Conocimientos y manejo del osciloscopio

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OBJETIVO:

Identificará las perillas y botones requeridos para un empleo básico del osciloscopio, así como calibrará el osciloscopio en frecuencia y voltaje. Además, efectuará la medición de tensiones directas, alternas y realizará la medición de la frecuencia y período de una señal.

INTRODUCCIÓN

 Osciloscopio es una herramienta versátil utilizada en la investigación electrónica que puede ser analógica o digital. El osciloscopio analógico funciona directamente con la señal aplicada, desvíe el haz de electrones verticalmente a la pantalla proporcionalmente con su valor. Por otro lado, el osciloscopio digital utiliza convertidores analógicos a digitales (A/D) para almacenar señales de entrada digital, reconstruya la información en la pantalla más adelante.

Cada tipo de osciloscopio tiene ventajas y desventajas. Se prefiere el osciloscopio analógico para visualizar las variaciones de las entradas de tiempo real, mientras que el osciloscopio digital se usa para estudiar eventos no repetitivos (por ejemplo, el pico de voltaje que ocurre al azar).

El osciloscopio es un instrumento muy rápido que dibuja gráficos en el campo XY (pantalla) de una señal con respecto a otra o tiempo, utilizando un tubo de rayos de cátodo (CRT). CRT emite rayos electrónicos que se convierten en el punto de luz en la pantalla, actuando como un pincel que se mueve a través del área de visualización después de la variación de voltaje de entrada. En la mayoría de los casos, la entrada al eje y (vertical) proviene de la señal de voltaje inspeccionada, que produce un punto de luz vertical de acuerdo con el valor de voltaje instantáneo. La señal ingresa al eje x (horizontal) generalmente derivado del generador de rampa de voltaje lineal interno que mueve el punto brillante de izquierda a derecha en la pantalla. Por lo tanto, el punto radiante atrae una curva que muestra la variación de voltaje en relación con el tiempo.

Si la señal que se verifica se repite por tiempo suficiente, la representación en la pantalla aparecerá fija. Por lo tanto, el osciloscopio se convierte en un medio para hacer voltajes visibles que varían de vez en cuando, lo que lo convierte en un instrumento universal para todo tipo de investigación electrónica. La pantalla del osciloscopio puede mostrar sinusoidales, cuadrados, pulsos u otros tipos. La característica más importante de esta señal es que se incluyen en el grupo de señal alternativa, lo que significa que cada ciclo completo tiene una parte positiva y negativa que pasa a través de cero y, por lo tanto, tiene una frecuencia, es decir, un número completo de cierto completo ciclos por segundo (Hz). Por lo tanto, en el período de práctica se medirá y la frecuencia se obtendrá a través de sus vínculos matemáticos.

MARCO TEÓRICO

Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo.

36 Se 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. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje Z" o "Cilindro de Wehnelt" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza.

Los osciloscopios, clasificados según su funcionamiento interno, pueden ser tanto analógicos como digitales, siendo el resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos casos, en teoría.

Osciloscopio analógico.

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

38 adaptarse a la frecuencia de la señal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos.

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. Para solucionar este problema se utilizan señales de sincronismo con la señal de entrada para disparar el barrido horizontal o se utilizan osciloscopios con base de tiempo disparada.
• Las señales muy rápidas reducen el brillo. Cuando se observa parte del período de la señal, el brillo se reduce debido a la baja persistencia fosfórica

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.

40 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 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.

La principal característica de un osciloscopio digital es la frecuencia de muestreo, la misma determinara el ancho de banda máximo que puede medir el instrumento, viene expresada generalmente en MS/s (millones de muestra por segundo).

Estos osciloscopios añaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de obtener con circuitería analógica, estas añadiduras son las siguientes:

• Medida automática de valores de pico, máximos y mínimos de señal.
• Verdadero valor eficaz.
• Medida de flancos de la señal y otros intervalos.
• Captura de transitorios. Cálculos avanzados, como la FFT para calcular el espectro de la señal. También sirve para medir señales de tensión.

Cantidad de canales.

Los osciloscopios analógicos que se disponen comercialmente pueden tener entre 1 a 4 canales de entrada. En el caso de los digitales, pueden llegar a 16 o más canales, pero sólo para representar señales lógicas.

Número efectivo de bits (ENOB)

El número efectivo de bits (ENOB) es una especificación que puede ser confusa, ya que puede referirse tanto a los bits de la resolución máxima del convertidor A/D como también al número total efectivo de bits que este puede alcanzar cuando forma parte de un instrumento completo.

El primer valor es necesariamente mayor que el segundo, y ninguna de las dos especificaciones aparece en la hoja de datos de un osciloscopio. Sin embargo, el ENOB es un acrónimo que vale la pena conocer.

Canales

Hasta hace algún tiempo, la mayoría de los osciloscopios digitales tenían 2 o 4 canales, pero hoy en día pueden llegar a tener 20, debido a la necesidad de medir señales analógicas y señales digitales complejas. A la hora de adquirir un osciloscopio, es fundamental calcular correctamente el número de canales que se necesitarán, ya que la alternativa es construir hardware externo de disparo. Cuando se utiliza en aplicaciones de depuración integradas, un osciloscopio de señal mixta, entrelazará 16 canales de temporización lógica con los 2 o 4 canales tradicionales.

Velocidad de muestreo

La velocidad de muestreo del osciloscopio es el número de muestras adquiridas durante 1 s y debe ser al menos2.5 veces mayor que el ancho de banda de osciloscopio. Como los osciloscopios digitales más modernos tienen velocidades de muestreo extremadamente altas y anchos de banda superiores a 6 GHz, normalmente son diseñados para adaptarse a eventos transitorios de disparo único de alta velocidad. Lo logran al sobre muestrear a velocidades que pueden multiplicar por cinco el ancho de banda especificado. Aunque los fabricantes especifican una velocidad de muestreo máxima para sus osciloscopios, esta solo puede alcanzarse cuando se utiliza uno o dos canales. Si se utilizan más canales en simultáneo, puede que la velocidad de muestreo disminuya. Por lo tanto, el factor clave es cuántos canales pueden utilizarse al mismo tiempo para mantener la velocidad de muestreo máxima del instrumento. Al igual que cualquier sistema donde las señales analógicas se convierten en digitales, a mayor velocidad de muestreo, mayor la resolución y en el caso de los osciloscopios digitales, mejor serán los resultados que se visualicen.

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