El osciloscopio
es un instrumento que permite visualizar fenómenos
transitorios así como formas de ondas en circuitos
eléctricos y electrónicos. Por ejemplo en el
caso de los televisores, las formas de las ondas encontradas
de los distintos puntos de los circuitos
están bien definidas, y mediante su análisis podemos diagnosticar con facilidad
cuáles son los problemas del
funcionamiento.
Los osciloscopios son de los instrumentos más
versátiles que existen y los utilizan desde
técnicos de reparación de televisores hasta
médicos. Un osciloscopio
puede medir un gran número de fenómenos, provisto
del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud
física en
señal eléctrica) será capaz de darnos el
valor de una
presión, ritmo cardiaco, potencia de
sonido, nivel
de vibraciones en un coche, etc.
Es importante que el osciloscopio
utilizado permita la visualización de señales de
por lo menos 4,5 ciclos por segundo, lo que permite la
verificación de etapas de video, barrido
vertical y horizontal y hasta de fuentes de
alimentación.
Si bien el más común es el osciloscopio
de trazo simple, es mucho mejor uno de trazo doble en el que
más de un fenómeno o forma de onda pueden
visualizarse simultáneamente.
El funcionamiento del osciloscopio
está basado en la posibilidad de desviar un haz de
electrones por medio de la creación de campos
eléctricos y magnéticos.
En la mayoría de osciloscopios, la desviación
electrónica, llamada deflexión, se
consigue mediante campos eléctricos. Ello constituye la
deflexión electrostática.
Una minoría de aparatos de osciloscopía
especializados en la visualización de curvas de respuesta,
emplean el sistema de
deflexión electromagnética, igual al usado en
televisión. Este último tipo de
osciloscopio carece de control del
tiempo de
exploración.
El proceso de
deflexión del haz electrónico se lleva a cabo en el
vacío creado en el interior del llamado tubo de rayos
catódicos (TRC). En la pantalla de éste es donde se
visualiza la información aplicada.
El tubo de rayos catódicos de deflexión
electroestática está dotado con dos pares de placas
de deflexión horizontal y vertical respectivamente, que
debidamente controladas hacen posible la representación
sobre la pantalla de los fenómenos que se desean
analizar.
Esta representación se puede considerar inscrita sobre
unas coordenadas cartesianas en las que los ejes horizontal y
vertical representan tiempo y
tensión respectivamente. La escala de cada
uno de los ejes cartesianos grabados en la pantalla, puede ser
cambiada de modo independiente uno de otro, a fin de dotar a la
señal de la representación más adecuada para
su medida y análisis.
Las dimensiones de la pantalla del TRC están actualmente
normalizadas en la mayoría de instrumentos, a 10 cm en el
eje horizontal (X) por 8 cm en el eje vertical (Y). Sobre la
pantalla se encuentran grabadas divisiones de 1 cm cuadrado, bien
directamente sobre el TRC o sobre una pieza superpuesta a
él, en la que se encuentra impresa una retícula de
80 cm cuadrados. En esta retícula es donde se realiza la
representación de la señal aplicada al
osciloscopio.
El osciloscopio, como aparato muy empleado que es, se encuentra
representado en el mercado de
instrumentos bajo muchas formas distintas, no sólo en
cuanto al aspecto puramente físico sino en cuanto a sus
características internas y por tanto a sus
prestaciones y
posibilidades de aplicación de las mismas.
No obstante, a pesar de las posibles diferencias
existentes, todos los osciloscopios presentan unos principios de
funcionamiento comunes. Los de uso más generalizado son
los que podríamos definir como "osciloscopios
básicos".
Con el osciloscopio se pueden visualizar formas de ondas de
señales alternantes, midiendo su voltaje pico a pico,
medio y rms.
En el anterior dibujo se ve
el esquema de bloques de un osciloscopio de tipo básico.
