Un osciloscopio (informalmente alcance u O-scope ) es un tipo de instrumento de prueba electrónico que muestra gráficamente voltajes variables de una o más señales en función del tiempo. Su objetivo principal es capturar información sobre señales eléctricas para su depuración, análisis o caracterización. Luego, la forma de onda mostrada se puede analizar en busca de propiedades como amplitud , frecuencia , tiempo de subida , intervalo de tiempo, distorsión y otras. Originalmente, el cálculo de estos valores requería medir manualmente la forma de onda contra las escalas integradas en la pantalla del instrumento. [1] Los instrumentos digitales modernos pueden calcular y mostrar estas propiedades directamente.
Los osciloscopios se utilizan en las industrias de ciencias, ingeniería, biomédica, automoción y telecomunicaciones. Los instrumentos de uso general se utilizan para el mantenimiento de equipos electrónicos y trabajos de laboratorio. Los osciloscopios especiales se pueden utilizar para analizar el sistema de encendido de un automóvil o para mostrar la forma de onda del latido del corazón como un electrocardiograma , por ejemplo.
Las primeras visualizaciones de voltajes eléctricos a alta velocidad se realizaron con un oscilógrafo electromecánico . [2] [3] Estos proporcionaron información valiosa sobre los cambios de voltaje a alta velocidad, pero tenían una respuesta de frecuencia muy baja y fueron reemplazados por el osciloscopio que usaba un tubo de rayos catódicos (CRT) como elemento de visualización. El tubo de Braun , precursor del CRT, se conoció en 1897 y en 1899 Jonathan Zenneck lo equipó con placas formadoras de haces y un campo magnético para desviar la traza, lo que formó la base del CRT. [4] Los primeros tubos de rayos catódicos se habían aplicado experimentalmente a mediciones de laboratorio ya en la década de 1920, pero adolecían de una mala estabilidad del vacío y de los emisores catódicos. V. K. Zworykin describió un tubo de rayos catódicos de alto vacío permanentemente sellado con un emisor termoiónico en 1931. Este componente estable y reproducible permitió a General Radio fabricar un osciloscopio que se podía utilizar fuera de un laboratorio. [1] Después de la Segunda Guerra Mundial, los excedentes de piezas electrónicas se convirtieron en la base para el resurgimiento de Heathkit Corporation , y un kit de osciloscopio de 50 dólares fabricado con dichas piezas demostró ser su principal éxito en el mercado.
Un osciloscopio analógico normalmente se divide en cuatro secciones: la pantalla, los controles verticales, los controles horizontales y los controles de disparo. La pantalla suele ser un CRT con líneas de referencia horizontales y verticales llamadas retícula . Las pantallas CRT también tienen controles de enfoque, intensidad y buscador de haz.
La sección vertical controla la amplitud de la señal mostrada. Esta sección tiene una perilla selectora de voltios por división (Volts/Div), un interruptor selector de CA/CC/Tierra y la entrada vertical (primaria) para el instrumento. Además, esta sección suele estar equipada con la perilla de posición del haz vertical.
La sección horizontal controla la base de tiempo o "barrido" del instrumento. El control principal es el interruptor selector de segundos por división (Sec/Div). También se incluye una entrada horizontal para trazar señales de doble eje XY. La perilla de posición del haz horizontal generalmente se encuentra en esta sección.
La sección de activación controla el evento de inicio del barrido. El disparador se puede configurar para que se reinicie automáticamente después de cada barrido, o se puede configurar para responder a un evento interno o externo. Los controles principales de esta sección son los interruptores selectores de fuente y acoplamiento, y una entrada de disparador externo (entrada EXT) y ajuste de nivel.
Además del instrumento básico, la mayoría de los osciloscopios se suministran con una sonda. La sonda se conecta a cualquier entrada del instrumento y normalmente tiene una resistencia de diez veces la impedancia de entrada del osciloscopio. Esto da como resultado un factor de atenuación de 0,1 (‑10×); esto ayuda a aislar la carga capacitiva presentada por el cable de la sonda de la señal que se está midiendo. Algunas sondas tienen un interruptor que permite al operador anular la resistencia cuando sea necesario. [1]
La mayoría de los osciloscopios modernos son instrumentos livianos y portátiles, lo suficientemente compactos como para que los transporte una sola persona. Además de las unidades portátiles, el mercado ofrece una serie de instrumentos en miniatura alimentados por baterías para aplicaciones de servicio de campo. Los osciloscopios de laboratorio, especialmente las unidades más antiguas que utilizan tubos de vacío , generalmente son dispositivos de mesa o están montados en carros exclusivos. Los osciloscopios para fines especiales pueden montarse en bastidor o permanentemente en una carcasa de instrumento personalizada.
La señal a medir se alimenta a uno de los conectores de entrada, que suele ser un conector coaxial como tipo BNC o UHF . Se pueden utilizar postes de unión o enchufes tipo banana para frecuencias más bajas. Si la fuente de señal tiene su propio conector coaxial, entonces se utiliza un cable coaxial simple; de lo contrario, se utiliza un cable especializado llamado " sonda de alcance ", suministrado con el osciloscopio. En general, para uso rutinario, un cable de prueba de alambre abierto para conectar al punto que se está observando no es satisfactorio y generalmente es necesaria una sonda. Los osciloscopios de uso general suelen presentar una impedancia de entrada de 1 megaohmio en paralelo con una capacitancia pequeña pero conocida, como 20 picofaradios. [5] Esto permite el uso de sondas de osciloscopio estándar. [6] Los osciloscopios para uso con frecuencias muy altas pueden tener entradas de 50 Ω. Estos deben conectarse directamente a una fuente de señal de 50 Ω o usarse con sondas Z 0 o activas.
Las entradas utilizadas con menos frecuencia incluyen una (o dos) para activar el barrido, la desviación horizontal para visualizaciones en modo X-Y y el brillo/oscurecimiento del trazo, a veces denominadas entradas del eje z'.
Es probable que los cables de prueba de cable abierto (cables voladores) capten interferencias, por lo que no son adecuados para señales de bajo nivel. Además, los cables tienen una alta inductancia, por lo que no son adecuados para altas frecuencias. Usar un cable blindado (es decir, un cable coaxial) es mejor para señales de bajo nivel. El cable coaxial también tiene una inductancia más baja, pero tiene una capacitancia más alta: un cable típico de 50 ohmios tiene aproximadamente 90 pF por metro. En consecuencia, una sonda coaxial directa (1×) de un metro carga un circuito con una capacitancia de aproximadamente 110 pF y una resistencia de 1 megaohmio.
