Viernes, 26 de Julio de 2013

Técnico en Electrónica: El osciloscopio

El osciloscopio de rayos catódicos es un instrumento muy utilizado en electrónica. En este post nos enfocamos en esta herramienta vital que nos permitirá conocer las variaciones de tensión de nuestro circuito.

El osciloscopio es un instrumento que permite reproducir, en forma gráfica, las variaciones de señales de tensión a través del tiempo, en una pantalla. De este modo, es posible analizar, con gran detalle, distintas formas de onda y comprender el funcionamiento de un circuito. Este elemento es una herramienta esencial en cualquier laboratorio o taller de electrónica y en otras áreas también, por ejemplo, la militar y la médica.

Mediciones con osciloscopio

El concepto básico de este instrumento es que representa formas de onda en dos dimensiones. El eje vertical, o eje Y, se usa en general para representar la tensión de entrada, mientras que el horizontal, o eje X, se emplea usualmente como eje de tiempo. Así, tendremos en pantalla una representación temporal de la señal de tensión aplicada a la entrada. En los osciloscopios duales y en los multicanales, es factible representar dos o más señales en pantalla en forma simultánea, lo cual resulta práctico para comparar distintas formas de onda y analizar su interacción.

Aunque la representación temporal de formas de onda es la aplicación más común en los osciloscopios, también es posible representar de manera gráfica el comportamiento de una variable respecto de otra, o funciones paramétricas. Una aplicación de este último caso son las figuras de Lissajous, mediante las cuales podemos determinar gráficamente algunos parámetros y relaciones de dos formas de onda de manera simultánea.

Más allá de que la filosofía de funcionamiento de estos instrumentos es la misma, existen diferentes tipos que nos permiten clasificarlos en categorías. Las categorías más importantes se refieren a analógicos y digitales. A su vez, dentro de estas, tenemos subcategorías, como por ejemplo, los osciloscopios persistencia y los osciloscopios muestreo.

Osciloscopio analógico: utiliza el principio de deflexión electrostática de un haz de electrones, para crear las gráficas en un tubo de rayos catódicos (TRC ). Aquí, las tensiones aplicadas a las placas deflectoras X e Y producen un punto que se mueve en la pantalla. En el eje horizontal, esto es controlado por una base de tiempos, mientras que, en el eje vertical, la deflexión es proporcional a la amplitud de la señal de entrada.

De almacenamiento digital y de fósforo: un osciloscopio de almacenamiento digital (DSO ) es la forma convencional de los osciloscopios digitales y emplea pantallas del tipo raster, como las usadas en los monitores de PC para representar las gráficas. El equipo convierte la señal de entrada a un formato digital, por medio de técnicas de conversión analógico-digital, para luego guardar esta información y procesar la señal. La limitante está en la velocidad de la conversión.

Por su parte, el osciloscopio de fósforo digital (DPO ), con poco más de una década en el mercado, es una variación muy versátil del DSO, que utiliza una arquitectura de procesamiento en paralelo para permitir el análisis de señales que resultarían prácticamente imposibles con un DSO. Se especializa en el muestreo de fenómenos  transitorios que ocurren en el inicio de los sistemas digitales (pulsos, glitches y errores de transición).

Funcionamiento interno

En el osciloscopio, una señal con forma de rampa, proveniente de la base de tiempos, produce el movimiento del haz en el sentido horizontal. La señal por medir, convenientemente acondicionada, ocasiona el movimiento en sentido vertical.

La base de tiempos se sincroniza con un instante de la señal por medir y está calibrada de modo de hacer  corresponder el desplazamiento del haz con una medida temporal, y visualizar la señal en la pantalla.

Ancho de banda

En un osciloscopio analógico, la respuesta en frecuencia del amplificador vertical ocasiona una atenuación gradual de las señales de alta frecuencia. Por ejemplo, un osciloscopio de 20 MHz puede visualizar correctamente una señal  senoidal de 20 MHz, pero puede mostrar señales de mayor frecuencia, solo que serán atenuadas por el amplificador vertical del osciloscopio.

En el caso de un osciloscopio digital, existe una frecuencia de muestreo, que es la que determina la cantidad de muestras de la señal que el osciloscopio toma para reconstruirla. El fabricante especifica, además, el ancho de banda de forma similar al osciloscopio analógico. Para poder visualizar de manera correcta una señal, debemos garantizar que sus componentes más importantes entren en el ancho de banda que puede mostrar el osciloscopio.

Disparo

La base de tiempos debe sincronizarse con la señal por visualizar para que siempre arranque la visualización en el mismo instante. Para esto, el osciloscopio incorpora un circuito de comparación, que genera un pulso de sincronismo interno basado en la observación del nivel de la señal y el sentido (ascendente o descendente) en el que lo cruza.

Esta comparación puede hacerse, además, con una señal externa. Existen, también, otros modos de trabajo en los que se fuerza un disparo aun sin señal, para ver señales sin variaciones, o se lo demora por un cierto tiempo, para evitar redisparos no deseados en señales complejas.

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