Según se observa en este dibujo, los
circuitos
fundamentales son los siguientes:
- Atenuador de entrada vertical
- Amplificador de vertical
- Etapa de deflexión vertical
- Amplificador de la muestra de
disparo (trigger) - Selector del modo de disparo (interior o
exterior) - Amplificador del impulso de disparo
- Base de tiempos
- Amplificador del impulso de borrado
- Etapa de deflexión horizontal
- Tubo de rayos catódicos
- Circuito de alimentación.
Una corriente alterna
es aquella que cambia constantemente de valor e
invierte su dirección a intervalos regulares. En el
caso de un alternador, esos cambios son resultado de la
rotación de la armadura o inducido, ya que cada vuelta del
alambre del embobinado corta las líneas de fuerza del
campo magnético en una dirección y luego en la dirección opuesta, ocasionando así
que los electrones se muevan alternativamente en una dirección y luego en la dirección contraria.
De acuerdo con esto, una alternación es el cambio de
intensidad que sufre una corriente alterna
mientras se mueve en una dirección, creciendo su
intensidad de cero a su valor
máximo y volviendo nuevamente a cero. Dos alternaciones,
una en una dirección y la otra en la dirección
contraria o negativa, forman un ciclo. En un alternador de dos
polos, cuando la armadura haya efectuado una revolución
completa habrá recorrido 360 º eléctricos y
habrá ocurrido un ciclo. El número de ciclos que
ocurren durante un segundo constituye la frecuencia de la
corriente
alterna, la cual se simboliza con la letra f. Otro
parámetro importante de la corriente alterna
es el periodo, que se simboliza con la letra T, el periodo y la
frecuencia son recíprocos el uno del otro,
cumpliéndose la siguiente ecuación:
La frecuencia se mide usualmente en ciclos por segundo o Hertzios
(Hz). En la siguiente figura nos podemos hacer una idea
más clara del periodo y la frecuencia de una
onda:
Tipos de osciloscopios
Los equipos electrónicos se dividen en dos tipos:
Analógicos y Digitales. Los primeros
trabajan con variables
continuas mientras que los segundos lo hacen con variables
discretas. Los primeros trabajan directamente con la señal
aplicada, está una vez amplificada desvía un haz de
electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En
contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un
conversor analógico-digital (A/D) para almacenar
digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo
posteriormente esta información en la pantalla.
Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los
analógicos son preferibles cuando es prioritario
visualizar variaciones rápidas de la señal de
entrada en tiempo real. Los
osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y
estudiar eventos no
repetitivos (picos de tensión que se producen
aleatoriamente).
Osciloscopios analógicos
Cuando se conecta la sonda a un circuito, la señal
atraviesa esta última y se dirige a la sección
vertical. Dependiendo de donde situemos el mando del amplificador
vertical atenuaremos la señal ó la amplificaremos.
En la salida de este bloque ya se dispone de la suficiente
señal para atacar las placas de deflexión
verticales y que son las encargadas de desviar el haz de
electrones, que surge del cátodo e impacta en la capa
fluorescente del interior de la pantalla, en sentido vertical.
Hacia arriba si la tensión es positiva con respecto al
punto de referencia (GND) ó hacia abajo si es
negativa.
La señal también atraviesa la sección de
disparo para de esta forma iniciar el barrido horizontal (este es
el encargado de mover el haz de electrones desde la parte
izquierda de la pantalla a la parte derecha en un determinado
tiempo). El
trazado (recorrido de izquierda a derecha) se consigue aplicando
la parte ascendente de un diente de sierra a las placas de
deflexión horizontal, y puede ser regulable en tiempo actuando
sobre el mando TIME-BASE. El trazado (recorrido de derecha a
izquierda) se realiza de forma mucho más rápida con
la parte descendente del mismo diente de sierra.
De esta forma la acción combinada del trazado horizontal y
de la deflexión vertical traza la gráfica de la
señal en la pantalla. La sección de disparo es
necesaria para estabilizar las señales repetitivas (se
asegura que el trazado comience en el mismo punto de la
señal repetitiva).