Para minimizar la carga, se utilizan sondas atenuadoras (p. ej., sondas 10X). Una sonda típica utiliza una resistencia en serie de 9 megaohmios desviada por un condensador de bajo valor para crear un divisor compensado RC con la capacitancia del cable y la entrada del osciloscopio. Las constantes de tiempo RC se ajustan para que coincidan. Por ejemplo, la resistencia en serie de 9 megaohmios es desviada por un capacitor de 12,2 pF durante una constante de tiempo de 110 microsegundos. La capacitancia del cable de 90 pF en paralelo con la entrada del osciloscopio de 20 pF y 1 megaohmio (capacitancia total 110 pF) también da una constante de tiempo de 110 microsegundos. En la práctica, existe un ajuste para que el operador pueda igualar con precisión la constante de tiempo de baja frecuencia (lo que se denomina compensación de la sonda). Hacer coincidir las constantes de tiempo hace que la atenuación sea independiente de la frecuencia. A bajas frecuencias (donde la resistencia de R es mucho menor que la reactancia de C ), el circuito parece un divisor resistivo; a altas frecuencias (resistencia mucho mayor que la reactancia), el circuito parece un divisor capacitivo. [7]
El resultado es una sonda con compensación de frecuencia para frecuencias modestas. Presenta una carga de unos 10 megaohmios desviados por 12 pF. Una sonda de este tipo es una mejora, pero no funciona bien cuando la escala de tiempo se reduce a varios tiempos de tránsito del cable o menos (el tiempo de tránsito suele ser de 5 ns). [ se necesita aclaración ] En ese período de tiempo, el cable parece tener su impedancia característica y los reflejos de la línea de transmisión no coinciden en la entrada del osciloscopio y la sonda provocan un timbre. [8] La sonda de alcance moderna utiliza líneas de transmisión de baja capacitancia con pérdidas y sofisticadas redes de configuración de frecuencia para hacer que la sonda 10× funcione bien a varios cientos de megahercios. En consecuencia, existen otros ajustes para completar la compensación. [9] [10]
Las sondas con atenuación de 10:1 son, con diferencia, las más comunes; para señales grandes (y una carga capacitiva ligeramente menor), se pueden usar sondas 100:1. También hay sondas que contienen interruptores para seleccionar relaciones 10:1 o directa (1:1), pero esta última configuración tiene una capacitancia significativa (decenas de pF) en la punta de la sonda, porque la capacitancia completa del cable se conecta directamente.
La mayoría de los osciloscopios proporcionan factores de atenuación de la sonda, mostrando la sensibilidad efectiva en la punta de la sonda. Históricamente, algunos circuitos de detección automática utilizaban lámparas indicadoras detrás de ventanas translúcidas en el panel para iluminar diferentes partes de la escala de sensibilidad. Para ello, los conectores de la sonda (BNC modificados) disponían de un contacto extra para definir la atenuación de la sonda. (Un cierto valor de resistencia, conectado a tierra, "codifica" la atenuación). Debido a que las sondas se desgastan y debido a que el circuito de detección automática no es compatible entre diferentes marcas de osciloscopios, el escalado de la sonda de detección automática no es infalible. Del mismo modo, configurar manualmente la atenuación de la sonda es propenso a errores del usuario. Configurar incorrectamente la escala de la sonda es un error común y desvía la lectura en un factor de 10.
Sondas especiales de alto voltaje forman atenuadores compensados con la entrada del osciloscopio. Estos tienen un cuerpo de sonda grande y algunos requieren llenar parcialmente un recipiente que rodea la resistencia en serie con fluorocarbono líquido volátil para desplazar el aire. El extremo del osciloscopio tiene una caja con varios ajustes de recorte de formas de onda. Por seguridad, un disco de barrera mantiene los dedos del usuario alejados del punto que se examina. El voltaje máximo está en las bajas decenas de kV. (La observación de una rampa de alto voltaje puede crear una forma de onda en escalera con escalones en diferentes puntos en cada repetición, hasta que la punta de la sonda esté en contacto. Hasta entonces, un pequeño arco carga la punta de la sonda y su capacitancia mantiene el voltaje (circuito abierto). el voltaje continúa aumentando, otro pequeño arco carga aún más la punta).
También existen sondas de corriente, con núcleos que rodean al conductor que transporta la corriente que se va a examinar. Un tipo tiene un orificio para el conductor y requiere que el cable pase a través del orificio para un montaje permanente o semipermanente. Sin embargo, otros tipos, utilizados para pruebas temporales, tienen un núcleo de dos partes que se puede sujetar alrededor de un cable. Dentro de la sonda, una bobina enrollada alrededor del núcleo proporciona una corriente a una carga adecuada, y el voltaje a través de esa carga es proporcional a la corriente. Este tipo de sonda sólo detecta CA.
Una sonda más sofisticada incluye un sensor de flujo magnético ( sensor de efecto Hall ) en el circuito magnético. La sonda se conecta a un amplificador, que alimenta corriente (de baja frecuencia) a la bobina para cancelar el campo detectado; la magnitud de la corriente proporciona la parte de baja frecuencia de la forma de onda actual, hasta CC. La bobina todavía capta altas frecuencias. Hay una red de combinación similar a un cruce de altavoces.
Este control ajusta el enfoque del CRT para obtener el trazo más nítido y detallado. En la práctica hay que ajustar ligeramente el enfoque al observar señales muy diferentes, por lo que debe ser un control externo. El control varía el voltaje aplicado a un ánodo de enfoque dentro del CRT. Las pantallas planas no necesitan este control.
Esto ajusta el brillo del trazo. Las trazas lentas en los osciloscopios CRT necesitan menos, y las rápidas, especialmente si no se repiten con frecuencia, requieren más brillo. Sin embargo, en los paneles planos, el brillo del trazo es esencialmente independiente de la velocidad de barrido, porque el procesamiento interno de la señal sintetiza efectivamente la visualización a partir de los datos digitalizados.
En cambio, este control puede denominarse "forma" o "forma puntual". Ajusta el voltaje en el último ánodo del CRT (inmediatamente al lado de las placas de desviación Y). Para un punto circular, el ánodo final debe tener el mismo potencial que ambas placas Y (para un punto centrado, los voltajes de las placas Y deben ser los mismos). Si el ánodo se hace más positivo, el punto se vuelve elíptico en el plano X ya que las placas Y más negativas repelerán el haz. Si el ánodo se hace más negativo, el punto se vuelve elíptico en el plano Y ya que las placas Y más positivas atraerán el haz. Este control puede estar ausente en diseños de osciloscopios más simples o incluso puede ser un control interno. No es necesario con pantallas planas.
Los osciloscopios modernos tienen amplificadores de desviación acoplados directamente, lo que significa que la traza podría desviarse fuera de la pantalla. También es posible que su haz esté en blanco sin que el operador lo sepa. Para ayudar a restaurar una pantalla visible, el circuito del buscador de haz anula cualquier supresión y limita la desviación del haz a la parte visible de la pantalla. Los circuitos detectores de haz a menudo distorsionan la traza mientras están activados.
La retícula es una cuadrícula de líneas que sirven como marcas de referencia para medir la traza mostrada. Estas marcas, ya sea que estén ubicadas directamente en la pantalla o en un filtro de plástico extraíble, generalmente consisten en una cuadrícula de 1 cm con marcas más cercanas (a menudo de 2 mm) en el eje central vertical y horizontal. Se espera ver diez divisiones principales en la pantalla; el número de divisiones verticales principales varía. La comparación de las marcas de la cuadrícula con la forma de onda permite medir tanto el voltaje (eje vertical) como el tiempo (eje horizontal). La frecuencia también se puede determinar midiendo el período de la forma de onda y calculando su recíproco.
