Osciloscopio – Principios de funcionamiento
Osciloscopio – Principios de funcionamiento
Muchas veces, al probar un circuito electrónico, nos enfrentamos a la necesidad de ver cuál es la forma de onda (o señal) en un punto de ese circuito. En estos casos, el multímetro no sirve para esto, ya que puede probar algunos tipos de componentes, mostrar valores de voltaje y corriente, pero no muestra una forma de onda.
¿Qué es un osciloscopio?
Un osciloscopio es un instrumento de prueba electrónico que permite ver gráficamente en una pantalla los cambios de voltaje y frecuencia (variación en el tiempo) de la señal, a la que llamamos onda.
Normalmente se muestra como un gráfico bidimensional de una o más señales en función del tiempo.
La Figura 1 muestra un osciloscopio con 2 formas de onda.
También se muestra el Tip, que permite conectar el osciloscopio al circuito analizado.
¿Cómo funciona un osciloscopio?
Los osciloscopios básicamente miden valores de voltaje y su variación en relación con el tiempo.
En la pantalla de un osciloscopio, el voltaje se muestra en el eje Y, en verde (también conocido como eje vertical), y el tiempo se representa en el eje X, en rojo (eje horizontal), como se muestra en la figura 2.
Tenga en cuenta que la pantalla está dividida en “cuadritos”, formados por líneas horizontales y líneas verticales.
Cada línea representa una división.
A modo de ejemplo, la sinusoide que se muestra tiene una altura total (eje vertical) de 4 divisiones.
Básicamente, la señal se captura (ingresa) al osciloscopio a través de la punta (también llamada sonda).
Después de pasar por algunos circuitos electrónicos dentro del osciloscopio, la forma de onda de la señal capturada se muestra en la pantalla.
Resumen
- Cómo funciona el osciloscopio
¿Tipos de osciloscopio?
Se encuentran dos tipos de osciloscopios:
Analógico – Hasta finales del siglo pasado, el osciloscopio más común y utilizado era el tipo Analógico.
La pantalla está formada por un Tubo de Rayos Catódicos (CRT), muy similar a los televisores antiguos.
Este tipo de tubo es largo, por lo que el mueble es bastante profundo. Generalmente son voluminosos (figura 3).
Digital o DSO (Digital Storage Oscilloscope – DSO en inglés) – Actualmente los osciloscopios son del tipo “Digital” (figura 4), y la Pantalla es de Cristal Líquido (LCD en inglés), por lo que tienen una profundidad muy pequeña, es decir , son compactos, ligeros y, en general, los modelos más básicos son más asequibles.
Hablamos de equipos de uso común (solemos decir que son equipos de mesa), osciloscopios con muchas características y funciones, generalmente son muy caros y se utilizan en laboratorios.
En los osciloscopios Analógicos la mayoría de los componentes electrónicos internos son analógicos, a su vez, los Digitales utilizan circuitos integrados para una aplicación específica o ASIC (Circuito integrado de aplicación específica). La electrónica utilizada es digital.
Independientemente de cómo estén construidos, el propósito de aplicación es el mismo para ambos tipos de osciloscopio.
Panel de control del osciloscopio
Un osciloscopio visto de frente tiene 2 partes:
De un lado la Pantalla, y del otro, un Panel con varios botones para diferentes controles.
Ahora veremos en detalle el Panel de control.
El panel del osciloscopio se compone básicamente de tres partes :
sección vertical,
Sección Horizontal
Trigger (gatillo en portugués)
Cada parte ou seção, tem um papel importante a desempenhar, quando se trata de permitir que o osciloscópio reconstrua um sinal com precisão
-
Seção de controle Vertical
Os controles verticais são usados para posicionar e dimensionar a forma de onda verticalmente.
Controles verticais comuns incluem:
-
Conectores de entrada, onde é ligada a ponteira (neste caso Canal 1 e Canal 2),
-
Seletor de Volts por Divisão (Volts/Div) – Este seletor, permite diminuir ou aumentar a amplitude dos sinais que são aplicados ao osciloscópio.
-
Chave AC / DC / GND (Terra) O mostrado nesta figura não tem.
