硬件调试入门：示波器和万用表的常用操作

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硬件调试入门：示波器和万用表的常用操作

最近正好有时间，为了防止知识遗忘写下本文，内容来自于本科阶段的电子设计学习历程，不正确的地方请见谅，物联网安全即将成为下一个安全研究重要方向，本文从万用表和示波器的使用开始，介绍了电子设计的原理，过程，调试的操作流程。

1.电源

通常一个这样的电源是比较便宜的，几百元就可以。选购电源时，最需要考虑的是最大输出电流，和电流的最小分辨率。如果是做消费电子的买最普通的就可以，应付一般场合是足够的。汽车电子或是工业场合可能对最大电流有些要求，请根据设计或逆向的电路板合理选择。

2.万用表

万用表是一种测量宏观的，静态的信号的测量装置。平时我们用它进本就是用于静态观测一些写信号，但是没法看出信号动态的变化。

3.电路分析

我们先看一个最简单的电路，一个由分立元器件搭建的LDO线性电源的电气原理图。

做一个简单的电路分析：外部15V直流电源通过接插件J1引入到PCB板上后，经过一个处于放大状态的射极跟随器电路，降压成12.3V的电源。104电容起到了滤除尖峰电压，浪涌电流的作用，330uf的有极性大电容可以在负载突然增大时，而电源来不及补充这部分能量时，起到续流，稳压的作用。由于稳压管的电压钳位作用，构成了一种负反馈，使得输出电压稳定在12.3V。

我们的后级电路是一个简单的直流无刷马达控制电路。

由于后级电路的主要负载是直流无刷马达，其他的控制电路的负载相对马达而言属于次要矛盾。所以只要马达的负载能满足，电源基本够用了。

4.测量马达是否可用

我们把电源的红色夹子夹在其中一个触电，黑色夹子夹在另一个触点上。常见的直流无刷马达如下图所示。

首先我们得排查马达自身有没有问题。慢慢把电流调大，马达越转越快，马达本身是没问题的，可以正常工作。

将红夹子和黑夹子互换位置，让马达发展，也可以正常工作。结论是马达没有问题。

5.测量某支路完整性

现在开始正式调试电路板，首先我们要给接插件引入外部电源，把拿出我们刚才那个电源，把电源电压调节成15V。我们截取两条线缆，一条是红色的，一条是黑色的，准备把它焊在接插件上面。这里有个技巧：红色和黑色的线是不等长的，由于夹子是金属的，如果等长，碰到一起回导致短路，所以不等长。

请看电路中的R4，电阻，这是一个10K的电阻。用它给Q2提供合适的基极电流。

如果把这个电阻去掉，就只剩这个支路导通了。

去掉电阻的时候，用斜口钳就可以，如果电源提输出的最大电流是圈里这三个元器件需要的负载总和，就表示这三个器件没问题。

注意：第一次上电时，由于我们不知道后面的电路是不是短路的，有没有焊错，为了不让电流烧坏后级电路，我们采用“突然拧大后，再突然关闭”的方法，观察上电瞬间电流的瞬态峰值，如果这个值超出了我们电源的最大理论负载，说明后级电路是有问题的，需要排查。

6.用示波器测量电压

然后，我们测量E点的电压，看是不是0V。如何使用示波器测量电压呢？

示波器上有若干个测量通道，每个通道UI有一个测量探头，它长这个样子。

探针连着一根线，上面有个夹子，叫接地线缆，探头用于测量线路板的信号，接地线缆则连接地线。

之前我们在接插件那里，输入了一根电源线和一根地线，我们再截取一段黑色的电缆，焊接在接插件地线引脚的位置，相当于多一个地线的接驳位置。然后将示波器接地夹子夹住这根延伸出来的地线，之后用探针指向线路板的E的点，也就是Q2三极管的C极。

用示波器的钩子勾住测量点，就是如下图所示的工具：

接着看到一个黄%色按钮，按下它表示第一通道激活，然后我们的测量探头测出来的信号才能生效。

测量探头就位后就可以上电了，从0开始缓慢调节电流旋钮，观察示波器的屏幕，有信号后，按下“STOP”键将信号锁住，接下来就可以测量了。 从下图中可以看到确实是0V。

注意：竖直方向的格子表示电压，横向表示时间，如何改变数竖直方向一个格子代表的电压值呢？转动上图红圈里的按钮就可以了。每个通道可以拥有不同电压的量程，由于当前激活的是第一通道，所以转动旋钮调节的是第一通道电压的量程。