En los osciloscopios CRT antiguos y de menor costo, la retícula es una lámina de plástico, a menudo con marcas que difunden la luz y lámparas ocultas en el borde de la retícula. Las lámparas tenían un control de brillo. Los instrumentos de mayor costo tienen la retícula marcada en la cara interior del CRT, para eliminar errores de paralaje ; Los mejores también tenían iluminación de borde ajustable con marcas difusoras. (Las marcas difusoras aparecen brillantes). Sin embargo, los osciloscopios digitales generan las marcas de retícula en la pantalla de la misma manera que la traza.
Las retículas externas también protegen la superficie de vidrio del CRT de impactos accidentales. Algunos osciloscopios CRT con retículas internas tienen un filtro de luz de lámina de plástico tintado sin marcar para mejorar el contraste de las trazas; esto también sirve para proteger la placa frontal del CRT.
La precisión y resolución de las mediciones utilizando una retícula es relativamente limitada; Los mejores instrumentos a veces tienen marcadores brillantes móviles en la pista. Estos permiten que los circuitos internos realicen mediciones más refinadas.
Tanto la sensibilidad vertical calibrada como el tiempo horizontal calibrado se configuran en 1 – 2 – 5 – 10 pasos. Sin embargo, esto conduce a algunas interpretaciones incómodas de las divisiones menores.
Los osciloscopios digitales generan la retícula digitalmente. Por lo tanto, se puede variar la escala, el espaciado, etc., de la retícula y se puede mejorar la precisión de las lecturas.
Estos seleccionan la velocidad horizontal del punto del CRT mientras crea el trazo; este proceso se conoce comúnmente como barrido. En todos los osciloscopios modernos, excepto en los menos costosos, la velocidad de barrido se puede seleccionar y calibrar en unidades de tiempo por división principal de retícula. Generalmente se proporciona una gama bastante amplia de velocidades de barrido, desde segundos hasta picosegundos (en el caso más rápido) por división. Por lo general, un control continuamente variable (a menudo una perilla frente a la perilla selectora calibrada) ofrece velocidades no calibradas, generalmente más lentas que las calibradas. Este control proporciona un rango algo mayor que los pasos calibrados, haciendo disponible cualquier velocidad entre los pasos.
Algunos osciloscopios analógicos de gama alta tienen un control de retención. Esto establece un tiempo después de un disparo durante el cual el circuito de barrido no se puede activar nuevamente. Ayuda a proporcionar una visualización estable de eventos repetitivos en los que algunos desencadenantes crearían visualizaciones confusas. Generalmente se establece al mínimo, porque un tiempo más largo disminuye el número de barridos por segundo, lo que resulta en un trazo más tenue. Consulte Holdoff para obtener una descripción más detallada.
Para adaptarse a una amplia gama de amplitudes de entrada, un interruptor selecciona la sensibilidad calibrada de la desviación vertical. Otro control, a menudo frente a la perilla selectora calibrada, ofrece una sensibilidad continuamente variable en un rango limitado desde configuraciones calibradas hasta configuraciones menos sensibles.
A menudo, la señal observada se ve compensada por un componente estable y sólo los cambios son de interés. Un interruptor de acoplamiento de entrada en la posición "AC" conecta un condensador en serie con la entrada que bloquea las señales de baja frecuencia y CC. Sin embargo, cuando la señal tiene un desplazamiento de interés fijo o cambia lentamente, el usuario normalmente preferirá el acoplamiento "CC", que evita dicho condensador. La mayoría de los osciloscopios ofrecen la opción de entrada CC. Para mayor comodidad, para ver dónde se muestra actualmente la entrada de cero voltios en la pantalla, muchos osciloscopios tienen una tercera posición del interruptor (generalmente denominada "GND" para tierra) que desconecta la entrada y la conecta a tierra. Muchas veces, en este caso, el usuario centra la traza con el control de posición vertical.
Los mejores osciloscopios tienen un selector de polaridad. Normalmente, una entrada positiva mueve la traza hacia arriba; el selector de polaridad ofrece una opción "invertida", en la que una señal positiva desvía la traza hacia abajo.
El control de posición vertical mueve todo el trazo mostrado hacia arriba y hacia abajo. Se utiliza para establecer el trazo sin entrada exactamente en la línea central de la retícula, pero también permite un desplazamiento vertical en una cantidad limitada. Con acoplamiento directo, el ajuste de este control puede compensar un componente de CC limitado de una entrada.
Este control se encuentra sólo en osciloscopios más elaborados; Ofrece sensibilidad ajustable para entradas horizontales externas. Sólo está activo cuando el instrumento está en modo XY, es decir, el barrido horizontal interno está desactivado.
El control de posición horizontal mueve la pantalla hacia un lado. Generalmente establece el extremo izquierdo del trazo en el borde izquierdo de la retícula, pero puede desplazar todo el trazo cuando lo desee. Este control también mueve las trazas del modo XY hacia los lados en algunos instrumentos y puede compensar un componente CC limitado como en la posición vertical.
Cada canal de entrada suele tener su propio conjunto de controles de sensibilidad, acoplamiento y posición, aunque algunos osciloscopios de cuatro trazas sólo tienen controles mínimos para el tercer y cuarto canal.
Los osciloscopios de doble traza tienen un interruptor de modo para seleccionar un canal solo, ambos canales o (en algunos) una pantalla X‑Y, que utiliza el segundo canal para la desviación X. Cuando se muestran ambos canales, se puede seleccionar el tipo de conmutación de canal en algunos osciloscopios; en otros, el tipo depende de la configuración de la base de tiempo. Si se puede seleccionar manualmente, el cambio de canal puede ser libre (asincrónico) o entre barridos consecutivos. Algunos osciloscopios analógicos de doble traza de Philips tenían un multiplicador analógico rápido y proporcionaban una visualización del producto de los canales de entrada.
Los osciloscopios de trazas múltiples tienen un interruptor para cada canal para habilitar o deshabilitar la visualización de la traza del canal.
Estos incluyen controles para la base de tiempo de barrido retardado, que está calibrada y, a menudo, también es variable. La velocidad más lenta es varios pasos más rápida que la velocidad de barrido principal más lenta, aunque la más rápida generalmente es la misma. Un control de tiempo de retardo multivuelta calibrado ofrece una amplia gama de ajustes de retardo de alta resolución; abarca toda la duración del barrido principal y su lectura corresponde a divisiones de retícula (pero con mucha mayor precisión). Su precisión también es superior a la de la pantalla.
Un interruptor selecciona los modos de visualización: solo barrido principal, con una región iluminada que muestra cuándo avanza el barrido retrasado, solo barrido retrasado o (en algunos) un modo combinado.
Los buenos osciloscopios CRT incluyen un control de intensidad de barrido retardado, para permitir el trazo más tenue de un barrido retardado mucho más rápido que, sin embargo, ocurre sólo una vez por barrido principal. Es probable que estos osciloscopios también tengan un control de separación de trazas para la visualización multiplexada de los barridos principal y retardado juntos.
