QUE ES UN OSCILOSCOPIO?.
El osciloscopio es un
instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de
señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en
electrónica de señal,frecuentemente junto a un analizador de espectro.
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" .
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 ANALOGICO.
La tensión a medir se
aplica a las placas de desviación vertical oscilante de un tubo de
rayos catódicos (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.
En el tubo de rayos
catódicos el rayo de electrones generado por el cátodo y acelerado por
el ánodo 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.
Tipos de señal.
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. Para solucionar este problema se utilizan señales de
sincronismo con la señal de entrada para disparar el barrido horizontal
(trigger level) 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 de
la pantalla. Esto se soluciona colocando un potencial post-acelerador en
el tubo de rayos catódicos.
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.
Otra forma de
solucionar el problema es dando distintas pendientes al diente de sierra
del barrido horizontal. Esto permite que tarde más tiempo en barrer
toda la pantalla, y por ende pueden visualizarse señales de baja
frecuencia pero se verá un punto desplazándose a través de la pantalla
debido a que la persistencia fosfórica no es elevada.
Sólo
se pueden ver transitorios si éstos son repetitivos; pero puede
utilizarse un osciloscopio con base de tiempo disparada. Este tipo de
osciloscopio tiene un modo de funcionamiento denominado «disparo único».
Cuando viene un transitorio el osciloscopio mostrará este y sólo este,
dejando de barrer una vez que la señal ya fue impresa en la pantalla.
OSCILOSCOPIO DIGITAL.
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
asi mismo equipos que combinan etapas analógicas y digitales.
La principal
característica de un osciloscopio digital es la velocidad de muestreo,
la misma determinara el ancho de banda máximo que puede medir el
instrumento basandose en el Teorema de Nyquist. Viene expresada en MS/s
(millones de samples /muestras/ por segundo).
La mayoría de los
osciloscopios digitales en la actualidad están basados en control por
FPGA (del inglés Field Programmable Gate Array), el cual es el elemento
controlador del conversor analógico a digital de alta velocidad del
aparato y demás circuitería interna, como memoria, buffers, entre otros.
Estos osciloscopios
añaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de obtener con
circuitería analógica, como los 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.
El cañón electrónico.
Los
electrones son emitidos por un cátodo de caldeo, que tiene forma de un
cilindro cerrado por un extremo mediante una plaquita.
Esta
placa está recubierta por óxidos de bario y estroncio que emiten un haz
de electrones de alta densidad. El cátodo se calienta mediante un
elemento calefactor en forma de hélice que está contenido en el
cilindro.
A continuación, y muy
próximo al cátodo viene la rejilla de control que tiene un orificio más
pequeño que la superficie emisora.
Una segunda rejilla de control acelera los electrones que han pasado através de la primera rejilla.
El
siguiente elemento dentro del tubo, es el denominado ánodo de enfoque.
Que tiene forma cilíndrica con varios orificios. Finalmente, tenemos el
ánodo acelerador.
La pantalla del tubo
de rayos catódico sestá recubierta internamente con una sustancia
fosforosa que destellavisiblemente cuando incide sobre ella un haz de
electrones.
Se denomina
luminiscencia a una propiedadradiativa de los sólidos. La sustancia
brilla cuando se ilumina con luz delongitud de onda apropiada o se
excita por algún otro medio como el choque conun haz de electrones.
Cuando
se lleva un electrón de la banda devalencia a la banda de conducción,
deja un hueco en la banda de valencia. En unared perfectamente pura y
regular, el electrón regresa a la banda de valencia.
Si la
red tiene impurezas que introduzcan niveles de energía en la región
prohibida, un electrón que ocupe un nivel de impureza bajo, puede llenar
el hueco en la banda de valencia, mientras que el electrón en la banda
de conducción puede caer a alguno de los niveles de impureza cercanos a
dicha banda.
Cuando el electrón
pasa de un nivel dei mpureza cercano a la banda de conducción a un nivel
de impureza de baja energía, emite radiación que se denomina
luminiscencia.
El electrón situado
en la banda de conducción puede caer en una trampa, desde la cual está
prohibida una transición al nivel fundamental de impureza.
Al cabo de cierto
tiempo, el electrón puede regresar a la banda de conducción, después de
lo cual pasa de aun nivel de impureza cercano a la banda de conducción y
a continuación, alnivel fundamental de impureza.
Debido al tiempo
empleado en este proceso,que puede ser de varios segundos, el proceso se
llama fosforescencia. Lasustancias que se comportan de esta manera como
el sulfuro de cinc se usan enlas pantallas de los tubos de rayos
catódicos, televisión, etc.
Cuando el haz de
electrones choca contra elmaterial de la pantalla, otros electrones son
expulsados del fósforo. Estoselectrones libres, se denominan electrones
secundarios y son recogidos por unrecubrimiento de grafito en polvo que
se aplica a la superficie interna deltubo. El grafito es conductor de la
electricidad y lleva los electrones alterminal positivo de la fuente de
alimentación.
