Un osciloscopio (ocular u osciloscopio ) es un tipo de instrumento de prueba electrónico que muestra gráficamente voltajes variables de una o más señales en función del tiempo. Su propósito principal es capturar información sobre señales eléctricas para depuración, análisis o caracterización. La forma de onda mostrada luego se puede analizar para 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 ciencias, la ingeniería, la biomedicina, la automoción y la industria de las telecomunicaciones. Los instrumentos de uso general se utilizan para el mantenimiento de equipos electrónicos y el trabajo de laboratorio. Los osciloscopios de uso especial se pueden utilizar para analizar un 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] inventado por André Blondel en 1893. Estos proporcionaron información valiosa sobre los cambios de voltaje a alta velocidad, pero tenían una respuesta de frecuencia en un solo kHz y fueron reemplazados por el osciloscopio que usaba un tubo de rayos catódicos (CRT) como elemento de visualización.
El tubo Braun , precursor del CRT, se conoció en 1897, y en 1899 Jonathan Zenneck lo equipó con placas formadoras de haz y un campo magnético para desviar la traza, y esto formó la base del CRT. [4] Los primeros CRT se habían aplicado experimentalmente a mediciones de laboratorio ya en la década de 1920, pero adolecía de una mala estabilidad del vacío y de los emisores catódicos. V. K. Zworykin describió un CRT de alto vacío sellado permanentemente 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 entorno de laboratorio. [1]
Después de la Segunda Guerra Mundial, las piezas electrónicas sobrantes se convirtieron en la base para el resurgimiento de Heathkit Corporation , y un kit de osciloscopio de 50 dólares fabricado con dichas piezas resultó ser su mayor éxito en el mercado.
Un osciloscopio analógico se divide generalmente en cuatro secciones: la pantalla, los controles verticales, los controles horizontales y los controles de disparo. La pantalla suele ser un tubo de rayos catódicos con líneas de referencia horizontales y verticales llamadas retícula . Las pantallas de rayos catódicos también tienen controles para el enfoque, la intensidad y el detector 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 el 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 eje XY duales. 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 para que responda a un evento interno o externo. Los controles principales de esta sección son los interruptores selectores de fuente y acoplamiento, y una entrada de activación externa (entrada EXT) y un 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 omitir la resistencia cuando sea apropiado. [1]
La mayoría de los osciloscopios modernos son instrumentos portátiles y livianos, lo suficientemente compactos para que los pueda transportar una sola persona. Además de las unidades portátiles, el mercado ofrece una serie de instrumentos en miniatura que funcionan con baterías para aplicaciones de servicio en campo. Los osciloscopios de grado de laboratorio, especialmente las unidades más antiguas que utilizan tubos de vacío , generalmente son dispositivos de sobremesa o se montan en carros dedicados. Los osciloscopios para fines especiales pueden montarse en bastidor o en una carcasa de instrumento personalizada.
La señal que se va a medir se introduce en uno de los conectores de entrada, que suele ser un conector coaxial, como un conector tipo BNC o UHF . Se pueden utilizar bornes de conexión o conectores tipo banana para frecuencias más bajas. Si la fuente de señal tiene su propio conector coaxial, se utiliza un cable coaxial simple ; de lo contrario, se utiliza un cable especializado llamado " sonda de osciloscopio ", que se suministra con el osciloscopio. En general, para el uso rutinario, un cable de prueba de cable 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. Estas deben conectarse directamente a una fuente de señal de 50 Ω o usarse con sondas Z 0 o activas.
Las entradas que se utilizan con menos frecuencia incluyen una (o dos) para activar el barrido, la desviación horizontal para las visualizaciones en modo X-Y y el brillo/oscurecimiento del trazo, a veces llamadas entradas del eje z'.