Un interruptor selecciona la fuente de disparo. Puede ser una entrada externa, uno de los canales verticales de un osciloscopio de traza doble o múltiple, o la frecuencia de la línea de CA (red). Otro interruptor habilita o deshabilita el modo de disparo automático o selecciona un barrido único, si está incluido en el osciloscopio. Ya sea un interruptor de posición con retorno por resorte o un botón pulsador para brazos de barrido simple.
Un control de nivel de disparo varía el voltaje requerido para generar un disparo, y el interruptor de pendiente selecciona la polaridad positiva o negativa en el nivel de disparo seleccionado.
Para mostrar eventos con formas de onda que no cambian o que cambian lentamente (visiblemente), pero que ocurren en momentos que pueden no estar espaciados uniformemente, los osciloscopios modernos han activado barridos. En comparación con los osciloscopios más antiguos y simples con osciladores de barrido de funcionamiento continuo, los osciloscopios de barrido disparado son notablemente más versátiles.
Un barrido activado comienza en un punto seleccionado de la señal, lo que proporciona una visualización estable. De esta manera, el disparo permite la visualización de señales periódicas como ondas sinusoidales y ondas cuadradas, así como señales no periódicas como pulsos únicos o pulsos que no se repiten a una velocidad fija.
Con los barridos activados, el visor desactiva el haz y comienza a restablecer el circuito de barrido cada vez que el haz llega al extremo derecho de la pantalla. Durante un período de tiempo, llamado retención (ampliable mediante un control del panel frontal en algunos osciloscopios mejores), el circuito de barrido se reinicia por completo e ignora los disparadores. Una vez que expira la espera, el siguiente activador inicia un barrido. El evento de activación suele ser la forma de onda de entrada que alcanza un voltaje umbral especificado por el usuario (nivel de activación) en la dirección especificada (positiva o negativa: polaridad de activación).
En algunos casos, el tiempo de espera variable puede ser útil para hacer que el barrido ignore los desencadenantes de interferencia que ocurren antes de los eventos que se van a observar. En el caso de formas de onda repetitivas pero complejas, la retención variable puede proporcionar una visualización estable que de otro modo no se podría lograr.
La espera del disparador define un cierto período después de un disparo durante el cual el barrido no se puede volver a activar. Esto hace que sea más fácil establecer una vista estable de una forma de onda con múltiples bordes, que de otro modo provocarían activaciones adicionales. [11]
Imagine la siguiente forma de onda repetida:
La línea verde es la forma de onda, la línea parcial vertical roja representa la ubicación del disparador y la línea amarilla representa el nivel del disparador. Si el osciloscopio simplemente se configurara para activarse en cada flanco ascendente, esta forma de onda provocaría tres activaciones para cada ciclo:
Suponiendo que la señal sea de frecuencia bastante alta , la pantalla del osciloscopio probablemente se vería así:
En una mira real, cada disparador sería el mismo canal, por lo que todos serían del mismo color.
Es deseable que el osciloscopio se dispare solo en un flanco por ciclo, por lo que es necesario establecer la retención en un valor ligeramente menor que el período de la forma de onda. Esto evita que el disparo se produzca más de una vez por ciclo, pero aún permite que se dispare en el primer flanco del siguiente ciclo.
Los barridos activados pueden mostrar una pantalla en blanco si no hay activadores. Para evitar esto, estos barridos incluyen un circuito de sincronización que genera disparadores de funcionamiento libre para que siempre haya un rastro visible. Esto se denomina "barrido automático" o "barrido automático" en los controles. Una vez que llegan los desencadenantes, el temporizador deja de proporcionar pseudodisparadores. El usuario normalmente desactivará el barrido automático cuando observe tasas de repetición bajas.
Si la señal de entrada es periódica, la tasa de repetición del barrido se puede ajustar para mostrar algunos ciclos de la forma de onda. Los primeros osciloscopios (de tubo) y los osciloscopios de menor costo tienen osciladores de barrido que funcionan continuamente y no están calibrados. Estos osciloscopios son muy sencillos, comparativamente económicos y resultaron útiles para el mantenimiento de radio y algunos servicios de televisión. Es posible medir el voltaje o el tiempo, pero sólo con equipo adicional y es bastante inconveniente. Son principalmente instrumentos cualitativos.
Tienen unos pocos rangos de frecuencia (ampliamente espaciados) y un control de frecuencia continuo de rango relativamente amplio dentro de un rango determinado. En uso, la frecuencia de barrido se establece en un valor ligeramente inferior a algún submúltiplo de la frecuencia de entrada, para mostrar normalmente al menos dos ciclos de la señal de entrada (para que todos los detalles sean visibles). Un control muy simple alimenta una cantidad ajustable de la señal vertical (o posiblemente, una señal externa relacionada) al oscilador de barrido. La señal activa la supresión del haz y un retroceso del barrido antes de lo que ocurriría en funcionamiento libre, y la pantalla se vuelve estable.
Algunos osciloscopios los ofrecen. El usuario arma manualmente el circuito de barrido (normalmente mediante un botón o equivalente). "Armado" significa que está listo para responder a un disparador. Una vez que se completa el barrido, se reinicia y no vuelve a barrer hasta que se vuelva a armar. Este modo, combinado con una cámara osciloscopio, captura eventos de un solo disparo.
Los tipos de desencadenantes incluyen:
Algunos diseños recientes de osciloscopios incluyen esquemas de disparo más sofisticados; estos se describen hacia el final de este artículo.
Los osciloscopios analógicos más sofisticados contienen una segunda base de tiempo para un barrido retardado. Un barrido retrasado proporciona una visión muy detallada de una pequeña porción seleccionada de la base de tiempo principal. La base de tiempo principal sirve como un retraso controlable, después del cual comienza la base de tiempo retrasada. Esto puede comenzar cuando expire el retraso o puede activarse (solo) después de que expire el retraso. Normalmente, la base de tiempo retardada se configura para un barrido más rápido, a veces mucho más rápido, como 1000:1. En proporciones extremas, la fluctuación en los retardos en barridos principales consecutivos degrada la visualización, pero los activadores de barrido retardado pueden superar esto.
La pantalla muestra la señal vertical en uno de varios modos: la base de tiempo principal, o solo la base de tiempo retrasada, o una combinación de ambas. Cuando el barrido retrasado está activo, el trazo del barrido principal se ilumina mientras avanza el barrido retrasado. En un modo de combinación, proporcionado sólo en algunos osciloscopios, la traza cambia del barrido principal al barrido retrasado una vez que comienza el barrido retrasado, aunque se ve menos barrido rápido retrasado para retrasos más largos. Otro modo de combinación multiplexa (alterna) los barridos principal y retardado para que ambos aparezcan a la vez; un control de separación de trazas los desplaza. Los DSO pueden mostrar formas de onda de esta manera, sin ofrecer una base de tiempo retrasada como tal.