-
Botão giratório para controle do feixe no deslocamento vertical.
Sección de control horizontal
Los controles horizontales se utilizan para controlar la base de tiempo.
Los controles horizontales comunes incluyen :
Selector de segundos por división (Sec/Div)
Le permite medir la cantidad de tiempo por división. Como la frecuencia es la inversa del tiempo, de esta forma conocemos la frecuencia de la señal mostrada.
Mando giratorio para control del haz en desplazamiento horizontal.
Notas:
- Las secciones de control Vertical y Horizontal en un osciloscopio analógico tienen los valores marcados en el propio panel (figuras 6 y 7). No ocurre lo mismo con el osciloscopio digital. En este caso, la ortografía de estos valores aparece en la pantalla.
- Los controles Vertical y Horizontal, por supuesto, no afectan ni modifican los valores obtenidos. Girando los mandos se permite visualizar en pantalla la onda analizada o, para ser más precisos, la lectura de estos valores.
Sección de control de disparo – Sincronización de ondas .
El disparador le permite estabilizar una forma de onda repetitiva o capturar formas de onda únicas.
De forma más sencilla, el disparador, cuando se activa, permite que una onda que parece “correr” en la pantalla permanezca quieta.
Lo que normalmente sucede es que cuando se captura una señal, esta no permanece estabilizada en la pantalla, sino que se mueve, por lo que se gira el botón disparador hasta que la señal se estabiliza (se detiene), como se muestra en la figura 8.
El Trigger funciona “atrapando el inicio de la ola”. Técnicamente se llama Edge Triggering y, en esta imagen, la sincronización comienza en el lado izquierdo de la pantalla, como se muestra en la figura 8 (pantalla de la derecha).
Puede sincronizar la onda (estabilizarla) por el flanco positivo (en la figura 8 a la derecha, la señal de la onda está ascendiendo, por lo tanto, flanco positivo), o por el flanco negativo (no se muestra).
Este tipo de disparo es el más común (disparo por flanco) y está disponible en osciloscopios analógicos y digitales (ver figura 9). La figura muestra el control de disparo para un osciloscopio digital (a la izquierda) y uno analógico.
Nivel de activación (Nivel)
Ambos osciloscopios tienen una perilla de nivel de disparo "Nivel". En el osciloscopio analógico hay varios botones que permiten otras opciones.
En el osciloscopio digital hay 1 botón “Trig Menu” que cumple una función equivalente. Sin embargo, al presionarlo, la pantalla del Osciloscopio presenta varias opciones y, utilizando otros botones, es posible seleccionar la opción deseada.
Este procedimiento (un botón para varias funciones) es muy común en equipos digitales, y no es de extrañar.
Los osciloscopios analógicos en general no tienen la opción de escribir en pantalla.
El Disparador es una de las funciones más importantes de un osciloscopio, y hay casos específicos en los que son necesarios otros tipos de disparador, por lo que es común en equipos digitales más caros tener varias configuraciones de disparo especializadas, que no se ofrecen en el osciloscopio. instrumentos más baratos.
Observación:
En la vida cotidiana se utiliza la palabra “Trigger” en lugar de trigger o algo similar. En ocasiones también se utiliza “sincronizar” para representar la misma acción, pero no es muy común.
En electrónica es normal utilizar algunos términos en inglés. Con el tiempo nos acostumbramos e incluso nos pareció extraño el término en portugués (piense en “ratón” y en portugués “rato”).
Panel con funciones específicas
Las 3 partes principales de un osciloscopio se vieron arriba, sin embargo, muchos osciloscopios, especialmente los digitales, tienen un conjunto de varios botones, con funciones específicas (figura 10).
En esta figura (consulte la figura 5 para ver el osciloscopio completo) podemos observar esto.
¿Para qué sirven estos botones? Bueno, la función de cada botón la determina el fabricante, por lo que es necesario consultar el manual para entender qué función realiza cada botón.
Aún en la figura 10, al lado de la pantalla, hay un conjunto de botones y, a la izquierda de esta pantalla (rectángulo rojo), la función de cada uno.
