5 herramientas esenciales para la ingeniería electrónica

Fuente de alimentación de CC

Todos los dispositivos electrónicos necesitan energía. Las fuentes de alimentación de sobremesa son esenciales durante todo el ciclo de prueba—desde el primer encendido hasta la verificación final. En la fase de encendido, sus protecciones de corriente y tensión pueden salvar una tarjeta de circuitos defectuosa. Durante la depuración, sus funciones de registro de datos o de carga electrónica ayudan a resolver problemas relacionados con la alimentación. Por último, su interfaz de programación remota acelera las pruebas automatizadastanto durante la verificación final como en la producción.

Hay muchas fuentes de alimentación de corriente continua en el mercado, y tanta variedad puede resultar abrumadora. Pero por suerte solo hay dos tipos básicos de fuentes de alimentación: lineales y conmutadas. Ambos tipos se distinguen por la forma de regular su salida.

Las fuentes de alimentación linealesson por definición fuentes de bajo ruido, pero su conversión de potencia es relativamente ineficiente. Además, resultan bastante pesadas. (Una pista: si levanta la fuente de alimentación y nota un peso mayor por la parte trasera, lo más probable es que se trate de una fuente de alimentación lineal). Por otro lado, las fuentes conmutadas se caracterizan por un mayor ruido de rizado, pero se pueden trasladar con mucha más facilidad de un lado a otro del laboratorio.

Una fuente conmutadamoderna es la mejor elecciónpara la mayoría de las aplicaciones, ya que brinda la combinación ideal de potencia de salida total, peso (fácil de trasladar en el laboratorio) y coste. Sin embargo, para aplicaciones con gran sensibilidad al ruido de rizadopuede ser más conveniente una fuente de alimentación lineal.

La especificación de una fuente de alimentación de sobremesa indica la salida de potencia máxima disponible. Si la fuente tiene varios canales, este valor máximo puede resultar de la combinación de varios canales. Por ejemplo, el modelo R&S®NGL200de un canal tiene una salida máxima de 60 W, mientras que el modelo de dos canales cuenta con una salida máxima de 120 W, pero es necesario combinar los dos canales en serie o en paralelo.

Las fuentes de alimentación modernas ofrecen muchas funciones avanzadas más allá de los simples elementos de manejo para tensión y corriente. Por ejemplo, las «líneas de detección» son líneas de alta impedancia que se conectan a la carga. Estas permiten que la fuente de alimentación compense pérdidas óhmicasen los cables de alimentación. Adicionalmente, el registro de datos permite muestrear a relativa alta velocidadla tensión y la corriente directamente a una unidad USB para el análisis. Algunas fuentes de alimentación pueden incluso actuar como carga electrónica, lo que resulta sumamente útil para simular la carga y descarga de la batería de un dispositivo IoT.

Multímetro digital

El multímetro digital se conoce también por las siglas DMM. Antiguamente se denominaba volt-óhmetro (VOM), haciendo referencia por lo general a un medidor de tipo analógico. Como se deduce de la palabra «multímetro», el instrumento puede medir numerosas propiedades eléctricas, como tensión AC/DC, corriente AC/DC, resistencia, polarización directa en diodos y capacidad eléctrica. Los resultados se muestran por regla general como un valor instantáneoen una pantalla numérica. No obstante, algunos multímetros digitales también pueden aportar información estadística sobre una serie de medidas. Hay que tener en cuenta que, si bien los multímetros digitales son capaces de realizar muchas medidas distintas, por norma solo pueden llevar a cabo un tipo de medidacada vez.

Entre las especificaciones técnicas de un multímetro digital se incluyen precisión y exactitud. La precisión indica qué rangos de valores se pueden visualizar para las medidas. La exactitud varía entre funciones de medida y rangos.

Algunas fuentes de alimentación de corriente continua incorporan también medidores de tensión y corriente de alta precisión, combinando así las funciones de fuente de alimentación con las de multímetro digital. Por ejemplo, la R&S®NGL200 es una fuente de alimentación bicanal con medidor digital de 6 1/2 dígitos para tensión, potencia y corriente.

Osciloscopio y generador de formas de onda arbitrarias

El osciloscopio es un instrumento que mide la tensión en función del tiempo y la representa como forma de onda o traza. Originariamente, los osciloscopios solamente registran la tensión, pero utilizando sondas también pueden medir otras magnitudes.

Los osciloscopios pueden ser analógicos o digitales, dependiendo de la forma en que se adquiere la forma de onda. El primer modelo de osciloscopio con sistema de disparo digitalfue patentado por Rohde & Schwarz y, hoy en día, prácticamente todos los osciloscopios utilizan el disparo digital y un convertidor digital-analógicopara capturar los datos de forma de onda.

Una vez que se ha registrado una forma de onda, los osciloscopios ofrecen numerosas funciones de medida y análisis.Por ejemplo, pueden realizarse medidas de tensión con valores pico a pico, máximos y de base además del valor cuadrático medio (RMS, por sus siglas en inglés). Los osciloscopios pueden medir además varios parámetros de señalsimultáneamente.