Los osciloscopios con dos entradas verticales, denominados osciloscopios de doble traza, son extremadamente útiles y comunes. Utilizando un CRT de un solo haz, multiplexan las entradas, generalmente cambiando entre ellas lo suficientemente rápido como para mostrar dos trazas aparentemente a la vez. Menos comunes son los osciloscopios con más trazas; cuatro entradas son comunes entre estas, pero algunas (Kikusui, por ejemplo) ofrecían una visualización de la señal del disparador de barrido si se deseaba. Algunos osciloscopios multitraza utilizan la entrada de disparo externo como entrada vertical opcional y algunos tienen un tercer y cuarto canal con controles mínimos. En todos los casos, las entradas, cuando se muestran de forma independiente, se multiplexan en el tiempo, pero los osciloscopios de doble traza a menudo pueden agregar sus entradas para mostrar una suma analógica en tiempo real. Invertir un canal mientras los suma da como resultado una visualización de las diferencias entre ellos, siempre que ninguno de los canales esté sobrecargado. Este modo de diferencia puede proporcionar una entrada diferencial de rendimiento moderado).
La conmutación de canales puede ser asíncrona, es decir, de funcionamiento libre, con respecto a la frecuencia de barrido; o se puede hacer después de completar cada barrido horizontal. La conmutación asíncrona generalmente se denomina "Cortada", mientras que la sincronización de barrido se denomina "Alt[ernate]". Un canal determinado se conecta y desconecta alternativamente, lo que lleva al término "cortado". Los osciloscopios multitraza también cambian de canal en modo cortado o alterno.
En general, el modo cortado es mejor para barridos más lentos. Es posible que la tasa de corte interna sea un múltiplo de la tasa de repetición del barrido, creando espacios en blanco en las trazas, pero en la práctica esto rara vez es un problema. Los espacios en blanco de un trazo se sobrescriben con los trazos del siguiente barrido. Algunos osciloscopios tenían una tasa de corte modulada para evitar este problema ocasional. Sin embargo, el modo alternativo es mejor para barridos más rápidos.
Existían verdaderos osciloscopios CRT de doble haz, pero no eran comunes. Un tipo (Cossor, Reino Unido) tenía una placa divisora de haz en su CRT y una desviación en un solo extremo después del divisor. Otros tenían dos cañones de electrones completos , lo que requería un control estricto de la alineación mecánica axial (rotacional) en la fabricación del CRT. Los tipos de divisor de haz tenían una desviación horizontal común a ambos canales verticales, pero los osciloscopios de doble cañón podían tener bases de tiempo separadas o usar una base de tiempo para ambos canales. En las últimas décadas se fabricaron CRT de múltiples cañones (hasta diez cañones). Con diez cañones, la envoltura (bombilla) era cilíndrica en toda su longitud. (Consulte también "Invención CRT" en Historia del osciloscopio ).
En un osciloscopio analógico, el amplificador vertical adquiere las señales que se mostrarán y proporciona una señal lo suficientemente grande como para desviar el haz del CRT. En los mejores osciloscopios, retrasa la señal una fracción de microsegundo. La desviación máxima está al menos algo más allá de los bordes de la retícula y, más típicamente, a cierta distancia fuera de la pantalla. El amplificador debe tener una distorsión baja para mostrar su entrada con precisión (debe ser lineal) y debe recuperarse rápidamente de las sobrecargas. Además, su respuesta en el dominio del tiempo tiene que representar los transitorios con precisión: sobreimpulso, redondeo e inclinación mínimos de una parte superior de pulso plana.
Una entrada vertical va a un atenuador de paso con compensación de frecuencia para reducir señales grandes y evitar sobrecargas. El atenuador alimenta una o más etapas de bajo nivel, que a su vez alimentan etapas de ganancia (y un controlador de línea de retardo si hay un retraso). Las etapas de ganancia posteriores conducen a la etapa de salida final, que desarrolla una gran oscilación de la señal (decenas de voltios, a veces más de 100 voltios) para la deflexión electrostática del CRT.
En los osciloscopios de traza doble y múltiple, un interruptor electrónico interno selecciona la salida de nivel relativamente bajo del amplificador de etapa inicial de un canal y la envía a las siguientes etapas del amplificador vertical.
En el modo de funcionamiento libre ("cortado"), el oscilador (que puede ser simplemente un modo de funcionamiento diferente del controlador del interruptor) desactiva el haz antes de conmutar y lo desactiva sólo después de que los transitorios de conmutación se hayan asentado.
A mitad del amplificador hay una alimentación a los circuitos de disparo de barrido, para el disparo interno a partir de la señal. Esta alimentación provendría del amplificador de un canal individual en un osciloscopio de doble o multitraza, dependiendo el canal de la configuración del selector de fuente de disparo.
Esta alimentación precede al retraso (si lo hay), lo que permite que el circuito de barrido desactive el CRT e inicie el barrido directo, de modo que el CRT pueda mostrar el evento desencadenante. Los retardos analógicos de alta calidad añaden un costo modesto a un osciloscopio y se omiten en los osciloscopios sensibles al costo.
El retraso en sí proviene de un cable especial con un par de conductores enrollados alrededor de un núcleo flexible y magnéticamente blando. El bobinado proporciona inductancia distribuida, mientras que una capa conductora cerca de los cables proporciona capacitancia distribuida. La combinación es una línea de transmisión de banda ancha con un retraso considerable por unidad de longitud. Ambos extremos del cable de retardo requieren impedancias coincidentes para evitar reflejos.
La mayoría de los osciloscopios modernos tienen varias entradas para voltajes y, por lo tanto, pueden usarse para trazar un voltaje variable versus otro. Esto es especialmente útil para graficar curvas IV ( características de corriente versus voltaje ) para componentes como diodos , así como patrones de Lissajous . Las figuras de Lissajous son un ejemplo de cómo se puede utilizar un osciloscopio para rastrear las diferencias de fase entre múltiples señales de entrada. Esto se utiliza con mucha frecuencia en ingeniería de radiodifusión para trazar los canales estereofónicos izquierdo y derecho , para garantizar que el generador estéreo esté calibrado correctamente. Históricamente, se utilizaron figuras estables de Lissajous para demostrar que dos ondas sinusoidales tenían una relación de frecuencia relativamente simple, una relación numéricamente pequeña. También indicaron la diferencia de fase entre dos ondas sinusoidales de la misma frecuencia.
El modo XY también permite que el osciloscopio sirva como monitor vectorial para mostrar imágenes o interfaces de usuario. Muchos de los primeros juegos, como Tennis for Two , utilizaban un osciloscopio como dispositivo de salida. [12]
La pérdida total de señal en una pantalla XY CRT significa que el haz está estacionario e incide en un pequeño punto. Esto corre el riesgo de quemar el fósforo si el brillo es demasiado alto. Este tipo de daño era más común en visores más antiguos, ya que los fósforos utilizados anteriormente se quemaban más fácilmente. Algunas pantallas XY dedicadas reducen en gran medida la corriente del haz o dejan la pantalla en blanco por completo, si no hay entradas presentes.