Muchas veces para mediciones básicas basta con conocer las funciones principales del osciloscopio, sin embargo, conocer bien todas las funciones de este equipo permite aprovechar todo su potencial.
Finalmente, existen cientos y cientos de modelos de Osciloscopio, es imposible abarcar todas las situaciones, por eso siempre es importante tener el manual y estudiarlo, para poder sacarle el máximo partido al equipo.
Operación básica del osciloscopio
En este apartado veremos muy superficialmente cómo configurar un osciloscopio para que pueda ser utilizado.
Posteriormente tendremos videos, en los que mostraremos cómo utilizar el osciloscopio, configurarlo y probar el equipo.
Configurar un osciloscopio
1 – Desconecte el osciloscopio de cualquier otro equipo.
2 – Seleccione el Canal 1 y configure el acoplamiento en CC.
3 - Coloque la escala vertical de voltios/división y los controles de posición en posiciones intermedias.
4 – Configure el reinicio (modo de disparo) en automático y la fuente de disparo en el canal 1.
5 - Coloque los controles horizontales de tiempo/división y posición en posiciones intermedias.
Enciende el osciloscopio.
Al encenderlo, la línea (o haz) horizontal que aparece aparecerá como una línea recta, ya que el equipo está desconectado y no hay señal en la entrada.
Esta línea o guión puede estar en cualquier posición, pero una buena idea es colocarla en el medio de la pantalla, usando el botón “Posición vertical”, figura 6.
Si la línea no aparece activa los controles vertical y/u horizontal hasta que aparezca.
Probando la punta
La punta no suele presentar problema, pero en ocasiones puede descalibrarse, mostrando formas de onda distorsionadas en la pantalla.
Para calibrarlo, busque en el panel frontal del osciloscopio un punto de prueba. Genera una onda cuadrada de 1 KHz (este es el valor predeterminado, pero consulte el manual de su osciloscopio para obtener la información correcta).
Toque la punta de la punta y verifique la forma de onda.
Si hay distorsión (figura 11), gire el tornillo (pequeño) de la punta hasta que se corrija la forma de onda. Listo, está calibrado.
La calibración de la punta es muy importante para realizar mediciones precisas. hazlo regularmente
Conexión a tierra: muy importante
La conexión a tierra es un paso muy importante a la hora de tomar medidas o trabajar en un circuito, sea cual sea ( ver más aquí ).
Una conexión a tierra adecuada del osciloscopio es importante por varias razones; estas son las dos principales:
Protege contra golpes peligrosos. En este caso es imprescindible.
La conexión a tierra del osciloscopio es necesaria por motivos de seguridad. Si un alto voltaje entra en contacto con la caja de un osciloscopio sin conexión a tierra, podría ocurrir algo más que una descarga eléctrica. Protégete.
Conecte a tierra el osciloscopio, utilizando adecuadamente la “tierra” del cable de alimentación (de 3 clavijas), en un tomacorriente con conexión a tierra.
Verifique cuál es la “Tierra” (GND) del circuito a analizar, y conecte la pinza en la punta del osciloscopio, en ese punto.
Tenga mucho cuidado con las fuentes de voltaje conmutadas, verifique la conexión a tierra correcta o use un transformador de aislamiento como se muestra en la figura 12.
protección CI
Los componentes electrónicos digitales son muy sensibles a mayores variaciones de voltaje, especialmente a cargas electrostáticas. Una correcta conexión a tierra puede evitar que estos componentes se dañen al manipularlos.
Cómo medir voltajes de CA desde tomas de corriente
Nunca debes medir voltajes AC (110V, 220V, etc.) directamente con el osciloscopio , porque si conectas la Pinza de Punta (que es tierra) a la Fase, habrá un cortocircuito. En el mejor de los casos, el disyuntor se dispara, pero podría pasar algo peor.
Por lo tanto, es necesario utilizar un Transformador de Aislamiento, que es un tipo de transformador que aísla la entrada (red) de la salida (conectada al equipo).
La Figura 12 muestra cómo medir Tensión Alterna, utilizando un osciloscopio y un multímetro para esta medición (si mides solo con el multímetro, no necesitas el transformador de aislamiento).