Los cables de prueba de cable abierto (cables flotantes) tienden a captar interferencias, por lo que no son adecuados para señales de bajo nivel. Además, los cables tienen una inductancia alta, por lo que no son adecuados para frecuencias altas. El uso de un cable blindado (es decir, un cable coaxial) es mejor para señales de bajo nivel. El cable coaxial también tiene una inductancia menor, pero tiene una capacitancia mayor: 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 (por ejemplo, sondas 10×). Una sonda típica utiliza una resistencia en serie de 9 megaohmios derivada por un condensador de bajo valor para hacer 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 se deriva mediante un condensador de 12,2 pF para 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 de 110 pF) también da una constante de tiempo de 110 microsegundos. En la práctica, hay un ajuste para que el operador pueda hacer coincidir con precisión la constante de tiempo de baja frecuencia (llamado compensar 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 compensada en frecuencia para frecuencias modestas. Presenta una carga de aproximadamente 10 megaohmios con una desviación de 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 es típicamente de 5 ns). [ Aclaración necesaria ] En ese marco de tiempo, el cable se ve como su impedancia característica, y las reflexiones de la falta de coincidencia de la línea de transmisión en la entrada del osciloscopio y la sonda provocan vibraciones. [8] La sonda de osciloscopio moderna utiliza líneas de transmisión de baja capacitancia con pérdidas y redes sofisticadas de modelado de frecuencia para hacer que la sonda 10× funcione bien a varios cientos de megahercios. En consecuencia, hay otros ajustes para completar la compensación. [9] [10]
Las sondas con atenuación de 10:1 son las más comunes, pero para señales grandes (y una carga capacitiva ligeramente menor), se pueden utilizar sondas de 100:1. También hay sondas que contienen interruptores para seleccionar relaciones de 10:1 o directas (1:1), pero esta última configuración tiene una capacitancia significativa (decenas de pF) en la punta de la sonda, porque la capacitancia de todo el cable está conectada directamente.
La mayoría de los osciloscopios proporcionan factores de atenuación de la sonda, que muestran 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) tenían un contacto adicional 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 a que los circuitos de detección automática no son compatibles entre diferentes marcas de osciloscopios, la escala de la sonda de detección automática no es infalible. Del mismo modo, la configuración manual de la atenuación de la sonda es propensa a errores del usuario. Configurar la escala de la sonda de forma incorrecta es un error común y altera la lectura en un factor de 10.
Las sondas especiales de alto voltaje forman atenuadores compensados con la entrada del osciloscopio. Tienen un cuerpo de sonda grande y algunas 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 ajuste de la forma de onda. Por seguridad, un disco de barrera mantiene los dedos del usuario alejados del punto que se está examinando. El voltaje máximo está en las decenas bajas de kV. (Observar 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). A medida que el voltaje continúa subiendo, otro pequeño arco carga aún más la punta).
También existen sondas de corriente, con núcleos que rodean el conductor que lleva la corriente que se va a examinar. Un tipo tiene un orificio para el conductor y requiere que el cable pase por el orificio para un montaje semipermanente o permanente. 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 solo 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 de la corriente, hasta llegar a la CC. La bobina sigue captando frecuencias altas. Hay una red de combinación similar a un filtro de cruce de altavoces.
Este control ajusta el enfoque del CRT para obtener la traza más nítida y detallada. En la práctica, el enfoque debe ajustarse ligeramente cuando se observan 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 de las trazas. 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 de las trazas es esencialmente independiente de la velocidad de barrido, porque el procesamiento interno de la señal sintetiza eficazmente la pantalla a partir de los datos digitalizados.
Este control puede llamarse en cambio "forma" o "forma del punto". Ajusta el voltaje en el último ánodo del CRT (inmediatamente al lado de las placas de deflexión Y). Para un punto circular, el ánodo final debe estar al 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 los diseños de osciloscopios más simples o incluso puede ser un control interno. No es necesario con las pantallas planas.
Los osciloscopios modernos tienen amplificadores de deflexión acoplados directamente, lo que significa que la traza podría desviarse fuera de la pantalla. También podrían tener su haz suprimido sin que el operador lo sepa. Para ayudar a restablecer una visualización visible, el circuito de búsqueda de haz anula cualquier supresión y limita la desviación del haz a la parte visible de la pantalla. Los circuitos de búsqueda 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 removible, generalmente consisten en una cuadrícula de 1 cm con marcas de verificación más cercanas (a menudo a 2 mm) en el eje vertical y horizontal central. Uno espera ver diez divisiones principales en la pantalla; el número de divisiones principales verticales varía. Comparar 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 interna del CRT, para eliminar errores de paralaje ; los mejores también tenían iluminación de borde ajustable con marcas difusoras. (Las marcas difusoras aparecen brillantes). Los osciloscopios digitales, sin embargo, generan las marcas de la retícula en la pantalla de la misma manera que la traza.