Algunos osciloscopios analógicos cuentan con una entrada Z. Generalmente se trata de un terminal de entrada que se conecta directamente a la red CRT (normalmente a través de un condensador de acoplamiento). Esto permite que una señal externa aumente (si es positiva) o disminuya (si es negativa) el brillo de la traza, incluso permitiendo que quede totalmente en blanco. El rango de voltaje para lograr el corte en una pantalla iluminada es del orden de 10 a 20 voltios, según las características del CRT.
Un ejemplo de una aplicación práctica es si se utiliza un par de ondas sinusoidales de frecuencia conocida para generar una figura circular de Lissajous y se aplica una frecuencia desconocida más alta a la entrada Z. Esto convierte el círculo continuo en un círculo de puntos. El número de puntos multiplicado por la frecuencia XY da la frecuencia Z. Esta técnica sólo funciona si la frecuencia Z es una proporción entera de la frecuencia XY y sólo si no es tan grande como para que los puntos se vuelvan tan numerosos que sean difíciles de contar.
Como ocurre con todos los instrumentos prácticos, los osciloscopios no responden de la misma manera a todas las frecuencias de entrada posibles. El rango de frecuencias sinusoidales que un osciloscopio puede mostrar de manera útil se conoce como ancho de banda . El ancho de banda se aplica principalmente al eje Y, aunque los barridos del eje X deben ser lo suficientemente rápidos para mostrar las formas de onda de mayor frecuencia.
El ancho de banda se define como la frecuencia a la que la sensibilidad es 0,707 de la sensibilidad en CC o la frecuencia más baja de CA (una caída de 3 dB ). [13] La respuesta del osciloscopio cae rápidamente a medida que la frecuencia de entrada aumenta por encima de ese punto. Dentro del ancho de banda indicado, la respuesta no es necesariamente exactamente uniforme (o "plana"), pero siempre debe estar dentro de un rango de +0 a −3 dB. Una fuente [13] dice que hay un efecto notable en la precisión de las mediciones de voltaje con solo el 20 por ciento del ancho de banda indicado. Las especificaciones de algunos osciloscopios incluyen un rango de tolerancia más estrecho dentro del ancho de banda indicado.
Las sondas también tienen límites de ancho de banda y deben elegirse y utilizarse para manejar adecuadamente las frecuencias de interés. Para lograr la respuesta más plana, la mayoría de las sondas deben estar "compensadas" (un ajuste realizado utilizando una señal de prueba del osciloscopio) para permitir la reactancia del cable de la sonda.
Otra especificación relacionada es el tiempo de subida . Este es el tiempo necesario entre el 10% y el 90% de la respuesta de amplitud máxima en el flanco anterior de un pulso. Está relacionado con el ancho de banda aproximadamente por:
Ancho de banda en Hz × tiempo de subida en segundos = 0,35. [14]
Por ejemplo, un osciloscopio con un tiempo de subida de 1 nanosegundo tendría un ancho de banda de 350 MHz.
En los instrumentos analógicos, el ancho de banda del osciloscopio está limitado por los amplificadores verticales y el CRT u otro subsistema de visualización. En los instrumentos digitales, la frecuencia de muestreo del convertidor analógico a digital (ADC) es un factor, pero el ancho de banda analógico indicado (y por lo tanto el ancho de banda general del instrumento) suele ser menor que la frecuencia Nyquist del ADC . Esto se debe a limitaciones en el amplificador de señal analógica, al diseño deliberado del filtro antialiasing que precede al ADC, o a ambos.
Para un osciloscopio digital, una regla general es que la frecuencia de muestreo continuo debe ser diez veces la frecuencia más alta que se desea resolver; por ejemplo, una velocidad de 20 megamuestras/segundo sería aplicable para medir señales de hasta aproximadamente 2 MHz. Esto permite que el filtro anti-aliasing se diseñe con un punto de bajada de 3 dB de 2 MHz y un corte efectivo a 10 MHz (la frecuencia de Nyquist), evitando los artefactos de un filtro muy empinado ("pared de ladrillos") .
Un osciloscopio de muestreo puede mostrar señales de frecuencia considerablemente más alta que la frecuencia de muestreo si las señales son exacta o casi repetitivas. Lo hace tomando una muestra de cada repetición sucesiva de la forma de onda de entrada, estando cada muestra en un intervalo de tiempo mayor desde el evento de activación. Luego se muestra la forma de onda de estas muestras recolectadas. Este mecanismo se denomina "muestreo en tiempo equivalente". [15] Algunos osciloscopios pueden funcionar en este modo o en el modo más tradicional de "tiempo real" a elección del operador.
Algunos osciloscopios tienen cursores . Son líneas que se pueden mover por la pantalla para medir el intervalo de tiempo entre dos puntos, o la diferencia entre dos voltajes. Algunos osciloscopios más antiguos simplemente iluminaban la traza en lugares móviles. Estos cursores son más precisos que las estimaciones visuales que se refieren a líneas de retícula. [16] [17]
Los osciloscopios de uso general de mejor calidad incluyen una señal de calibración para configurar la compensación de las sondas de prueba; se trata (a menudo) de una señal de onda cuadrada de 1 kHz de un voltaje pico a pico definido disponible en un terminal de prueba en el panel frontal. Algunos osciloscopios mejores también tienen un bucle cuadrado para comprobar y ajustar las sondas de corriente.
A veces, un usuario quiere ver un evento que ocurre sólo ocasionalmente. Para captar estos eventos, algunos osciloscopios (llamados ámbitos de almacenamiento ) conservan el barrido más reciente en la pantalla. Esto se logró originalmente con un CRT especial, un tubo de almacenamiento , que conservaba la imagen incluso de un evento muy breve durante mucho tiempo.
Algunos osciloscopios digitales pueden realizar barridos a velocidades tan bajas como una vez por hora, emulando un registrador gráfico de banda . Es decir, la señal se desplaza por la pantalla de derecha a izquierda. La mayoría de los osciloscopios con esta función cambian del modo de barrido al modo de gráfico de banda aproximadamente un barrido cada diez segundos. Esto se debe a que, de lo contrario, el alcance parece roto: está recopilando datos, pero no se puede ver el punto.
Todos los modelos de osciloscopios actuales, excepto los más simples, utilizan con mayor frecuencia muestreo de señales digitales. Las muestras alimentan convertidores rápidos de analógico a digital, tras lo cual todo el procesamiento (y almacenamiento) de la señal es digital.
Muchos osciloscopios admiten módulos enchufables para diferentes propósitos, por ejemplo, amplificadores de alta sensibilidad de ancho de banda relativamente estrecho, amplificadores diferenciales, amplificadores con cuatro o más canales, complementos de muestreo para señales repetitivas de muy alta frecuencia y complementos para fines especiales, incluido el audio. /analizadores de espectro ultrasónicos y canales de acoplamiento directo de voltaje de compensación estable con ganancia relativamente alta.
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Uno de los usos más frecuentes de los osciloscopios es la resolución de problemas de equipos electrónicos que funcionan mal. Por ejemplo, cuando un voltímetro puede mostrar un voltaje totalmente inesperado, un osciloscopio puede revelar que el circuito está oscilando. En otros casos, la forma o el momento preciso del pulso es importante.