Como conclusión para utilizar de forma correcta un
osciloscopio analógico necesitamos realizar tres ajustes
básicos:
La atenuación ó amplificación que necesita
la señal. Utilizar el mando AMPL para ajustar la amplitud
de la señal antes de que sea aplicada a las placas de
deflexión vertical. Conviene que la señal ocupe una
parte importante de la pantalla sin llegar a sobrepasar los
límites.
La base de tiempos. Utilizar el mando TIME-BASE para ajustar lo
que representa en tiempo una división en horizontal de la
pantalla. Para señales repetitivas es conveniente que en
la pantalla se puedan observar aproximadamente un par de
ciclos.
Disparo de la señal. Utilizar los mandos TRIGGER LEVEL
(nivel de disparo) y TRIGGER SELECTOR (tipo de disparo) para
estabilizar lo mejor posible señales repetitivas.
Por supuesto, también deben ajustarse los controles que
afectan a la visualización: FOCUS (enfoque), INTENS
(intensidad) nunca excesiva, Y-POS (posición vertical del
haz) y X-POS (posición horizontal del haz).
Osciloscopios digitales
Los osciloscopios digitales poseen además de las secciones
explicadas anteriormente un sistema adicional
de proceso de
datos que
permite almacenar y visualizar la señal.
Cuando se conecta la sonda de un osciloscopio digital a un
circuito, la sección vertical ajusta la amplitud de la
señal de la misma forma que lo hacia el osciloscopio
analógico.
El conversor analógico-digital del sistema de
adquisición de datos hace un
muestreo la
señal a intervalos de tiempo determinados y convierte la
señal de voltaje continua en una serie de valores
digitales llamados muestras. En la sección
horizontal una señal de reloj determina cuando el
conversor A/D toma una muestra. La
velocidad de
este reloj se denomina velocidad de
muestreo y se
mide en muestras por segundo.
Los valores
digitales muestreados se almacenan en una memoria como
puntos de señal. El número de los puntos de
señal utilizados para reconstruir la señal en
pantalla se denomina registro. La
sección de disparo determina el comienzo y el final de los
puntos de señal en el registro. La
sección de visualización recibe estos puntos del
registro, una
vez almacenados en la memoria,
para presentar en pantalla la señal.
Dependiendo de las capacidades del osciloscopio se pueden tener
procesos
adicionales sobre los puntos muestreados, incluso se puede
disponer de un predisparo, para observar procesos que
tengan lugar antes del disparo.
Fundamentalmente, un osciloscopio digital se maneja de una forma
similar a uno analógico, para poder tomar
las medidas se necesita ajustar el mando AMPL, el mando TIME-BASE
así como los mandos que intervienen en el
disparo.
Terminología
Existe un término general para describir un patrón
que se repite en el tiempo: onda. Existen ondas de sonido, ondas
oceánicas, ondas cerebrales y por supuesto, ondas de
tensión. Un osciloscopio mide estas últimas. Un
ciclo es la mínima parte de la onda que se repite
en el tiempo. Una forma de onda es la
representación gráfica de una onda. Una forma de
onda de tensión siempre se presentará con el tiempo
en el eje horizontal (X) y la amplitud en el eje vertical
(Y).
La forma de onda nos proporciona una valiosa información sobre la señal. En
cualquier momento podemos visualizar la altura que alcanza y, por
lo tanto, saber si el voltaje ha cambiado en el tiempo (si
observamos, por ejemplo, una línea horizontal podremos
concluir que en ese intervalo de tiempo la señal es
constante). Con la pendiente de las líneas diagonales,
tanto en flanco de subida como en flanco de bajada, podremos
conocer la velocidad en
el paso de un nivel a otro, pueden observarse también
cambios repentinos de la señal (ángulos muy agudos)
generalmente debidos a procesos
transitorios.
Tipos de ondas
Se pueden clasificar las ondas
en los cuatro tipos siguientes:
- Ondas senoidales
- Ondas cuadradas y rectangulares
- Ondas triangulares y en diente de sierra.