Los osciloscopios tienen por regla general como mínimo 2, y en la mayoría de los casos 4 canales de entrada. Estos canales permiten adquirir las señales simultáneamentey visualizarlas de forma correlacionada en el tiempo(o en fase).

Con el tiempo, se han ido desarrollando osciloscopios con nuevas prestaciones que pueden sustituir a otros instrumentos electrónicos. Por ejemplo, todos los osciloscopios Rohde & Schwarz tienen 8 o 16 canales lógicos digitales, los cuales pueden reemplazar en muchos casos a un analizador lógico tradicional. Algunos osciloscopios, como determinados modelos del R&S®RTH1000, incorporan incluso un multímetro digital completo.

Los ingenieros utilizan generalmente generadores de formas de onda arbitrarias o generadores de funciones junto con los osciloscopios. Muchos osciloscopios modernos cuentan con un generador de formas de ondas arbitrarias integradoque permite prescindir en muchos casos de un generador de funciones autónomo. Estas combinaciones de osciloscopio y generador de formas de onda arbitrarias pueden utilizar software integrado para llevar a cabo medidas importantes y visualizar la información en gráficos como diagramas de Bode.

La función FFTconvierte una forma de onda adquirida en una vista de frecuencia. Algunos osciloscopios cuentan con FFT aceleradas por hardware, que funcionan de forma similar a un analizador de espectro autónomo en tiempo real.

Analizador de espectro

Los analizadores de espectro miden el contenido de frecuencia de una señal. Representan la magnitud en el eje x y la frecuencia en el eje y. Los picos identifican los componentes de frecuencia. Además, algunos analizadores de espectro ofrecen una vista de espectrogramapara comprobar cuánto tiempo ocupa una señal en diferentes partes del espectro.

El analizador de espectro típico es de tipo de barridoy cuenta con un receptor superheterodinoen su núcleo. Efectúa un barrido de la frecuencia central a lo largo de un rango y realiza la conversión descendente de pequeños fragmentos de la señal de entrada, tomando una unidad de frecuencia cada vez. Las ventajas de los analizadores de espectro de barrido son un rango de frecuencias altas, alta sensibilidady ruido de fondo extremadamente bajo.

Los analizadores de espectro también pueden llevar a cabo medidas automatizadasademás de medir el contenido de frecuencia. Por ejemplo, permiten medir potencia de canal, ancho de banda ocupado, distorsión de armónicos, profundidad de modulación AM e interceptación de tercer orden (TOI).

Algunos instrumentos, como el R&S®FPC1500, incluyen un generador de señalesque emite una señal de onda continua (CW) en todo el rango de frecuencias del analizador. El R&S®FPC, por ejemplo, puede alcanzar hasta 3 GHz. Como alternativa, el generador puede realizar el seguimiento de la frecuencia de barrido del analizador. Esta combinación de generador de tracking o de seguimiento resulta útil para comprobar la función de transferencia de un dispositivo o, con un offset, mezcladores.

Herramientas para aplicaciones específicas

Finalmente, es posible que desee contar con herramientas esenciales adaptadas de forma más específica a su aplicación. Por ejemplo, si necesita caracterizar componentes pasivos, puede que utilice un medidor LCR (también denominado «puente LCR» o abreviado simplemente «puente»). Estas herramientas miden la inductancia, la capacidad eléctrica y la resistencia en diferentes frecuencias y puntos de polarización de CC.

Los analizadores de redes vectoriales son otra herramienta para la caracterizaciónque permite recabar los parámetros de dispersión (parámetros S) de componentes como cables, pistas de tarjetas impresas y amplificadores. En combinación con los analizadores de redes vectoriales se utilizan sensores de potencia, que miden el nivel de potencia de una señal de radiofrecuencia y extraen una salida numérica.

Una red de estabilización de la impedancia de línea (LISN) sirve para conectar el objeto examinado (DUT) con una fuente de CA para realizar ensayos de EMC. La LISN tiene un puerto de salida a través del cual un receptor de EMC puede medir interferencias conducidas del DUT.

Los analizadores de potencia miden el consumo de energía de cargas de CA/CC. Los analizadores como el R&S®HMC8015son herramientas «todo en uno»que simplifican la caracterización de diferentes estados de funcionamiento, el análisis de armónicos y otros comportamientos de conmutación.

Factor de forma y categoría

Todos los instrumentos relacionados aquí presentan diversos factores de formay están disponibles en diferentes categorías. El factor de forma puede ser de sobremesa, portátil o de montaje en rack. (En general, para la mayoría de los instrumentos de sobremesa se ofrecen kits de montaje en rack).

Los instrumentos se suelen clasificar en diferentes categorías con arreglo a sus especificaciones técnicas de rendimientoo conjuntos de funciones. Si bien todas las herramientas de una categoría permiten llevar a cabo la misma medida esencial, las características necesarias pueden variar según la aplicación. Por ejemplo, los osciloscopios se suelen agrupar en función de su rango de ancho de banda, y posiblemente usted necesitará un ancho de banda concreto para su aplicación.