Las retículas externas también protegen la cara de vidrio del CRT de impactos accidentales. Algunos osciloscopios CRT con retículas internas tienen un filtro de luz 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 la resolución de las mediciones con una retícula son relativamente limitadas; los mejores instrumentos a veces tienen marcadores brillantes móviles en la traza. Esto permite que los circuitos internos realicen mediciones más refinadas.
Tanto la sensibilidad vertical calibrada como el tiempo horizontal calibrado se establecen en pasos de 1, 2, 5 o 10. Sin embargo, esto da lugar a interpretaciones poco claras de divisiones menores.
Los osciloscopios digitales generan la retícula digitalmente. Por lo tanto, se puede variar la escala, el espaciado, etc. de la retícula y mejorar la precisión de las lecturas.
Estos seleccionan la velocidad horizontal del punto del CRT a medida que crea la traza; este proceso se conoce comúnmente como barrido. En todos los osciloscopios modernos, excepto los menos costosos, la velocidad de barrido se puede seleccionar y calibrar en unidades de tiempo por división principal de la retícula. Generalmente se proporciona una amplia gama de velocidades de barrido, desde segundos hasta picosegundos (en el más rápido) por división. Por lo general, un control de variación continua (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, lo que hace que cualquier velocidad entre los pasos esté disponible.
Algunos osciloscopios analógicos de gama alta tienen un control de retención. Este establece un tiempo después de un disparo durante el cual el circuito de barrido no se puede volver a activar. Ayuda a proporcionar una visualización estable de eventos repetitivos en los que algunos disparos crearían visualizaciones confusas. Por lo general, se establece al mínimo, porque un tiempo más largo disminuye la cantidad de barridos por segundo, lo que da como resultado un trazo más tenue. Consulte Retención para obtener una descripción más detallada.
Para adaptarse a una amplia gama de amplitudes de entrada, un interruptor selecciona la sensibilidad calibrada de la deflexión vertical. Otro control, a menudo delante de la perilla selectora calibrada, ofrece una sensibilidad continuamente variable en un rango limitado que va desde configuraciones calibradas hasta configuraciones menos sensibles.
A menudo, la señal observada está desfasada por un componente constante, 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 desfase fijo de interés, o cambia lentamente, el usuario normalmente preferirá el acoplamiento "DC", que evita cualquier condensador de este tipo. La mayoría de los osciloscopios ofrecen la opción de entrada de 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 (normalmente etiquetada como "GND" para tierra) que desconecta la entrada y la conecta a tierra. A menudo, 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 de "inversión", 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 desplazarlo verticalmente 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 únicamente en osciloscopios más elaborados; ofrece sensibilidad ajustable para entradas horizontales externas. Solo 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 lateralmente. Normalmente, fija el extremo izquierdo de la traza en el borde izquierdo de la retícula, pero puede desplazar toda la traza cuando se desee. Este control también mueve las trazas del modo XY lateralmente en algunos instrumentos y puede compensar un componente de CC limitado como en el caso de la posición vertical.
Cada canal de entrada generalmente tiene su propio conjunto de controles de sensibilidad, acoplamiento y posición, aunque algunos osciloscopios de cuatro trazas solo tienen controles mínimos para su tercer y cuarto canal.
Los osciloscopios de doble trazo tienen un interruptor de modo para seleccionar un solo canal, 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 cambio 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 de ejecución libre (asincrónico) o entre barridos consecutivos. Algunos osciloscopios analógicos de doble trazo de Philips tenían un multiplicador analógico rápido y proporcionaban una pantalla 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.
Entre ellos se 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 suele ser la misma. Un control de tiempo de retardo multivuelta calibrado ofrece configuraciones de retardo de alta resolución y amplio rango; abarca la duración completa del barrido principal y su lectura corresponde a divisiones de retícula (pero con una precisión mucho más fina). 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 cuando el barrido retrasado está avanzando, solo barrido retrasado o (en algunos) un modo combinado.