- Pulsos y flancos ó escalones.
Ondas senoidales
Son las ondas
fundamentales y eso por varias razones: Poseen unas propiedades
matemáticas muy interesantes (por ejemplo
con combinaciones de señales senoidales de diferente
amplitud y frecuencia se puede reconstruir cualquier forma de
onda), la señal que se obtiene de las tomas de corriente
de cualquier casa tienen esta forma, las señales de
test producidas
por los circuitos
osciladores de un generador de señal son también
senoidales, la mayoría de las fuentes de
potencia en AC
(corriente
alterna) producen señales senoidales.
La señal senoidal amortiguada es un caso especial de este
tipo de ondas y se producen en fenómenos de
oscilación, pero que no se mantienen en el
tiempo.
Ondas cuadradas y rectangulares
Las
ondas cuadradas son básicamente ondas que pasan de un
estado a otro
de tensión, a intervalos regulares, en un tiempo muy
reducido. Son utilizadas usualmente para probar amplificadores
(esto es debido a que este tipo de señales contienen en si
mismas todas las frecuencias). La
televisión, la radio y los
ordenadores utilizan mucho este tipo de señales,
fundamentalmente como relojes y temporizadores.
Las ondas rectangulares se diferencian de las cuadradas en no
tener iguales los intervalos en los que la tensión
permanece a nivel alto y bajo. Son particularmente importantes
para analizar circuitos
digitales.
Ondas triangulares y en diente de
sierra
Se producen en circuitos
diseñados para controlar voltajes linealmente, como pueden
ser, por ejemplo, el barrido horizontal de un osciloscopio
analógico ó el barrido tanto horizontal como
vertical de una televisión. Las transiciones entre el nivel
mínimo y máximo de la señal cambian a un
ritmo constante. Estas transiciones se denominan
rampas.
La onda en diente de sierra es un caso especial de señal
triangular con una rampa descendente de mucha más
pendiente que la rampa ascendente.
Pulsos y flancos ó escalones
Señales, como los flancos y los pulsos, que solo se
presentan una sola vez, se denominan señales
transitorias. Un flanco ó escalón indica un
cambio
repentino en el voltaje, por ejemplo cuando se conecta un
interruptor de alimentación. El
pulso indicaría, en este mismo ejemplo, que se ha
conectado el interruptor y en un determinado tiempo se ha
desconectado. Generalmente el pulso representa un bit de información atravesando un circuito de un
ordenador digital ó también un pequeño
defecto en un circuito (por ejemplo un falso contacto
momentáneo). Es común encontrar señales de
este tipo en ordenadores, equipos de rayos X y de
comunicaciones.
Voltaje
Voltaje es la diferencia de
potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito.
Normalmente uno de esos puntos suele ser masa (GND, 0v), pero no
siempre, por ejemplo se puede medir el voltaje pico a pico de una
señal (Vpp) como la diferencia entre el
valor
máximo y mínimo de esta. La palabra amplitud
significa generalmente la diferencia entre el valor máximo
de una señal y masa. En la serie de valores que
experimenta una corriente alterna o una fuerza
electromotriz senoidal, en el transcurso de un ciclo, el
más alto posible es cuando el inductor corta el mayor
número posible de líneas de fuerza. Este
valor se denomina "Valor máximo" y es positivo a 90 º
y negativo a 270 º eléctricos. Se llama valor
instantáneo al valor de la corriente o del voltaje en un
momento cualquiera. El valor máximo es un valor
instantáneo, lo mismo que el valor de cero y cualquier
otro comprendido entre estos dos.
Desde el punto de vista práctico, es de gran importancia
el "valor efectivo' o rms, que es el valor que registran los
instrumentos de medición para corriente alterna. El valor
rms es el que produce el mismo efecto térmico (de calor) que el
de una corriente directa. Así, por ejemplo, si una
corriente directa de 5 amperios calienta el agua de una
vasija a una temperatura de
90 º C, una corriente alterna que produzca la misma
elevación de temperatura
tendrá un valor efectivo o rms de 5 amperios.
