Entendiendo el funcionamiento básico de osciloscopios

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R&S®Essentials | Aspectos básicos de osciloscopios digitales y sondas

Entendiendo el funcionamiento básico de osciloscopios

Para que un osciloscopio funcione correctamente y se obtenga datos de medición válidos, es necesario un conocimiento fundamental de este y de sus sistemas básicos. A continuación, se le proporcionará una reseña sobre las configuraciones que se necesitan para realizar mediciones básicas de voltaje en función del tiempo utilizando un osciloscopio.

¿Qué es un osciloscopio y cómo se utiliza?

La finalidad principal del osciloscopio es medir y mostrar voltaje en función del tiempo. Son ampliamente usados para el diseño, la prueba y la depuración eléctrica/electrónica de casi cualquier dispositivo que funcione con electricidad.

Los osciloscopios muestran voltaje en función del tiempo para formas de ondas periódicas o repetidas. Los osciloscopios de almacenamiento digital modernos pueden con facilidad mostrar y mantener formas de ondas no periódicas. Además de la visualización básica de voltaje en función del tiempo, los osciloscopios de última generación tienes muchas funciones adicionales, p. ej.:

mediciones automáticas de frecuencia o tensión pico a pico
la habilidad de mirar buses serie y análisis de señales mixtas
análisis del dominio de la frecuencia para señales, similar a un analizador de espectro

Para medir y visualizar los resultados, se adapta la configuración de los cuatro «sistemas» principales en un osciloscopio:

1) el sistema vertical

Para medir y visualizar los resultados, se adapta la configuración de los cuatro «sistemas» principales en un osciloscopio:

2) el sistema horizontal

Para medir y visualizar los resultados, se adapta la configuración de los cuatro «sistemas» principales en un osciloscopio:

3) el sistema de disparo

Para medir y visualizar los resultados, se adapta la configuración de los cuatro «sistemas» principales en un osciloscopio:

4) el sistema de visualización

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El sistema vertical

El eje vertical muestra el voltaje como una función del tiempo. Se usa para escalar y posicionar la forma de onda verticalmente. Para mostrar y escalar la forma de onda, se usa el control de volts/div, el cual controla la amplificación o atenuación de la señal de entrada.

Lo más importante a tener en cuenta cuando se configura el sistema vertical es utilizar el control de «volts/div» para maximizar la forma de onda en la pantalla. Dicho de otra manera, para tener picos positivos y negativos tan cerca como sea posible de la parte superior e inferior sin tener que recortar la forma de onda.

Esto nos asegura que se utilicen todos los bits del convertidor analógico-digital (ADC) y todas sus ventajas. Al maximizar la escala vertical, también es más fácil ver pequeños detalles o características en una forma de onda.

Al aumentar voltios/división la forma de onda se encoge

Al disminuir volts/división la forma de onda crece

El control de posición puede usarse para mover la forma de onda hacia arriba o hacia abajo en la pantalla

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El sistema horizontal

Cuando se trata del sistema horizontal, existen dos aspectos o temas que se necesitan cubrir: la visualización de formas de onday frecuencia de muestreo.

Visualización de formas de onda

Los controles de visualización de formas de onda en el sistema horizontal están relacionados al eje horizontal, el cual corresponde al tiempo. Estos controles pueden utilizarse para escalar la forma de onda y/o para cambiar su posición horizontal. Similar a «volts/div» en el sistema vertical, «sec/div» cambia la duración de cada división, esto significa cuantos ciclos pueden verse en la pantalla del osciloscopio. Se utiliza el control de posición para mover la forma de onda hacia la derecha o hacia la izquierda de la pantalla.

Visualización de la forma de onda

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Frecuencia de muestreo

El aspecto más importante del sistema horizontal se denomina muestreo.
El sistema horizontal digitaliza la señal de entrada en una frecuencia de muestreo dada en muestras por segundo o en cada intervalo de muestreo. Estas muestras se almacenan en la memoria y todas en conjunto constituyen lo que se denomina registro de formas de onda.

Cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo:

mayor será la resolución/el detalle de la forma de onda visualizada
mayor será la probabilidad de detectar eventos poco frecuentes
mayor serán los requisitos de almacenamiento (profundidad de memoria más amplia)

¿Cuál frecuencia de muestreose debería escoger?
Si la señal de entrada se muestra de manera muy lenta, existe el riesgo de una señal solapada que no representará exactamente la señal de muestreo.

Estas muestras almacenadas en la memoria constituyen lo que se denomina registro de forma de onda.

La norma Nyquist establece que el muestreo debe realizarse al doble de la frecuencia más alta para evitar el solapamiento. Una buena recomendación general es tener una frecuencia de muestro que sea al menos 2.5 veces el ancho de banda del osciloscopio.

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Sistema de disparo y modos de disparo

El sistema de disparo es extremadamente importante, porque el disparo es necesario para casi todas las funciones del osciloscopio. Esencialmente, un disparo define las condiciones que deben cumplirse antes de que el osciloscopio empiece una adquisición o empiece a tomar muestras.
El disparo puede realizar dos cosas distintas:

Primero, puede estabilizar una señal repetitiva o periódica, como una señal de onda, al hacer que cada barrido empiece en un punto dado en la señal

El disparo también puede usarse para capturar eventos únicos que no suceden periódicamente como monoimpulso, ráfaga, etc.

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Es importante configurar el disparo correctamente. Una configuración incorrecta del disparo es un problema muy común al utilizar osciloscopios. Existen muchos diferentes tipos de disparo. Los osciloscopios modernos pueden disparar sobre escenarios como duración de impulso, runts o «glitches». El tipo de disparo más común es el disparo de borde.

En el disparo de borde, el disparo ocurre cuando se traspasa el umbral del voltaje definido, ya sea en el borde ascendente o en el borde descendentede una forma de onda.

Además de los diferentes tipos de disparo existen también varios modos de disparoEl modo de disparo determina el comportamiento del instrumento en caso de que no se realice el disparo. Aquí hacemos una distinción entre modo Automático y Normal.

En el modo Automáticosi las condiciones de disparo no se cumplen, el osciloscopio dispara repetidamente después de un intervalo de tiempo. Si se realiza un disparo real, este tiene prioridad. Este modo ayuda a ver la forma de onda incluso antes de que se configure el disparo. La forma de onda en la pantalla no está sincronizada y no se dispara en el mismo punto de las formas de ondas sucesivas.

En el modo normalsolo si se cumplen todas las condiciones de disparo, el instrumento adquiere una forma de onda normal. Si el disparo no se realiza, no se adquiere ninguna forma de onda y se muestra la última forma de onda que se adquirió. Si no se capturó ninguna forma de onda anteriormente, no se muestra nada.

En el disparo por flanco, el disparo sucede cuando se traspasa el umbral del voltaje definido, ya sea en el flanco ascendente o en el flanco descendente de una forma de onda

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El sistema de visualización

en los osciloscopios analógicosel sistema de visualización era poco más que un tubo catódico que mostraba una traza verde brillante. El análisis o la medición de señales frecuentemente se encuentran con divisiones de conteo en la pantalla.

Osciloscopios digitalesmodernostienen muchas funciones de medición y visualización, como acercamiento y alejamiento de una señal y utilizan cursores o marcadores para hacer mediciones manuales. Existen también un gran número de funciones automatizadas, como voltaje pico a pico, frecuencia, tiempos de subida y caída, velocidad de rotación, factor cresta y conteo de impulsos.
Muchos de estos valores pueden realizarse también sobre una base estadística (mediciones estadísticas).