Los buenos osciloscopios CRT incluyen un control de intensidad de barrido retardado, para permitir la aparición de un trazo más tenue en un barrido retardado mucho más rápido que, sin embargo, se produce solo una vez por barrido principal. Es probable que dichos osciloscopios también tengan un control de separación de trazos 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 trazas múltiples o dobles, o la frecuencia de la línea de CA (red eléctrica). Otro interruptor activa o desactiva el modo de disparo automático, o selecciona un barrido único, si el osciloscopio lo incluye. Un interruptor con resorte de retorno o un pulsador activan los barridos únicos.
Un control de nivel de disparo varía el voltaje requerido para generar un disparo, y el interruptor de pendiente selecciona polaridad positiva o negativa en el nivel de disparo seleccionado.
Para visualizar 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 tienen barridos activados. En comparación con los osciloscopios más antiguos y simples con osciladores de barrido que funcionan continuamente, los osciloscopios de barrido activado 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 individuales o pulsos que no se repiten a una frecuencia fija.
Con barridos activados, el osciloscopio suprime el haz y comienza a restablecer el circuito de barrido cada vez que el haz alcanza el extremo derecho de la pantalla. Durante un período de tiempo, llamado retención (que se puede ampliar mediante un control del panel frontal en algunos osciloscopios mejores), el circuito de barrido se restablece por completo e ignora los disparadores. Una vez que expira la retención, el siguiente disparador inicia un barrido. El evento de disparo suele ser la forma de onda de entrada que alcanza un voltaje umbral especificado por el usuario (nivel de disparo) en la dirección especificada (hacia lo positivo o hacia lo negativo: polaridad de disparo).
En algunos casos, el tiempo de espera variable puede ser útil para que el barrido ignore los factores de activación que interfieren y que ocurren antes de los eventos que se van a observar. En el caso de formas de onda repetitivas pero complejas, el tiempo de espera variable puede proporcionar una visualización estable que no se podría lograr de otra manera.
La retención del disparador define un período determinado después de un disparador durante el cual el barrido no se puede volver a disparar. Esto facilita el establecimiento de una vista estable de una forma de onda con múltiples bordes, lo que de otro modo causaría disparadores 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 se configurase simplemente para disparar en cada flanco ascendente, esta forma de onda provocaría tres disparadores por cada ciclo:
Suponiendo que la señal tiene una frecuencia bastante alta , la pantalla del osciloscopio probablemente se vería así:
En un osciloscopio real, cada disparador sería el mismo canal, por lo que todos serían del mismo color.
Es conveniente que el osciloscopio se active solo en un borde por ciclo, por lo que es necesario establecer el tiempo de espera en un valor ligeramente inferior al período de la forma de onda. Esto evita que se active más de una vez por ciclo, pero permite que se active en el primer borde 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 temporización que genera activadores de ejecución libre para que siempre haya un rastro visible. Esto se conoce como "barrido automático" en los controles. Una vez que llegan los activadores, el temporizador deja de proporcionar pseudoactivadores. El usuario generalmente desactivará el barrido automático cuando observe tasas de repetición bajas.
Si la señal de entrada es periódica, la frecuencia 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 simples, comparativamente económicos y fueron útiles en el mantenimiento de radios y algunos servicios de televisión. Medir el voltaje o el tiempo es posible, pero solo con equipo adicional y es bastante incómodo. Son principalmente instrumentos cualitativos.
Tienen unos pocos rangos de frecuencia (muy espaciados) y un control de frecuencia continua de rango relativamente amplio dentro de un rango determinado. En uso, la frecuencia de barrido se establece ligeramente por debajo de algún submúltiplo de la frecuencia de entrada, para mostrar típicamente al menos dos ciclos de la señal de entrada (de modo 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 estabiliza.
