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Introducción
¿Alguna vez se encontró a sí mismo solucionando problemas en un circuito, necesitando más información de la que puede proporcionar un simple multímetro? Si necesita descubrir información como frecuencia, ruido, amplitud o cualquier otra característica que pueda cambiar con el tiempo, ¡necesita un osciloscopio!
Los O-scopes son una herramienta importante en cualquier laboratorio de ingenieros eléctricos. Le permiten ver señales eléctricas, ya que varían en el tiempo, lo que puede ser crítico para diagnosticar por qué el circuito del temporizador 555 no está parpadeando correctamente, o por qué su generador de ruido no está alcanzando niveles máximos de molestia.
Cubierto en este tutorial
Este tutorial tiene como objetivo introducir los conceptos, la terminología y los sistemas de control de los osciloscopios. Se divide en las siguientes secciones:
Conceptos básicos de O-Scopes: una introducción a qué son, exactamente, los osciloscopios, qué miden y por qué los utilizamos.
Léxico del osciloscopio: un glosario que cubre algunas de las características más comunes del osciloscopio.
Anatomía de un O-Scope: descripción general de los sistemas más críticos en un osciloscopio: la pantalla, los controles horizontales y verticales, los disparadores y las sondas.
Usar un osciloscopio: consejos y trucos para alguien que usa un osciloscopio por primera vez.
Usaremos el Gratten GA1102CAL, un osciloscopio digital práctico de nivel medio, como base para nuestra discusión del alcance. Otros O-scope pueden parecer diferentes, pero todos deben compartir un conjunto similar de control y mecanismos de interfaz.
Conceptos básicos de O-Scopes
El objetivo principal de un osciloscopio es graficar una señal eléctrica ya que varía con el tiempo. La mayoría de los ámbitos produce un gráfico bidimensional con tiempo en el eje xy voltaje en el eje y.
ejemplo o-scope graph
Un ejemplo de una pantalla de osciloscopio. Una señal (la onda sinusoidal amarilla en este caso) se grafica en un eje de tiempo horizontal y un eje de voltaje vertical.
Los controles que rodean la pantalla del osciloscopio le permiten ajustar la escala del gráfico, tanto vertical como horizontalmente, lo que le permite acercar y alejar una señal. También hay controles para configurar el gatillo en el alcance, lo que ayuda a enfocar y estabilizar la pantalla.
¿Qué puede medir Scopes?
Además de esas características fundamentales, muchos ámbitos tienen herramientas de medición que ayudan a cuantificar rápidamente la frecuencia, la amplitud y otras características de forma de onda. En general, un alcance puede medir tanto las características basadas en el tiempo como las basadas en el voltaje:
Características de sincronización:
Frecuencia y período: la frecuencia se define como el número de repeticiones de la forma de onda por segundo. Y el período es el recíproco de eso (número de segundos que toma cada forma de onda repetitiva). La frecuencia máxima que puede medir un alcance varía, pero a menudo está en el rango de los 100 de MHz (1E6 Hz).
Ciclo de trabajo: el porcentaje de un período en que una ola es positiva o negativa (hay ciclos de trabajo positivo y negativo). El ciclo de trabajo es una relación que indica el tiempo que una señal está “encendida” y el tiempo que está “desconectada” cada período.
Tiempo de subida y bajada: las señales no pueden ir instantáneamente de 0V a 5V, tienen que elevarse suavemente. La duración de una onda que va de un punto bajo a un punto alto se denomina tiempo de subida, y el tiempo de caída mide el opuesto. Estas características son importantes cuando se considera qué tan rápido un circuito puede responder a las señales.
Características de voltaje:
Amplitud: la amplitud es una medida de la magnitud de una señal. Hay una variedad de mediciones de amplitud, incluida la amplitud pico a pico, que mide la diferencia absoluta entre un punto de alta y baja tensión de una señal. La amplitud máxima, en el otro lado, solo mide qué tan alta o baja una señal sobrepasa 0V.
Tensiones máximas y mínimas: el alcance puede indicar exactamente qué tan alto y bajo se pone el voltaje de la señal.
