ESP32-C3 при использовании WiFi резко начинает становится очень прожорливым и вместе с периферией мог резко подкушать около 0.5A при том что вся схема работала от двух AAA Ni-MH аккумуляторов через повышающий-понижающий DC-DC (опять же на базе TPS63020 ибо я их напокупал сразу несколько штук) у которого диапазон входящих напряжений 1.8-5.5v. Так вот иногда контроллер радостно уходил в циклическую перезагрузку. Мультиметр очевидно показывал что всё хорошо и вот ваши 3.3v, да и аккумуляторы отдельно при такой нагрузке проседали приблизительно до чуть больше 2v. Так вот, внимательно стал отслеживать сигнал на выходе DC-DC и увидел при нагрузке сильные и короткие провалы напряжений. Затем замерил уже у входа в DC-DC и что в цепи от аккумулятора до входа в DC-DC при нагрузке появлялось сильно падение напряжений до 1.5v, что уже было ниже минимума для DC-DC. В общем выяснилось что эти краткосрочные потери в полвольта была из-за местами слишком тонких и длинных проводов и плохого контакта в батарейном отсеке.

Примеров конечно можно было бы привести еще больше, но каждый случай расписывать я не вижу смысла. Я хотел просто показать, что для меня осциллограф оказался реально полезен и удобен там где одним мультиметром работать было бы проблематично.

Заключение

В общем такая вот история моего ознакомления с ZOYI 703S который стал моим первым осциллографом и подарил мне хорошие впечатления. Недостатки у этой модели есть, особенно в плане аккумулятора, но на данный момент для моих нужд его возможностей более чем хватает с учетом его стоимости.

Опыта у меня с осциллографами в общем конечно еще очень мало, нужно больше практики, но могу однозначно сказать, что я уже убедился что это серьезный и полезный рабочий инструмент профилирования и отладки. Но прибор не самый легкий в освоении и с ним надо уметь работать. Вот и осваиваю технику как могу. Плюс не имея серьезного опыта пока не лезу работать с опасным напряжением, а также избегаю работать с приборами работающими от сети без гальванической развязки.

Ну и еще маленький такой момент, который для профессиональных электронщиков покажется дикой наивностью, но для меня малоопытного это важно. Дойдя до ситуации, когда мне реально понадобилось осваивать осциллограф я почувствовал для себя что достиг какого-то следующего этапа когда открываю для себя что-то новое: новые знания, новые возможности, новые ощущения, новые интересности, новые всякие приборы и новые вдохновения, новые проблемы и новые победы над ними. И это очень мотивирует продолжать изучать это всё и двигаться дальше.