7.测量B测量点的电压

用同样的方法，可以测量B点，即电源的输出端的电压，但此时信号不为0V，如何测量呢？

首先，测量一个信号，实际是测量两个信号的差值。需要两条信号线，一个定位到基准。另一个定位到信号点，才能在示波器上看到差值。

如何调节两根测量线的位置呢？旋转图中的按钮，让这根线和信号重合。

再按下这个件按键select键，另一条测量线也能动了

旋转之前的那个按钮，让这根激活的线和信号0v重合，然后就能从这里有一个三角形的delta显示出两根线的差值了。

接下来把电源关掉。所有下一步操作前都要先关掉电源。

为了进一步确认电源的负载能力，现在我们测量一下下图的A点，也就是稳压管的正极。

为了好测量，你可以把三极管按下去，露出它的引脚。然后用探头勾住三极管c极，开始上电。看看示波器上的电压是多少呢？我们转动电源的电流旋钮，再接着测量一下，ok13.2v，在一个合理的范围内，因为稳压管的稳压值是13V。（ 稳压管的：一种工作在反向导通状态的二极管，利用齐纳击穿效应制作而成，一般反向击穿电流达到3-10ma左右时电压稳定在稳压值上。但实际情况中1ma左右的反向击穿电流即可稳压，就是本例中的电源了）

8.如何在示波器中同时观察到两个通道的信号

之前我们一直在用一个通道测量，现在我们启用二通道，让两个通道同时生效。现在示波器连接了两个探头，另一个探头还是先接上地线，上电前，把按下二通道的按键（蓝色的按钮），这时屏幕上多出一根线，蓝颜色的线，表明二通道已激活。

二通道启用前，有一点需要注意，就是探头的接地问题。其实两个测量探头的内部是共地的，就是共用一个信号地的意思。换言之，只要有一个探头的接了地，那么其余所有通道都相当于接了地，但事实是，只在测量精度要求不高的时候可以不给二测量探头接地，如果测量的信号频率比较高，或者持续的时间很短，那么必须也要给第二个探头接地的。

下图这个“POSITION”按钮可将信号上下移动，调节这个按钮，让二通道和一通道的基准线重合。最好能让多通道的量程和基准保持一致，这样方便我们测量。

先把电源关掉，让两个测量探头都就位后，打开电源，示波器上显示两个探头的测量结果。按下下图中右面那个圆圈里的按钮，“STOP”就能将两个信号锁定，再移开探头就能像之前那样测量了。

注意：左面红圈里的按钮是关闭通道的意思，不是锁定信号。

9.如何测量电阻的阻值：使用万用表测量

首先关闭外部电源，我们要测量一个10K的电阻，将万用表打到20K档。此时电阻还连接在电路板上。

为了打到精确测量的目的，建议用斜口钳把电阻拆下来测。

但是如果只是粗略测量电阻阻值，把电阻放在电路板子上测也可以。

关于电源分辨率的提示：有些电源最多只能精确到小数点后两位，也就毫安级别的信号是测不了的。所以如果信号是毫安级别的不是没信号，而是测不了。这个与电源内部的模数转换器（AD）的精度有关。总之与成本有关。

10.再介绍测量三极管的的方法

对于TO92封装的三极管，这种封装由于比较大，尺寸也大，耐压和最大功率耐受能力强，所以适合手动焊接，经常用于电路的前期实验和概念验证，就是说，我们在自己进行设计和验证是，经常用这种封装，如果测试通过，为了方便大规模量产，我们就不得不换成适用于贴片机的小封装，比如MMBT3904封装，让贴片机借助计算机视觉给我们焊接。但前期必须要手动焊接来验证自己的功能，因为电路仿真几乎完全不能反映电路的真实工作状态，真实的PCB级的电路设计几乎用不到软件仿真，当然超大规模集成电路的设计除外。

一个规律：我们将TO92封装的正面朝向自己，就是说平的一面朝向自己，从左往右依次是E，B，C，如下图，它是2N3906三极管datasheet的一部分截图。

只有极个别的情况，比如8050和8950型三极管不符合这个规律。

找到了三极管的各个极就能测量了。还有一个技巧：有时为了方便测量，我们可以把立起来的三极管按下去，这样引脚就漏出来了，方便测量。

电路调试中，经常会出现元器件的损坏，如果怀疑三极管损坏，应该先把他拆下来测量。

我们认为BE之间可视为一个二极管，BC之间也视为一个二极管，若把万用表打到二极管档，红表笔红接上B极，即BE二极管的正极，黑笔接上E极，即BE二极管负端，如果测量结果是0.7V左右，说明BE之间的正向导通能力没问题。

上图说明没有坏，是0.586V。

若把万用表打到二极管档，黑表笔红接上B极，即BE二极管的正极，红表笔接上E极，即BE二极管负端，如果测量结果是1.7以上，说明BE之间的反向截止能力没问题。

上图显示1.765，表示反向是BE结反向截止能力没问题。

用同样的方法，测量一下BC之间的正向导通和反向截止，如果也没问题，那这个三极管就没问题了。

马山阿黄

好文章，感谢分享！

友谊123456

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