En un equipo electrónico, por ejemplo, las conexiones entre etapas (p. ej., mezcladores electrónicos , osciladores electrónicos , amplificadores ) pueden "sondearse" en busca de la señal esperada, utilizando el osciloscopio como un simple rastreador de señal. Si la señal esperada está ausente o es incorrecta, alguna etapa anterior de la electrónica no está funcionando correctamente. Dado que la mayoría de las fallas ocurren debido a un solo componente defectuoso, cada medición puede mostrar que algunas de las etapas de un equipo complejo funcionan o probablemente no causaron la falla.
Una vez que se encuentra la etapa defectuosa, un análisis más detallado generalmente puede indicarle a un técnico calificado exactamente qué componente ha fallado. Una vez que se reemplaza el componente, la unidad puede restablecerse al servicio o al menos se puede aislar la siguiente falla. Este tipo de solución de problemas es típico de los receptores de radio y televisión, así como de los amplificadores de audio, pero puede aplicarse a dispositivos muy diferentes, como los motores electrónicos.
Otro uso es comprobar circuitos recién diseñados. A menudo, un circuito recién diseñado se comporta mal debido a errores de diseño, malos niveles de voltaje, ruido eléctrico, etc. La electrónica digital generalmente funciona desde un reloj, por lo que es útil un osciloscopio de doble traza que muestre tanto la señal del reloj como una señal de prueba que depende del reloj. Los alcances de almacenamiento son útiles para "capturar" eventos electrónicos raros que causan un funcionamiento defectuoso.
Los osciloscopios se utilizan a menudo durante el desarrollo de software en tiempo real para comprobar, entre otras cosas, los plazos incumplidos y las latencias en el peor de los casos. [18]
Los osciloscopios automotrices, que aparecieron por primera vez en la década de 1970 para el análisis de sistemas de encendido, se están convirtiendo en una importante herramienta de taller para probar sensores y señales de salida en sistemas electrónicos de gestión del motor , sistemas de frenado y estabilidad . Algunos osciloscopios pueden activar y decodificar mensajes de bus serie, como el bus CAN comúnmente utilizado en aplicaciones automotrices.
Para trabajar a altas frecuencias y con señales digitales rápidas, el ancho de banda de los amplificadores verticales y la frecuencia de muestreo deben ser suficientemente altos. Para uso general, suele ser satisfactorio un ancho de banda de al menos 100 MHz. Un ancho de banda mucho menor es suficiente únicamente para aplicaciones de audiofrecuencia. Un rango de barrido útil es de un segundo a 100 nanosegundos, con disparo apropiado y (para instrumentos analógicos) retardo de barrido. Se requiere un circuito de disparo estable y bien diseñado para una visualización estable. El principal beneficio de un osciloscopio de calidad es la calidad del circuito de disparo. [ cita necesaria ]
Los criterios de selección clave de un DSO (aparte del ancho de banda de entrada) son la profundidad de la memoria de muestra y la frecuencia de muestreo. Los primeros DSO de mediados y finales de la década de 1990 solo tenían unos pocos KB de memoria de muestra por canal. Esto es adecuado para la visualización de formas de onda básicas, pero no permite un examen detallado de la forma de onda o la inspección de paquetes de datos largos, por ejemplo. Incluso los DSO modernos de nivel básico ($500) ahora tienen 1 MB o más de memoria de muestra por canal, y esto se ha convertido en el mínimo esperado en cualquier DSO moderno. [ cita necesaria ] A menudo, esta memoria de muestra se comparte entre canales y, a veces, solo puede estar completamente disponible a frecuencias de muestreo más bajas. En las frecuencias de muestreo más altas, la memoria puede estar limitada a unas pocas decenas de KB. [19] Cualquier DSO moderno con frecuencia de muestreo en "tiempo real" suele tener entre 5 y 10 veces el ancho de banda de entrada en la frecuencia de muestreo. Por lo tanto, un DSO con un ancho de banda de 100 MHz tendría una frecuencia de muestreo de 500 Ms/s – 1 Gs/s. La frecuencia de muestreo mínima teórica requerida, utilizando la interpolación SinX/x, es 2,5 veces el ancho de banda. [20]
Los osciloscopios analógicos han sido desplazados casi por completo por los osciloscopios de almacenamiento digital, excepto para su uso exclusivo en frecuencias más bajas. Las frecuencias de muestreo enormemente aumentadas han eliminado en gran medida la visualización de señales incorrectas, conocidas como "aliasing", que a veces estaba presente en la primera generación de osciloscopios digitales. El problema aún puede ocurrir cuando, por ejemplo, se visualiza una sección corta de una forma de onda repetitiva que se repite a intervalos miles de veces más largos que la sección vista (por ejemplo, un breve pulso de sincronización al comienzo de una línea de televisión en particular), con un osciloscopio. que no puede almacenar una cantidad extremadamente grande de muestras entre una instancia de la sección corta y la siguiente.
El mercado de equipos de prueba usados, particularmente los lugares de subastas en línea, generalmente tiene disponible una amplia selección de osciloscopios analógicos más antiguos. Sin embargo, cada vez es más difícil obtener piezas de repuesto para estos instrumentos y, por lo general, los servicios de reparación no están disponibles por parte del fabricante original. Los instrumentos usados suelen estar descalibrados y la recalibración por parte de empresas con el equipo y la experiencia necesarios suele costar más que el valor del instrumento de segunda mano. [ cita necesaria ]
En 2007 [actualizar], un ancho de banda de 350 MHz (BW), 2,5 gigamuestras por segundo (GS/s) y un alcance de almacenamiento digital de doble canal cuesta alrededor de 7000 dólares estadounidenses nuevos. [ cita necesaria ]
En el extremo más bajo, en junio de 2011 se podía comprar un DSO de un solo canal económico para aficionados por menos de 90 dólares. A menudo tienen un ancho de banda limitado y otras instalaciones, pero cumplen las funciones básicas de un osciloscopio.
Muchos osciloscopios actuales proporcionan una o más interfaces externas para permitir el control remoto del instrumento mediante software externo. Estas interfaces (o buses) incluyen GPIB , Ethernet , puerto serie , USB y Wi-Fi .
La siguiente sección es un breve resumen de varios tipos y modelos disponibles. Para una discusión detallada, consulte el otro artículo.
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El tipo de osciloscopio más antiguo y sencillo constaba de un tubo de rayos catódicos , un amplificador vertical , una base de tiempo, un amplificador horizontal y una fuente de alimentación . Estos ahora se denominan osciloscopios "analógicos" para distinguirlos de los osciloscopios "digitales" que se hicieron comunes en la década de 1990 y posteriormente.
Los osciloscopios analógicos no incluyen necesariamente una cuadrícula de referencia calibrada para medir el tamaño de las olas y es posible que no muestren ondas en el sentido tradicional de un segmento de línea que se extiende de izquierda a derecha. En cambio, podrían usarse para el análisis de señales alimentando una señal de referencia en un eje y la señal para medir en el otro eje. Para una señal de medición y referencia oscilante, esto da como resultado un patrón de bucle complejo denominado curva de Lissajous . La forma de la curva se puede interpretar para identificar propiedades de la señal de medición en relación con la señal de referencia y es útil en una amplia gama de frecuencias de oscilación.