El valor medio de una onda alterna senoidal pura es cero, dado
que la semionda positiva es igual y de signo contrario a la
semionda negativa. De ahí que cuando se habla de valor
medio siempre se refiera al valor medio de una semionda. El valor
medio de una senoide simétrica se define como la media
algebraica de los valores
instantáneos durante un semiperiodo. También
podemos decir que el valor medio es una ordenada tal que el
área del rectángulo a que da lugar es igual al
área del semiperiodo. Se representa añadiendo el
subíndice med a la letra mayúscula de la
magnitud de la cual se trate, Emed,
Imed, Pmed, etcétera.
Tiene por expresión matemática:
Relaciones entre los valores
pico a pico, máximo y efectivo
El valor máximo es la mitad del valor pico a pico, y el
valor rms se obtiene dividiendo el valor pico a pico por , por
ejemplo si obtenemos en una medición un valor de voltaje
pico a pico de 18 voltios y deseamos obtener el valor
máximo y el valor rms, procederemos como sigue:
Luego el voltaje máximo en nuestro ejemplo es de 9
voltios, el voltaje rms es de 6,364 voltios y el voltaje medio es
de 5,730 voltios.
Fase
La fase se puede explicar mucho mejor si
consideramos la forma de onda senoidal. La onda senoidal se puede
extraer de la circulación de un punto sobre un circulo de
360 º. Un ciclo de la señal senoidal abarca los 360
º.
Cuando se comparan dos señales senoidales de la
misma frecuencia puede ocurrir que ambas no estén en fase,
o sea, que no coincidan en el tiempo los pasos por puntos
equivalentes de ambas señales. En este caso se dice que
ambas señales están desfasadas, pudiéndose
medir el desfase con una simple regla de tres:
Siendo t el tiempo de retraso entre una señal y
otra.
Parámetros que influyen en la calidad de un
osciloscopio
Ancho de Banda
Especifica el rango de
frecuencias en las que el osciloscopio puede medir con
precisión. Por convenio el ancho de banda se calcula desde
0Hz (continua) hasta la frecuencia a la cual una señal de
tipo senoidal se visualiza a un 70.7% del valor aplicado a la
entrada (lo que corresponde a una atenuación de 3dB).
Tiempo de subida
Es otro de los
parámetros que nos dará, junto con el anterior, la
máxima frecuencia de utilización del osciloscopio.
Es un parámetro muy importante si se desea medir con
fiabilidad pulsos y flancos (recordar que este tipo de
señales poseen transiciones entre niveles de
tensión muy rápidas). Un osciloscopio no puede
visualizar pulsos con tiempos de subida más rápidos
que el suyo propio.
Sensibilidad vertical
Indica la facilidad del
osciloscopio para amplificar señales débiles. Se
suele proporcionar en mV por división vertical,
normalmente es del orden de 5 mV/div (llegando hasta 2
mV/div).
Velocidad
Para osciloscopios analógicos
esta especificación indica la velocidad
máxima del barrido horizontal, lo que nos permitirá
observar sucesos más rápidos. Suele ser del orden
de nanosegundos por división horizontal.
Exactitud en la ganancia
Indica la
precisión con la cual el sistema vertical
del osciloscopio amplifica ó atenúa la
señal. Se proporciona normalmente en porcentaje
máximo de error.
Exactitud de la base de tiempos
Indica la
precisión en la base de tiempos del sistema
horizontal del osciloscopio para visualizar el tiempo.
También se suele dar en porcentaje de error
máximo.
Resolución vertical
Se mide en bits y es
un parámetro que nos da la resolución del conversor
A/D del osciloscopio digital. Nos indica con que precisión
se convierten las señales de entrada en valores
digitales almacenados en la memoria.
Técnicas de cálculo
pueden aumentar la resolución efectiva del
osciloscopio.