Algunos osciloscopios ofrecen estas funciones. El usuario arma manualmente el circuito de barrido (normalmente mediante un pulsador 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 realizarlo hasta que se vuelve a armar. Este modo, combinado con una cámara de 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 retardado proporciona una vista muy detallada de una pequeña porción seleccionada de la base de tiempo principal. La base de tiempo principal sirve como un retardo controlable, después del cual comienza la base de tiempo retardada. Esto puede comenzar cuando expira el retardo, o puede activarse (solo) después de que expire el retardo. Por lo general, la base de tiempo retardada se establece para un barrido más rápido, a veces mucho más rápido, como 1000:1. En relaciones extremas, la fluctuación en los retardos en barridos principales consecutivos degrada la visualización, pero los disparadores 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 retardada, o una combinación de ambos. Cuando el barrido retardado está activo, la traza del barrido principal se ilumina mientras avanza el barrido retardado. En un modo de combinación, proporcionado solo en algunos osciloscopios, la traza cambia del barrido principal al barrido retardado una vez que comienza el barrido retardado, aunque se ve menos del barrido rápido retardado para retardos 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 retardada como tal.
Los osciloscopios con dos entradas verticales, denominados osciloscopios de doble trazo, son extremadamente útiles y habituales. Utilizando un tubo de rayos catódicos de haz único, multiplexan las entradas, normalmente cambiando entre ellas lo suficientemente rápido como para mostrar dos trazos aparentemente a la vez. Menos comunes son los osciloscopios con más trazos; cuatro entradas son comunes entre ellos, pero unos pocos (Kikusui, por ejemplo) ofrecían una visualización de la señal de disparo de barrido si se deseaba. Algunos osciloscopios de múltiples trazos utilizan la entrada de disparo externo como una 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 trazo a menudo pueden sumar sus entradas para mostrar una suma analógica en tiempo real. Invertir un canal mientras se suman 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 asincrónica, es decir, de funcionamiento libre, con respecto a la frecuencia de barrido; o puede realizarse después de que se complete cada barrido horizontal. La conmutación asincrónica suele denominarse "cortada", mientras que la sincronizada con el barrido se denomina "alternativa". Un canal determinado se conecta y desconecta de forma alternada, lo que da lugar al término "cortado". Los osciloscopios de trazas múltiples también conmutan canales en modo cortado o alterno.
En general, el modo de corte es mejor para barridos más lentos. Es posible que la tasa de corte interna sea un múltiplo de la tasa de repetición de barrido, lo que crea espacios en blanco en las trazas, pero en la práctica esto rara vez es un problema. Los espacios en blanco en una traza se sobrescriben con trazas 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 osciloscopios CRT de doble haz verdaderos, pero no eran comunes. Un tipo (Cossor, Reino Unido) tenía una placa divisora de haz en su CRT y una deflexión de 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 con divisor de haz tenían una deflexión 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. Los CRT de múltiples cañones (hasta diez cañones) se fabricaron en décadas pasadas. Con diez cañones, la envoltura (bulbo) era cilíndrica en toda su longitud. (Véase también "Invención del CRT" en Historia del osciloscopio ).
En un osciloscopio analógico, el amplificador vertical adquiere la señal o señales que se van a visualizar y proporciona una señal lo suficientemente grande como para desviar el haz del CRT. En osciloscopios mejores, retrasa la señal una fracción de microsegundo. La desviación máxima se encuentra al menos un poco más allá de los bordes de la retícula y, más típicamente, a cierta distancia fuera de la pantalla. El amplificador debe tener una baja distorsión para mostrar su entrada con precisión (debe ser lineal) y debe recuperarse rápidamente de las sobrecargas. Asimismo, su respuesta en el dominio del tiempo debe representar transitorios con precisión: sobreimpulso mínimo, redondeo e inclinación de la parte superior de un pulso plano.
Una entrada vertical va a un atenuador de pasos con compensación de frecuencia para reducir las señales grandes y evitar la sobrecarga. El atenuador alimenta una o más etapas de bajo nivel, que a su vez alimentan las 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 señal (decenas de voltios, a veces más de 100 voltios) para la deflexión electrostática del CRT.
En los osciloscopios de traza dual 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 operativo diferente del controlador del conmutador) bloquea el haz antes de conmutar y lo desbloquea solo después de que los transitorios de conmutación se hayan estabilizado.
En la parte intermedia 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 múltiple traza, dependiendo el canal de la configuración del selector de fuente de disparo.