El osciloscopio analógico de doble haz puede mostrar dos señales simultáneamente. Un CRT especial de doble haz genera y desvía dos haces separados. Los osciloscopios analógicos de trazas múltiples pueden simular una visualización de doble haz con cortes y barridos alternativos, pero esas funciones no proporcionan visualizaciones simultáneas. (Los osciloscopios digitales en tiempo real ofrecen los mismos beneficios que un osciloscopio de doble haz, pero no requieren una pantalla de doble haz). Las desventajas del osciloscopio de doble traza son que no puede cambiar rápidamente entre trazas y no puede capturar dos transitorios rápidos. eventos. Un osciloscopio de doble haz evita esos problemas.
El almacenamiento de seguimiento es una característica adicional disponible en algunos osciloscopios analógicos; utilizaron CRT de almacenamiento de vista directa. El almacenamiento permite que un patrón de traza que normalmente decaería en una fracción de segundo permanezca en la pantalla durante varios minutos o más. Luego se puede activar deliberadamente un circuito eléctrico para almacenar y borrar el rastro en la pantalla.
Mientras que los dispositivos analógicos usan voltajes que varían continuamente, los dispositivos digitales usan números que corresponden a muestras del voltaje. En el caso de los osciloscopios digitales, un convertidor analógico-digital (ADC) convierte los voltajes medidos en información digital.
El osciloscopio de almacenamiento digital, o DSO para abreviar, es el tipo de osciloscopio estándar hoy en día para la mayoría de aplicaciones industriales y, gracias al bajo coste de los osciloscopios básicos, incluso para los aficionados. Reemplaza el método de almacenamiento electrostático en los osciloscopios de almacenamiento analógico con memoria digital , que almacena datos de muestra durante el tiempo necesario sin degradación y los muestra sin los problemas de brillo de los CRT de tipo almacenamiento. También permite un procesamiento complejo de la señal mediante circuitos de procesamiento de señales digitales de alta velocidad . [1]
Un DSO estándar se limita a capturar señales con un ancho de banda inferior a la mitad de la frecuencia de muestreo del ADC (llamado límite de Nyquist ). Existe una variación del DSO llamada osciloscopio de muestreo digital que puede exceder este límite para ciertos tipos de señales, como señales de comunicaciones de alta velocidad, donde la forma de onda consiste en pulsos repetidos. Este tipo de DSO toma muestras deliberadamente a una frecuencia mucho más baja que el límite de Nyquist y luego utiliza el procesamiento de señales para reconstruir una vista compuesta de un pulso típico. [21]
Un analizador lógico es similar a un osciloscopio, pero para cada señal de entrada solo proporciona el nivel lógico sin la forma de su onda analógica. Mientras tanto, un osciloscopio de señal mixta (o MSO) tiene dos tipos de entradas: una pequeña cantidad de canales analógicos (normalmente dos o cuatro) y una mayor cantidad de canales lógicos (normalmente dieciséis). Proporciona la capacidad de correlacionar en el tiempo con precisión señales analógicas y lógicas, ofreciendo así una clara ventaja sobre un osciloscopio y un analizador lógico independientes. Normalmente, los canales lógicos se pueden agrupar y mostrar como un bus con cada valor de bus mostrado en la parte inferior de la pantalla en hexadecimal o binario. En la mayoría de los MSO, el disparador se puede configurar en canales analógicos y lógicos.
Un osciloscopio de dominio mixto (MDO) es un osciloscopio que viene con una entrada de RF adicional que se utiliza únicamente para la funcionalidad dedicada del analizador de espectro basado en FFT . A menudo, esta entrada de RF ofrece un ancho de banda mayor que los canales de entrada analógica convencionales. Esto contrasta con la funcionalidad FFT de los osciloscopios digitales convencionales, que utilizan entradas analógicas normales. Algunos MDO permiten la correlación temporal de eventos en el dominio del tiempo (como un paquete de datos en serie específico) con eventos que ocurren en el dominio de la frecuencia (como transmisiones de RF).
Los osciloscopios portátiles son útiles para muchas aplicaciones de pruebas y servicios de campo. Hoy en día, un osciloscopio portátil suele ser un osciloscopio de muestreo digital que utiliza una pantalla de cristal líquido .
Muchos osciloscopios portátiles y de banco tienen un voltaje de referencia de tierra común para todos los canales de entrada. Si se utiliza más de un canal de medición al mismo tiempo, todas las señales de entrada deben tener la misma referencia de voltaje, y la referencia predeterminada compartida es la "tierra". Si no hay un preamplificador diferencial o un aislador de señal externo, este osciloscopio de escritorio tradicional no es adecuado para mediciones flotantes. (Ocasionalmente, un usuario de osciloscopio rompe la clavija de tierra en el cable de alimentación de un osciloscopio de mesa en un intento de aislar la señal común de la tierra. Esta práctica no es confiable ya que toda la capacitancia parásita del gabinete del instrumento se conecta al circuito. También es peligroso romper una conexión a tierra de seguridad y los manuales de instrucciones lo desaconsejan enfáticamente.)
Algunos modelos de osciloscopio tienen entradas aisladas, donde los terminales del nivel de referencia de la señal no están conectados entre sí. Cada canal de entrada se puede utilizar para realizar una medición "flotante" con un nivel de referencia de señal independiente. Las mediciones se pueden realizar sin vincular un lado de la entrada del osciloscopio al común de la señal del circuito o a la referencia de tierra.
El aislamiento disponible se clasifica como se muestra a continuación:
Algunos osciloscopios digitales se basan en una plataforma de PC para visualizar y controlar el instrumento. Puede ser un osciloscopio independiente con una plataforma de PC interna (placa base de PC) o un osciloscopio externo que se conecta a través de USB o LAN a una PC o computadora portátil independiente.
Una gran cantidad de instrumentos utilizados en una variedad de campos técnicos son en realidad osciloscopios con entradas, calibración, controles, calibración de pantalla, etc., especializados y optimizados para una aplicación particular. Ejemplos de dichos instrumentos basados en osciloscopios incluyen monitores de forma de onda para analizar niveles de vídeo en producciones televisivas y dispositivos médicos tales como monitores de funciones vitales e instrumentos de electrocardiograma y electroencefalograma. En la reparación de automóviles, se utiliza un analizador de encendido para mostrar las formas de onda de chispa para cada cilindro. Todos estos son esencialmente osciloscopios, que realizan la tarea básica de mostrar los cambios en una o más señales de entrada a lo largo del tiempo en una pantalla X - Y.
Otros instrumentos convierten los resultados de sus mediciones en una señal eléctrica repetitiva e incorporan un osciloscopio como elemento de visualización. Estos sistemas de medición complejos incluyen analizadores de espectro , analizadores de transistores y reflectómetros en el dominio del tiempo (TDR). A diferencia de un osciloscopio, estos instrumentos generan automáticamente estímulos o barren un parámetro de medición.
aparece por primera vez en un par de artículos posteriores de Zenneck (1899a,b)