UN ESQUEMA DE SU FUNCIONAMIENTO.
PARTES DE UN OSCILOSCOPIO.
Las partes
principales de las que está formado todo osciloscopio son: el tubo de
rayos catódicos, un amplificador para la señal vertical y otro para la
horizontal, una fuente de alimentación, una base de tiempos y un sistema
de sincronismo.
TUBO DE RAYOS CATÓDICOS.
El tubo de rayos
catódicos (T.R.C.) es lo que comúnmente denominamos pantalla, aunque no
solo está compuesto de ésta sino que en el interior tiene más partes. El
fundamento de estos tubos es igual al que vimos al hablar de la
televisión. Su principal función es que permite visualizar la señal que
se está estudiando, utilizando para ello sustancias fluorescentes que
proporcionan una luz normalmente verde.
muestra de como se ve una pantalla de ocsiloscopio.
En la pantalla
aparecen un conjunto de líneas reticuladas que sirven como referencia
para realizar las medidas. Dichas líneas están colocadas sobre la parte
interna del cristal, estando así la traza dibujada por el haz de
electrones y la cuadrícula en el mismo plano, lo cual evita muchos
errores de apreciación. Según el modelo de osciloscopio la cuadrícula
que se utiliza puede ser de un tamaño o de otro. Algunos de los más
comunes son de 8 x 10, 10 x 10, 6 x 10, etc. Además de las divisiones
principales representadas por la cuadrícula, normalmente suele haber
otras subdivisiones que son utilizadas para realizar medidas más
precisas.
BASE DE TIEMPOS.
Otra de las partes
del osciloscopio es la base de tiempos. La función de este circuito es
conseguir que la tensión aplicada aparezca en la pantalla como función
del tiempo. El sistema de coordenadas está formado por el eje vertical y
el horizontal, siendo en este último donde se suelen representar los
tiempos. El circuito de base de tiempos debe conseguir que el punto
luminoso se desplace periódicamente y con una velocidad constante en el
eje horizontal sobre la pantalla de izquierda a derecha, volviendo luego
rápidamente a la posición original y repitiendo todo el proceso. Para
conseguir este proceso el circuito de base de tiempos debe proporcionar a
las placas horizontales una tensión variable cuya forma debe ser la de
diente de sierra.
La forma de estas
ondas ya la conocemos, aumenta la tensión hasta un punto máximo, a
partir del cual desciende rápidamente en lo que se denomina tiempo de
retorno, ya que retorna al punto original (0 de tensión). El tiempo que
se tarda en alcanzar el punto máximo de tensión es exactamente el mismo
que se va a tardar en recorrer toda la pantalla de izquierda a derecha
en el eje horizontal. El tiempo de retorno es lo que se tarda en volver
al punto origen de la pantalla, es decir, a la izquierda de la misma. El
tiempo en recorrer la pantalla de izquierda a derecha siempre va a ser
mayor que el tiempo de retorno; de hecho, cuanto menor sea el tiempo de
retorno mejor será la reproducción de la señal en la pantalla. Según sea
la frecuencia de la tensión de diente de sierra, el punto luminoso se
desplazará con mayor o menor rapidez por la pantalla. Por lo tanto, nos
interesa que el circuito de base de tiempos proporcione una frecuencia
variable, para que el rango de frecuencias que se puedan analizar sea
muy grande y abarque desde las frecuencias muy cortas hasta las muy
elevadas.
AMPLIFICADOR HORIZONTAL.
El
amplificador horizontal tiene como cometido amplificar las señales que
entren por la entrada horizontal (X). Normalmente se emplea para
amplificar las señales que son enviadas desde el circuito de base de
tiempos. A dichas señales se les proporciona una amplitud suficiente
para que se pueda producir el desvío del haz de electrones a lo ancho de
toda la pantalla. Algunas veces no es necesario conectar las señales de
la base de tiempos ya que estas tienen la amplitud necesaria. Por lo
tanto, como ya hemos dicho, no solo se va a amplificar la señal de la
base de tiempos sino que podemos amplificar cualquier señal y luego
componerla con la señal procedente del sistema vertical para obtener la
gráfica final que va a aparecer en la pantalla.
AMPLIFICADOR VERTICAL.
El amplificador
vertical es, como su nombre indica, el encargado de amplificar la señal
que entre por la entrada vertical (Y). Para que el osciloscopio sea
bueno debe ser capaz de analizar señales cuyos valores estén
comprendidos en un rango lo más grande posible. Normalmente, los
amplificadores verticales constan de tres partes: Amplificador,
atenuador y seguidor catódico. El amplificador es el encargado de
aumentar el valor de la señal. Está formado por un preamplificador que
suele ser un transistor y es el encargado de amplificar la tensión.