Esta señal precede al retardo (si lo hay), lo que permite que el circuito de barrido reactive el CRT y comience el barrido hacia adelante, de modo que el CRT pueda mostrar el evento de activación. Los retardos analógicos de alta calidad agregan un costo modesto a un osciloscopio y se omiten en osciloscopios sensibles al costo.
El retardo 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 adaptadas para evitar reflexiones.
La mayoría de los osciloscopios modernos tienen varias entradas para voltajes y, por lo tanto, se pueden usar para representar gráficamente un voltaje variable frente a otro. Esto es especialmente útil para representar gráficamente curvas IV ( características de corriente frente a voltaje ) para componentes como diodos , así como figuras de Lissajous . Las figuras de Lissajous son un ejemplo de cómo se puede usar un osciloscopio para rastrear diferencias de fase entre múltiples señales de entrada. Esto se usa con mucha frecuencia en ingeniería de transmisión para representar gráficamente los canales estereofónicos izquierdo y derecho , para garantizar que el generador estéreo esté calibrado correctamente. Históricamente, las figuras de Lissajous estables se usaban para mostrar que dos ondas sinusoidales tenían una relación de frecuencia relativamente simple, una relación numéricamente pequeña. También indicaban la diferencia de fase entre dos ondas sinusoidales de la misma frecuencia.
El modo XY también permite que el osciloscopio funcione como un monitor vectorial para mostrar imágenes o interfaces de usuario. Muchos de los primeros juegos, como Tennis for Two , usaban un osciloscopio como dispositivo de salida. [12]
La pérdida total de señal en una pantalla CRT XY significa que el haz está estacionario y golpea un punto pequeño. Esto corre el riesgo de quemar el fósforo si el brillo es demasiado alto. Este tipo de daño era más común en los osciloscopios más antiguos, ya que los fósforos utilizados anteriormente se quemaban con mayor facilidad. 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 rejilla del tubo de rayos catódicos (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 a una pantalla iluminada es del orden de 10 a 20 voltios, según las características del tubo de rayos catódicos.
Un ejemplo de una aplicación práctica es si se utilizan 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. La cantidad de puntos multiplicada por la frecuencia XY da la frecuencia Z. Esta técnica solo funciona si la frecuencia Z es una relación entera de la frecuencia XY y solo si no es tan grande que los puntos se vuelvan tan numerosos que sean difíciles de contar.
Al igual que 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 frecuencia más alta.
El ancho de banda se define como la frecuencia en la que la sensibilidad es 0,707 de la sensibilidad en CC o la frecuencia de CA más baja (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 caer 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 a 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 usarse para manejar las frecuencias de interés de manera adecuada. Para lograr la respuesta más plana, la mayoría de las sondas deben "compensarse" (un ajuste realizado utilizando una señal de prueba del osciloscopio) para tener en cuenta la reactancia del cable de la sonda.
Otra especificación relacionada es el tiempo de subida . Este es el tiempo que transcurre entre el 10% y el 90% de la respuesta de amplitud máxima en el borde 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 de Nyquist del ADC . Esto se debe a limitaciones en el amplificador de señal analógica, al diseño deliberado del filtro anti-aliasing que precede al ADC o a ambos.
En el caso de 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 frecuencia de 20 megamuestras por segundo sería aplicable para medir señales de hasta aproximadamente 2 MHz. Esto permite diseñar el filtro anti-aliasing con un punto de caída de 3 dB de 2 MHz y un corte efectivo a 10 MHz (la frecuencia de Nyquist), lo que evita los artefactos de un filtro muy empinado ("pared de ladrillos") .
Un osciloscopio de muestreo puede mostrar señales de una frecuencia considerablemente mayor que la frecuencia de muestreo si las señales son exactamente o casi repetitivas. Para ello, toma una muestra de cada repetición sucesiva de la forma de onda de entrada, y cada muestra se encuentra en un intervalo de tiempo mayor desde el evento de disparo. Luego, la forma de onda se muestra a partir de estas muestras recopiladas. Este mecanismo se conoce como "muestreo en tiempo equivalente". [15] Algunos osciloscopios pueden funcionar en este modo o en el modo "en tiempo real" más tradicional, a elección del operador.