Funcionamiento del Osciloscopio
Los siguientes son los pasos para el correcto manejo del
osciloscopio:
Poner a tierra
Una buena conexión a
tierra es muy
importante para realizar medidas con un osciloscopio. Por
seguridad es
obligatorio colocar a tierra el
osciloscopio. Si se produce un contacto entre un alto voltaje y
la carcasa de un osciloscopio no puesto a tierra,
cualquier parte de la carcasa, incluidos los mandos, puede
producirle un peligroso shock. Mientras que un osciloscopio bien
colocado a tierra, la
corriente, que en el anterior caso atravesaría al usuario,
se desvía a la conexión de tierra.
Para conectar a tierra un osciloscopio se necesita unir el chasis
del osciloscopio con el punto de referencia neutro de
tensión (comúnmente llamado tierra). Esto se
consigue empleando cables de alimentación con tres
conductores (dos para la alimentación y uno
para la toma de tierra).
El osciloscopio necesita, por otra parte, compartir la misma masa
con todos los circuitos bajo prueba a los que se conecta.
Algunos osciloscopios pueden funcionar a diferentes tensiones de
red y es muy
importante asegurarse que esta ajustado a la misma de la que
disponemos en las tomas de tensión.
Ponerse a tierra uno mismo
Si se
trabaja en circuitos
integrados (ICs), especialmente del tipo CMOS, es necesario
colocarse a tierra uno mismo. Esto es debido a que ciertas partes
de estos circuitos
integrados son susceptibles de estropearse con la
tensión estática
que almacena nuestro propio cuerpo. Para resolver este problema
se puede emplear una correa conductora que se conectará
debidamente a tierra, descargando la electricidad
estática que posea su cuerpo.
Ajuste inicial de los controles
Después de conectar el osciloscopio a la toma de red y de alimentarlo
pulsando en el interruptor de encendido:
Es necesario familiarizarse con el panel frontal del
osciloscopio. Todos los osciloscopios disponen de tres secciones
básicas que llamaremos: Vertical,
Horizontal, y Disparo. Dependiendo del tipo de
osciloscopio empleado en particular, podemos disponer de otras
secciones.
Existen unos conectores BNC, donde se colocan las sondas de
medida.
La mayoría de los osciloscopios actuales disponen
de dos canales etiquetados normalmente como I y II (ó A y
B). El disponer de dos canales nos permite comparar
señales de forma muy cómoda.
Algunos osciloscopios avanzados poseen un interruptor etiquetado
como AUTOSET ó PRESET que ajustan los controles en un solo
paso para ajustar perfectamente la señal a la pantalla. Si
el osciloscopio no posee esta característica, es importante ajustar los
diferentes controles del aparato a su posición standard
antes de proceder a medir.
Estos son los pasos más recomendables:
- Ajustar el osciloscopio para visualizar el canal I.
(Al mismo tiempo se colocará como canal de disparo el
I). - Ajustar a una posición intermedia la escala
voltios/división del canal I (por ejemplo
1v/cm). - Colocar en posición calibrada el mando
variable de voltios/división (potenciómetro
central). - Desactivar cualquier tipo de multiplicadores
verticales. - Colocar el conmutador de entrada para el canal I en
acoplamiento DC. - Colocar el modo de disparo en
automático. - Desactivar el disparo retardado al mínimo
ó desactivado. - Situar el control de
intensidad al mínimo que permita apreciar el trazo en la
pantalla, y el trazo de focus ajustado para una
visualización lo más nítida posible
(generalmente los mandos quedaran con la
señalización cercana a la posición
vertical).
Sondas de medida
Con los pasos
detallados anteriormente, ya estamos en condiciones de conectar
la sonda de medida al conector de entrada del canal I. Es muy
importante utilizar las sondas diseñadas para trabajar
específicamente con el osciloscopio. Una sonda no es, ni
mucho menos, un cable con una pinza, sino que es un conector
específicamente diseñado para evitar ruidos que
puedan perturbar la medida.