Después, tenemos unos filtros que son los encargados de que el ancho de
banda de paso sea lo mayor posible, y pueden aumentar tanto la banda de
bajas como de altas frecuencias. Por último, se pasa por el amplificador
final que puede estar formado por uno o dos transistores.
Hay veces que la
señal que llega es demasiado grande y necesitamos disminuirla, con este
fin se utilizan los atenuadores, que son una parte de los
amplificadores, aunque su función no es aumentar la señal sino todo lo
contrario, disminuirla. Esta disminución de la señal es necesaria en
algunos casos para que no se produzca distorsión, pudiendo disminuirse
en 10, 100, etc., veces el valor de la amplitud inicial. Después de
producirse la disminución de la señal suele ser necesario el uso de un
seguidor catódico, cuya función consiste en adaptar las impedancias de
entrada del osciloscopio a la salida del emisor del transistor.
SISTEMA DE SINCRONISMO.
El sistema de
sincronismo es el encargado de que la imagen que vemos en el tubo de
rayos catódicos sea estable. Para poder conseguir esto se utiliza una
señal de barrido que tiene que ser igual o múltiplo de la frecuencia de
la señal de entrada (vertical). Para sincronizar la señal vertical con
la base de tiempos (o señal horizontal) se puede utilizar la denominada
sincronización interna. Consiste en inyectar en el circuito base de
tiempos la tensión que se obtiene del ánodo o del cátodo del
amplificador vertical (dependiendo de cuál sea la más adecuada). Así se
consigue que el principio de la oscilación de la base de tiempos
coincida con el inicio del ciclo de la señal de entrada. Este tipo de
sincronización no siempre es el más adecuado. Existen otros tipos de
sincronización como la sincronización externa y la sincronización de
red.
aqui un ejemplo de la interfaz y que mide.
osciloscopio de tipo automotriz o digital.
En el mercado se
encuentras diferentes tipos de osciloscopios, pero las funciones de
operación van a ser iguales en todos los modelos independientemente de
las funciones adicionales que se tengan. Lo primero es interpretar que
el osciloscopio automotriz, grafica la señal en función del tiempo y del
voltaje.
Como conclusión, unos
de los procedimientos para realizar diagnostico acertados en las
reparaciones automotrices, es el buen uso del osciloscopio, este permite
interpretar gráficamente lo que esta sucediendo con el componente y
también hace posible que logremos medidas a escala de tiempo pequeñas,
tan pequeñas como son los diferentes tipos de señales en los sistemas de
control electrónico.
EL OSCILOSCOPIO EN PC.
Puedes hacer que tu ordenador actúe como un osciloscopio utilizando tu tarjeta de sonido y un sencillo programa gratuito.
Las
tarjetas de sonidos son convertidores Analógico/Digital (A/D). Le
suministramos unos milivoltios analógicos generados por el micrófono
cuando recibe sonido y la tarjeta los convierte en impulsos digitales
que pueden ser procesados por el ordenador.
Cuando
hablamos delante del micrófono generamos una señal alterna de varios
milivoltios, que se los suministramos a la tarjeta de sonido. Si en vez
de suministrarle los milivoltios a través del micrófono se los
suministramos con una fuente de tensión, la tarjeta será capaz de
reconocerlos y pasarle información al ordenador.
La
tarjeta de sonido tiene dos conectores de entrada, uno llamado Mic y
otro Line in, la principal diferencia es que la entrada Mic está
diseñada para recibir milivoltios y por la entrada Line in pueden entrar
varios voltios.
OSCILOSCOPIO DE BOLSILLO.
Es
una herramienta muy útil a la hora de hacer un seguimiento a la mayoría
de equipos de electrónica sobre todo para aquellos que trabajamos con
microcontroldores, también trae un generador de onda cuadrada de
frecuencia ajustable que es bastante útil en la deteccion de fallas en
equipos pues puede servir como inyector de señal.
Esta
basado en un potente MCU STMicroelectronics de 32 bits ARM Cortex-M3,
equipado con un display LCD a color de 320*240, capacidad para tarjeta
microSD, bateria Lipo recargable y conexión USB hacia la PC.
Osciloscopio
digital de bolsillo con ancho de banda 1 MHz, frecuencia de muestreo
1Msps 12Bits y profundidad de memoria 4096 puntos.
Medición
automática de frecuencia, ciclo de trabajo(Duty %), Vpp, Vram, Vavg y
voltaje DC. Podras medir la frecuencia, duty y voltaje de AC 110V
gracias a su punta/sonda de osciloscopio profesional con atenuacion de
1X, 10X.
Su
manejo es muy sencillo y tiene la sensibilidad hasta 10mV/Div y 1us/Div
con el voltaje máximo de entrada 80Vpp. Medición precisa vertical y
horizontal con ayuda de marcadores, control de nivel de disparo
(Trigger).
Permite
guardar formas de onda en tiempo real en imagenes .bmp por medio de una
memoria microSD con formato de archivos FAT16, soporta Max. microSD de
2GB.
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