Algunos osciloscopios tienen cursores , que 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 ubicaciones móviles. Estos cursores son más precisos que las estimaciones visuales que hacen referencia a las líneas de la 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 de mejor calidad también tienen un bucle cuadrado para verificar y ajustar las sondas de corriente.
A veces, un usuario desea ver un evento que ocurre solo ocasionalmente. Para capturar estos eventos, algunos osciloscopios, llamados osciloscopios de almacenamiento , conservan el barrido más reciente en la pantalla. Esto se logró originalmente con un CRT especial, un tubo de almacenamiento , que retenía la imagen incluso de un evento muy breve durante mucho tiempo.
Algunos osciloscopios digitales pueden realizar barridos a velocidades tan lentas como una vez por hora, emulando un registrador de gráficos de banda . Es decir, la señal se desplaza por la pantalla de derecha a izquierda. La mayoría de los osciloscopios con esta función cambian de un modo de barrido a un modo de gráfico de banda aproximadamente un barrido cada diez segundos. Esto se debe a que, de lo contrario, el osciloscopio parece roto: está recopilando datos, pero no se puede ver el punto.
Todos los modelos de osciloscopios actuales, salvo los más simples, utilizan con mayor frecuencia el muestreo de señales digitales. Las muestras alimentan convertidores rápidos de analógico a digital, tras lo cual todo el procesamiento (y almacenamiento) de señales es digital.
Muchos osciloscopios admiten módulos enchufables para diferentes propósitos, por ejemplo, amplificadores de alta sensibilidad con un 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 propósitos especiales, incluidos analizadores de espectro de audio/ultrasónico y canales acoplados directamente con voltaje de compensación estable y ganancia relativamente alta.
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Uno de los usos más frecuentes de los osciloscopios es la detección de averías en equipos electrónicos. Por ejemplo, si bien 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 precisos de un pulso son importantes.
En un equipo electrónico, por ejemplo, las conexiones entre etapas (por ejemplo, mezcladores electrónicos , osciladores electrónicos , amplificadores ) pueden ser "sondeadas" para la señal esperada, utilizando el osciloscopio como un simple rastreador de señales. 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 técnico especializado puede, por lo general, realizar más pruebas para determinar exactamente qué componente ha fallado. Una vez que se reemplaza el componente, la unidad puede volver a funcionar o, al menos, puede aislarse la siguiente falla. Este tipo de resolución de problemas es habitual en los receptores de radio y televisión, así como en los amplificadores de audio, pero puede aplicarse a dispositivos muy diferentes, como los controladores de motores electrónicos.
Otro uso es comprobar circuitos de nuevo diseño. A menudo, un circuito de nuevo diseño funciona mal debido a errores de diseño, niveles de voltaje incorrectos, ruido eléctrico, etc. La electrónica digital generalmente funciona con un reloj, por lo que un osciloscopio de doble traza que muestre tanto la señal del reloj como una señal de prueba que depende del reloj es útil. Los osciloscopios de almacenamiento son útiles para "capturar" eventos electrónicos poco frecuentes 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 más graves. [18]
Los osciloscopios para automóviles, que aparecieron por primera vez en la década de 1970 para el análisis del sistema de encendido, se están convirtiendo en una herramienta de taller importante 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 serial, como el bus CAN que se usa comúnmente en aplicaciones automotrices.
Muchos osciloscopios actuales ofrecen 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 los distintos tipos y modelos disponibles. Para obtener una explicación detallada, consulte el otro artículo.
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El tipo más antiguo y más simple de osciloscopio consistía en un tubo de rayos catódicos (TRC), un amplificador vertical , una base de tiempo, un amplificador horizontal y una fuente de alimentación . En la actualidad, 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 la medición del tamaño de las ondas, y es posible que no muestren las ondas en el sentido tradicional de un segmento de línea que se extiende de izquierda a derecha. En cambio, se pueden utilizar para el análisis de señales introduciendo una señal de referencia en un eje y la señal que se va a medir en el otro eje. En el caso de una señal de referencia y de medición oscilante, esto da como resultado un patrón de bucle complejo denominado figura de Lissajous . La forma de la curva se puede interpretar para identificar las 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 tubo de rayos catódicos especial de doble haz genera y desvía dos haces separados. Los osciloscopios analógicos de múltiples trazas pueden simular una visualización de doble haz con cortes y barridos alternativos, pero esas características no proporcionan visualizaciones simultáneas. (Los osciloscopios digitales en tiempo real ofrecen los mismos beneficios de un osciloscopio de doble haz, pero no requieren una visualización de doble haz). Las desventajas del osciloscopio de doble traza son que no puede cambiar rápidamente entre trazas y no puede capturar dos eventos transitorios rápidos. Un osciloscopio de doble haz evita esos problemas.