Además, las sondas se construyen para que tengan un efecto
mínimo sobre el circuito de medida. Esta facultad de la
sondas recibe el nombre de efecto de carga, para minimizarla se
utiliza un atenuador pasivo, generalmente de x10.
Este tipo de sonda se proporciona generalmente con el
osciloscopio y es una excelente sonda de utilización
general. Para otros tipos de medidas se utilizan sondas
especiales, como pueden ser las sondas de corriente ó las
activas.
Sondas pasivas
La mayoría de las sondas pasivas están marcadas con
un factor de atenuación, normalmente 10X ó 100X.
Por convenio los factores de atenuación aparecen con el
signo X detrás del factor de división. En contraste
los factores de amplificación aparecen con el signo X
delante (X10 ó X100).
La sonda más utilizada posiblemente sea la 10X,
reduciendo la amplitud de la señal en un factor de 10. Su
utilización se extiende a partir de frecuencias superiores
a 5 KHz y con niveles de señal superiores a 10 mV. La
sonda 1X es similar a la anterior pero introduce más carga
en el circuito de prueba, pero puede medir señales con
menor nivel. Por comodidad de uso se han introducido sondas
especiales con un conmutador que permite una utilización
1X ó 10X. Cuando se utilicen este tipo de sondas hay que
asegurarse de la posición de este conmutador antes de
realizar una medida.
Compensación de la sonda
Antes de utilizar una sonda atenuadora 10X es necesario realizar
un ajuste en frecuencia para el osciloscopio en particular sobre
el que se vaya a trabajar. Este ajuste se denomina
compensación de la sonda y consta de los siguientes
pasos.
- Conectar la sonda a la entrada del canal
I. - Conectar la punta de la sonda al punto de
señal de compensación (La mayoría de los
osciloscopios disponen de una toma para ajustar las sondas, en
caso contrario será necesario utilizar un generador de
onda cuadrada).
- Conectar la pinza de cocodrilo de la sonda a
masa. - Observar la señal cuadrada de referencia en la
pantalla. - Con el destornillador de ajuste, actuar sobre el
condensador de ajuste hasta observar una señal cuadrada
perfecta.
Sondas activas
Proporcionan una amplificación antes de aplicar la
señal a la entrada del osciloscopio. Pueden ser necesarias
en circuitos con una potencia de
salida muy baja. Este tipo de sondas necesitan para operar una
fuente de alimentación.
Sondas de corriente
Posibilitan la medida directa de las corrientes en un circuito.
Las hay para medida de corriente alterna y continua. Poseen una
pinza que abarca el cable a través del cual se desea medir
la corriente. Al no situarse en serie con el circuito causan muy
poca interferencia en él.
¿Qué podemos hacer con un
osciloscopio?.
- Medir directamente la tensión (voltaje) de una
señal. - Medir directamente el periodo de una
señal. - Determinar indirectamente la frecuencia de una
señal. - Medir la diferencia de fase entre dos
señales. - Determinar que parte de la señal es DC y cual
AC. - Localizar averías en un circuito.
- Determinar que parte de la señal es ruido y como
varia este en el tiempo.
Medida de tensiones con el Osciloscopio
Las pantallas de los Osciloscopios vienen calibradas con un
reticulado de modo que en función de las ganancias
seleccionadas para los circuitos internos, podemos usarlas como
referencias para medir tensiones. Así si la llave
selectora de ganancia estuviera en la posición de 1V/div,
lo que corresponde a 1 voltio por cada división,
bastará centrar la señal para poder obtener
diversas lecturas sobre su intensidad a partir de la forma de
onda.
En la figura por ejemplo, tenemos un ejemplo de señal de 3
voltios de tensión máxima o 6 voltios de
tensión pico a pico, si la llave selectora está en
la posición 1V/div.
Este procedimiento no
sólo se aplica a señales alternadas. También
las tensiones continuas pueden medirse con el osciloscopio. Una
vez centrado el trazo en la pantalla, aplicamos en la entrada
vertical la tensión que queremos medir. El alejamiento del
trazo en la vertical (para arriba o para abajo) va a depender de
la tensión de entrada.