Voltajes medios y medios: los osciloscopios pueden calcular el promedio de su señal y también pueden indicar el promedio de voltaje mínimo y máximo de su señal.
Cuándo usar un O-Scope
El o-scope es útil en una variedad de situaciones de resolución de problemas e investigación, que incluyen:
Determinar la frecuencia y la amplitud de una señal, que puede ser crítica para depurar la entrada, la salida o los sistemas internos de un circuito. A partir de esto, puede saber si un componente de su circuito no funciona correctamente.
Identificando cuánto ruido hay en tu circuito.
Identificar la forma de una onda: seno, cuadrado, triángulo, diente de sierra, complejo, etc.
Cuantificación de las diferencias de fase entre dos señales diferentes.
Léxico del osciloscopio
Aprender a usar un osciloscopio significa ser introducido en un léxico completo de términos. En esta página, presentaremos algunas de las palabras de moda importantes de O-scope con las que debe estar familiarizado antes de encender una.
Especificaciones clave del osciloscopio
Algunos ámbitos son mejores que otros. Estas características ayudan a definir qué tan bien puede esperar que se realice un alcance:
Ancho de banda: los osciloscopios se usan con mayor frecuencia para medir formas de onda que tienen una frecuencia definida. Sin embargo, ningún alcance es perfecto: todos tienen límites en cuanto a qué tan rápido pueden ver un cambio de señal. El ancho de banda de un alcance especifica el rango de frecuencias que puede medir confiablemente.
Digital vs. Analógico: al igual que la mayoría de los dispositivos electrónicos, los o-scopes pueden ser analógicos o digitales. Los alcances analógicos usan un haz de electrones para asignar directamente el voltaje de entrada a una pantalla. Los ámbitos digitales incorporan microcontroladores, que muestrean la señal de entrada con un convertidor de analógico a digital y asignan esa lectura a la pantalla. En general, los alcances analógicos son más antiguos, tienen un ancho de banda menor y menos funciones, pero pueden tener una respuesta más rápida (y se ven mucho más fríos).
Cantidad de canales: muchos ámbitos pueden leer más de una señal a la vez, mostrándolos todos en la pantalla simultáneamente. Cada señal leída por un endoscopio se alimenta a un canal separado. Los alcances de dos a cuatro canales son muy comunes.
Frecuencia de muestreo: esta característica es exclusiva de los ámbitos digitales, y define cuántas veces por segundo se lee una señal. Para ámbitos que tienen más de un canal, este valor puede disminuir si se usan múltiples canales.
Tiempo de subida: el tiempo de subida especificado de un alcance define el pulso ascendente más rápido que puede medir. El tiempo de subida de un ámbito está muy relacionado con el ancho de banda. Se puede calcular como Rise Time = 0.35 / Bandwidth.
Voltaje de entrada máximo: cada pieza de la electrónica tiene sus límites cuando se trata de alta tensión. Los ámbitos deberían estar clasificados con un voltaje de entrada máximo. Si su señal excede ese voltaje, existe una buena posibilidad de que el alcance se dañe.
Resolución: la resolución de un alcance representa con cuánta precisión se puede medir el voltaje de entrada. Este valor puede cambiar a medida que se ajusta la escala vertical.
Sensibilidad vertical: este valor representa los valores mínimo y máximo de su escala de voltaje vertical. Este valor se enumera en voltios por div.
Base de tiempo: la base de tiempo generalmente indica el rango de sensibilidades en el eje de tiempo horizontal. Este valor se enumera en segundos por div.
Impedancia de entrada: cuando las frecuencias de la señal son muy altas, incluso una pequeña impedancia (resistencia, capacitancia o inductancia) agregada a un circuito puede afectar la señal. Cada osciloscopio agregará una cierta impedancia a un circuito que está leyendo, llamado impedancia de entrada. Las impedancias de entrada generalmente se representan como una impedancia resistiva grande (> 1 MΩ) en paralelo (||) con una pequeña capacitancia (en el rango de pF). El impacto de la impedancia de entrada es más evidente cuando se miden señales de frecuencia muy alta, y la sonda que utiliza puede ayudar a compensarlo.