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Para lograr que un osciloscopio ejecute sus funciones correctamente y aporte datos de medida válidos es necesario entender cómo funciona este instrumento y sus sistemas básicos. A continuación presentamos una visión general de los ajustes necesarios para realizar medidas básicas de tensión en el tiempo utilizando un osciloscopio.
¿Qué es un osciloscopio y cómo funciona?
La principal finalidad de un osciloscopio es medir y visualizar la tensión en función de tiempo. Este instrumento se utiliza a gran escala en el ámbito del diseño eléctrico/electrónico, para verificar y para solucionar problemas en cualquier componente que funcione con electricidad.
Los osciloscopios muestran la tensión a lo largo del tiempo para formas de onda periódicas o repetitivas. Los osciloscopios modernos con memoria digital permiten también visualizar fácilmente y retener formas de onda no periódicas. Además de la indicación básica de la tensión en el tiempo, la mayoría de los osciloscopios modernos suelen incorporar muchas otras funciones, como p. ej.:
- medida automática de tensión pico a pico o frecuencia
- capacidad para analizar buses serie y realizar análisis de señales mixtas
- análisis de dominio frecuencial de las señales –de forma similar a un analizador de espectro
Sistema vertical
El eje vertical muestra la tensión como una función de tiempo. Se utiliza para escalar y posicionar la forma de onda en el plano vertical. Para visualizar y adaptar la escala de las formas de onda se utiliza el control «volts/div» (voltios por división), que permite controlar la amplificación o atenuación de la señal de entrada.
Lo más importante a la hora de configurar el sistema vertical es utilizar el control «volts/div» para maximizar la forma de onda en la pantalla, es decir, para mantener las crestas positiva y negativa lo más cercanas posible a la sección superior e inferior sin que se corte la forma de onda.
De este modo puede partirse de que se utilizan todos los bits del convertidor analógico-digital (ADC) del osciloscopio y se aprovechan todas sus ventajas. Además, es más fácil comprobar pequeños detalles o características de una forma de onda al ampliar la escala vertical.
Sistema horizontal
En cuanto al sistema horizontal deben considerarse dos temas o aspectos separados: la visualización de la forma de onda y la frecuencia de muestreo.
Visualización de la forma de onda
Los controles de la visualización de la forma de onda en el sistema horizontal se refieren al eje horizontal, que corresponde al tiempo. Estos controles se pueden utilizar para escalar la forma de onda y/o para cambiar su posición horizontal. De forma similar al ajuste «volts/div» en el sistema vertical, «sec/div» cambia la duración de cada división, es decir, cuántos ciclos pueden visualizarse en la pantalla del osciloscopio. Utilice el control de posición para mover la forma de onda hacia la derecha o la izquierda de la pantalla.
Frecuencia de muestreo
El aspecto más importante del sistema horizontal es el muestreo.
El sistema horizontal digitaliza la señal de entrada con una frecuencia de muestreo determinada en muestras por segundo, o bien con cada intervalo de muestreo. Estas muestras se guardan en la memoria y conforman en su conjunto lo que se denomina una adquisición de forma de onda.
Cuanto más alta es la frecuencia de muestreo:
- mayor es la resolución/el grado de detalle de la forma de onda visualizada
- mayor es la probabilidad de que se capten eventos infrecuentes
- mayores son las necesidades de memoria (mayor profundidad de memoria)
¿Cuál es la frecuencia de muestreo más conveniente?
Si la señal de entrada se muestrea a una velocidad muy lenta, existe el riesgo de que se produzca el fenómeno de aliasing, es decir, de obtener una señal solapada que no representa de forma exacta la señal medida.
Sistema de disparo y modos de disparo
El sistema de disparo es de extrema importancia, ya que para ejecutar prácticamente todas las operaciones del osciloscopio es necesario realizar un disparo. Básicamente, un disparo define las condiciones que deben darse antes de que el osciloscopio inicie una adquisición o empiece a tomar muestras.
El disparo puede realizar dos tareas:
En primer lugar, puede estabilizar una señal repetitiva o periódica, como una onda senoidal, haciendo que cada barrido se inicie en un punto determinado de la señal
También puede utilizarse el disparo para captar eventos aislados no periódicos como un monopulso, ráfagas, etc.
El correcto ajuste del disparo es muy importante. Una configuración de disparo incorrecta es un problema muy frecuente en el uso de los osciloscopios. Existen muchos tipos distintos de disparo. Los osciloscopios modernos permiten disparar en elementos como anchos de pulso, seudopulsos o glitches. El tipo de disparo más común es el disparo de flanco.
En el disparo de flanco, el disparo se produce cuando se cruza el umbral de la tensión definida, bien en el flanco ascendente o el flanco descendente de una forma de onda.
Además de los distintos tipos de disparo existen también varios modos de disparo. El modo de disparo determina el comportamiento del instrumento si no se produce el disparo. Aquí se distingue entre modo «Auto» y «Norm».
En el modo Auto, el osciloscopio dispara repetidamente después de un intervalo de tiempo si las condiciones de disparo no se cumplen. Si se produce un disparo verdadero, este tendrá preferencia. Este modo permite ver la traza incluso antes de ajustar el disparo. La forma de onda mostrada en la pantalla no está sincronizada, y las formas de onda sucesivas no se disparan en el mismo punto de la forma de onda.
En el modo Norm el instrumento adquiere una forma de onda normal solamente si se da un disparo, es decir, si se cumplen todas las condiciones del disparo. Si no se produce el disparo, no se registra la forma de onda y se muestra la última traza adquirida. Si no se ha registrado antes ninguna forma de onda, no se visualiza nada.
Sistema de visualización
En los osciloscopios analógicos, el sistema de visualización era poco más que un tubo de rayos catódicos que mostraba una traza verde centelleante. Para analizar y medir señales muchas veces había que contar las divisiones en la pantalla.
Los osciloscopios digitales modernos ofrecen numerosas funciones de visualización y medida, que permiten por ejemplo ampliar y reducir una señal o utilizar cursores o marcadores para realizar medidas manuales. Igualmente, cuentan con muchas funciones automáticas como tensión pico o tensión pico a pico, frecuencia, tiempos de subida y bajada, velocidad de rotación, factor cresta y cuentas de pulsos.
Muchos de estos valores se pueden emitir también en forma de estadística (medidas estadísticas).
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