Descripcion
¿Que es un osciloscopio?
Un osciloscopio es un instrumento de medición para la electrónica. Representa una gráfica de amplitud en el eje vertical y tiempo en el eje horizontal. Es muy usado por estudiantes, diseñadores, ingenieros en el campo de la electrónica. Frecuentemente se complementa con un multímetro, una fuente de alimentacón y un generador de funciones o arbitrario. Ultimemente, con la explosión de dispositivos con tecnologías de de radio frecuencia como WiFi o BlueTooth, el banco de trabajo se complementa con un analizador de espectro.
El osciloscopio presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. En osciloscopios análogos o de fosforo digital se suele incluir otra entrada o control, llamado "eje Z" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza dependiendo de su frecuencia de repetición o velocidad de transicion en tiempo.
Abajo se muestra un moderno osciloscopio digital:
Utilización
En un osciloscopio existen, básicamente, tres tipos de
controles que son utilizados como reguladores que ajustan la señal de
entrada y permiten, consecuentemente, medir en la pantalla y de esta
manera se pueden ver la forma de la señal medida por el osciloscopio,
esto denominado en forma técnica se puede decir que el osciloscopio
sirve para observar la señal que quiera medir.
El primer control regula el eje X (horizontal) y
aprecia fracciones de tiempo (segundos, milisegundos,
microsegundos, etc., según la resolución del aparato). El segundo regula
el eje Y (vertical) controlando el voltaje de entrada (en Volts,
milivolts, microvolts, etc., dependiendo de la resolución del aparato).
El tercer control es el ajuste del disparo (o trigger en inglés), este control permite sincronizar la señales que se repiten de manera periodica usando como referencia una caracteristica de la señal, se usan diversos tipos de disparo, siendo el mas común el disparo por flanco de subida o bajada de la señal, para lo cual se define el voltaje de disparo y si el flanco es de subida o de bajada.
Estas regulaciones determinan el valor de la escala
cuadricular que divide la pantalla, permitiendo saber cuánto representa
cada cuadrado de esta para, en consecuencia, conocer el valor de la
señal a medir, tanto en tension como en frecuencia o periodo.
Pantalla de un osciloscopio digital con representacion de una señal digital inestable con el modo de
Persistencia variable DPO (fosforo digital)
Osciloscopio analógico
La tension a medir se aplica a las placas de desviación vertical de un tubo de rayos catodicos (utilizando un amplificador con alta impedancia de entrada y ganancia ajustable) mientras que a las placas de desviación horizontal se aplica una tensión en diente de sierra (denominada así porque, de forma repetida, crece suavemente y luego cae de forma brusca). Esta tensión es producida mediante un circuito oscilador apropiado y su frecuencia puede ajustarse dentro de un amplio rango de valores, lo que permite adaptarse a la frecuencia de la señal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos.
Figura 1.- Representación esquemática de un osciloscopio.
En la Figura 1 se puede ver una representación esquemática de un osciloscopio con indicación de las etapas mínimas fundamentales. El funcionamiento es el siguiente:
En el tubo de rayos catódicos el rayo de electrones generado por el catodo y acelerado por el anodo llega a la pantalla, recubierta interiormente de una capa fluorescente que se ilumina por el impacto de los electrones.
Si se aplica una diferencia de potencial a cualquiera de las dos parejas de placas de desviación, tiene lugar una desviación del haz de electrones debido al campo eléctrico creado por la tensión aplicada. De este modo, la tensión en diente de sierra, que se aplica a las placas de desviación horizontal, hace que el haz se mueva de izquierda a derecha y durante este tiempo, en ausencia de señal en las placas de desviación vertical, dibuje una línea recta horizontal en la pantalla y luego vuelva al punto de partida para iniciar un nuevo barrido. Este retorno no es percibido por el ojo humano debido a la velocidad a que se realiza y a que, de forma adicional, durante el mismo se produce un apagado (borrado) parcial o una desviación del rayo.
Si en estas condiciones se aplica a las placas de desviación vertical la señal a medir (a través del amplificador de ganancia ajustable) el haz, además de moverse de izquierda a derecha, se moverá hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de la polaridad de la señal, y con mayor o menor amplitud dependiendo de la tensión aplicada.
Al estar los ejes de coordenadas divididos mediante marcas, es posible establecer una relación entre estas divisiones y el período del diente de sierra en lo que se refiere al eje X y al voltaje en lo referido al Y. Con ello a cada división horizontal corresponderá un tiempo concreto, del mismo modo que a cada división vertical corresponderá una tensión concreta. De esta forma en caso de señales periódicas se puede determinar tanto su período como su amplitud.
El margen de escalas típico, que varía de microvoltios a unos pocos voltios y de microsegundos a varios segundos, hace que este instrumento sea muy versátil para el estudio de una gran variedad de señales.
Limitaciones del osciloscopio analógico
El osciloscopio analógico tiene una serie de limitaciones propias de su funcionamiento:
- Las señales deben ser periódicas. Para ver una traza estable, la señal debe ser periódica ya que es la periodicidad de dicha señal la que refresca la traza en la pantalla.
- Las señales muy rápidas reducen el brillo. Cuando se observa parte del período de la señal, el brillo se reduce debido a que la tasa de refresco disminuye.
- Las señales lentas no forman una traza. Las señales de frecuencias bajas producen un barrido muy lento que no permite a la retina integrar la traza. Esto se solventa con tubos de alta persistencia. También existían cámaras Polaroid especialmente adaptadas para fotografiar las pantallas de osciloscopios. Manteniendo la exposición durante un periodo se obtiene una foto de la traza.
- Sólo se pueden ver transitorios si éstos son repetitivos.
Osciloscopio digital
En la actualidad los osciloscopios analógicos están siendo desplazados en gran medida por los osciloscopios digitales, entre otras razones por la facilidad de poder transferir las medidas a una computadora personal o pantalla LCD.
En el osciloscopio digital la señal es previamente digitalizada por un conversor analógico digital. Al depender la fiabilidad de la visualización de la calidad de este componente, esta debe ser cuidada al máximo.
Las características y procedimientos señalados para los osciloscopios analógicos son aplicables a los digitales. Sin embargo, en estos se tienen posibilidades adicionales, tales como el disparo anticipado (pre-triggering) para la visualización de eventos de corta duración, o la memorización del oscilograma transfiriendo los datos a un PC. Esto permite comparar medidas realizadas en el mismo punto de un circuito o elemento. Existen asimismo equipos que combinan etapas analógicas y digitales.
Estos osciloscopios añaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de obtener con circuitería analógica, como los siguientes:
Osciloscopio digital MSO2024 de Tektronix de 200MHz con 4 canales analogos y 16 canales
digitales que se puede usar para analisis logico de estados y tiempos y con opciones analizar buses
seriales de comunicacion como RS232, CAN, LIN, I2C, Etc.
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