Si la señal analizada tiene forma de onda conocida
—senoidal, triangular, rectangular—además de
los valores de
pico resulta fácil obtener otros valores como
por ejemplo el valor medio, el valor rms. Del mismo modo si se
trata de una señal de audio de forma conocida,
también podemos calcular la potencia.
En cada una de las posiciones del atenuador vertical, se puede
leer directamente la tensión necesaria para desviar el
trazo un centímetro, en sentido vertical. Esto nos permite
realizar mediciones de tensión sobre la pantalla, tanto de
continua como de alterna. En ambos casos, se situará el
conmutador de acoplamiento en la posición adecuada. La
medida de una tensión alterna se realizará contando
los centímetros o cuadros de la retícula que ocupa
la señal sobre la pantalla, multiplicándolos por el
factor de conversión seleccionado con el conmutador de
vertical, teniendo en cuenta que cuanto mayor sea el espacio
ocupado por la señal, sobre la pantalla, más fiable
será la medida realizada.
Al realizar una medida de tensión continua, o bien su
componente dentro de una forma de onda, lo que mediremos
será el desplazamiento vertical que experimenta la
deflexión a partir de una determinada referencia. Este
desplazamiento nos indicará además, la polaridad de
la tensión continua medida, según sea hacia la
parte superior de la retícula (tensión positiva) o
hacia la parte inferior (tensión negativa).
Medida de Tiempos con el Osciloscopio
La distancia respecto al tiempo, entre dos puntos determinados,
se puede calcular a partir de la distancia física en
centímetros existente entre dichos puntos y
multiplicándola por el factor indicado en el conmutador de
la base de tiempos. En el ejemplo anterior si la llave selectora
de intervalo de tiempo estuviera en .01 segundo, el tiempo del
ciclo dibujado sería de .1 segundo, es decir, esta
sería una onda de periodo igual a .1 segundo.
Medida de frecuencia
La frecuencia propia de una señal determinada se puede
medir sobre un osciloscopio con arreglo a dos métodos
distintos:
- A partir de la medida de un período de dicha
señal según la aplicación del método
anterior y empleando la fórmula: - Mediante la comparación entre una frecuencia
de valor conocido y la que deseamos conocer.
En este caso el osciloscopio se hace trabajar en
régimen X/Y (Deflexión exterior).
Aplicando cada una de las señales, a las entradas "X" e
"Y" del osciloscopio y en el caso de que exista una
relación armónica completa entre ambas, se
introduce en la pantalla una de las llamadas "figuras de
Lissajous", a la vista de la cual se puede averiguar el
número de veces que una frecuencia contiene a la otra y
por lo tanto deducir el valor de la frecuencia desconocida.
Medida de fase
El sistema anterior de medida de frecuencia mediante el empleo de las
"curvas de Lissajous", se puede utilizar igualmente para
averiguar el desfase en grados existente entre dos señales
distintas de la misma frecuencia. Hacemos trabajar el
osciloscopio con deflexión horizontal exterior, aplicando
a sus entradas horizontal y vertical (X/Y) las dos señales
que se desean comparar.
Mediante esta conexión se formará en la
pantalla una "curva de Lissajous" que debidamente interpretada
nos dará la diferencia de fase existente entre las dos
formas de onda que se comparan.
En los anteriores dibujos, se
dan algunos ejemplos de este sistema de aplicación.
Aparte de los ejemplos de medida anteriores, en el caso de que se
requiera una mayor precisión en la medida de un desfase y
empleando igualmente las curvas de Lissajous.
Si se dispone de un osciloscopio con doble canal vertical, se
puede también medir el desfase entre dos señales de
igual frecuencia, mediante la aplicación a cada canal
vertical de una de las señales que se desea comparar.
El osciloscopio trabaja en este caso con su propia
deflexión horizontal, con lo que se podrán comparar
las señales y apreciar su grado de desfase.
Referencias bibliográficas:
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B J
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