El almacenamiento de trazas es una función adicional disponible en algunos osciloscopios analógicos; utilizaban CRT de almacenamiento de visión directa. El almacenamiento permite que un patrón de trazas que normalmente se desintegraría 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 la traza en la pantalla.
Mientras que los dispositivos analógicos utilizan voltajes que varían continuamente, los dispositivos digitales utilizan números que corresponden a muestras del voltaje. En el caso de los osciloscopios digitales, un convertidor analógico a digital (ADC) convierte los voltajes medidos en información digital.
El osciloscopio de almacenamiento digital, o DSO por sus siglas en inglés, es el tipo estándar de osciloscopio en la actualidad para la mayoría de las aplicaciones industriales y, gracias a los bajos costos de los osciloscopios de nivel de entrada, incluso para los aficionados. Reemplaza el método de almacenamiento electrostático en los osciloscopios de almacenamiento analógico por una memoria digital, que almacena datos de muestra durante el tiempo que se requiera 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 osciloscopio de muestreo digital estándar está limitado a capturar señales con un ancho de banda de menos de la mitad de la frecuencia de muestreo del ADC (denominado límite de Nyquist ). Existe una variante del osciloscopio de muestreo digital, denominada osciloscopio de muestreo digital , que puede superar este límite para determinados tipos de señales, como las señales de comunicaciones de alta velocidad, en las que la forma de onda consiste en pulsos repetidos. Este tipo de osciloscopio de muestreo digital muestrea 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. [19]
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 con precisión en el tiempo las señales analógicas y lógicas, lo que ofrece una clara ventaja sobre un osciloscopio y un analizador lógico separados. 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 tanto en canales analógicos como lógicos.
Un osciloscopio de dominio mixto (MDO) es un osciloscopio que viene con una entrada de RF adicional que se utiliza exclusivamente para la funcionalidad dedicada del analizador de espectro basado en FFT . A menudo, esta entrada de RF ofrece un mayor ancho de banda que los canales de entrada analógicos convencionales. Esto contrasta con la funcionalidad FFT de los osciloscopios digitales convencionales, que utilizan las 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 prueba y servicio de campo. En la actualidad, un osciloscopio portátil suele ser un osciloscopio de muestreo digital que utiliza una pantalla de cristal líquido .
Muchos osciloscopios portátiles y de sobremesa tienen la tensión de referencia de tierra común a 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 tensión, y la referencia compartida predeterminada es la "tierra". Si no hay un preamplificador diferencial o un aislador de señal externo, este osciloscopio de sobremesa tradicional no es adecuado para mediciones flotantes. (En ocasiones, un usuario de un osciloscopio rompe el pin de tierra en el cable de alimentación de un osciloscopio de sobremesa en un intento de aislar la señal común de la tierra física. Esta práctica no es fiable, 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 de nivel de referencia de 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 conectar un lado de la entrada del osciloscopio a la señal común del circuito o a la referencia de tierra.
El aislamiento disponible se clasifica como se muestra a continuación:
Algunos osciloscopios digitales dependen de una plataforma de PC para visualizar y controlar el instrumento. Esto puede ser en forma de un osciloscopio independiente con plataforma de PC interna (placa base de PC) o como 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 tales instrumentos basados en osciloscopios incluyen monitores de forma de onda para analizar niveles de video en producciones de televisión y dispositivos médicos 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. Entre estos sistemas de medición complejos se encuentran los analizadores de espectro , los analizadores de transistores y los reflectómetros de dominio temporal (TDR). A diferencia de un osciloscopio, estos instrumentos generan automáticamente un estímulo o barren un parámetro de medición.
aparece por primera vez en un par de artículos posteriores de Zenneck (1899a,b)
