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El osciloscopio El osciloscopio es bsicamente un dispositivo que
permite la visualizacin grfica de seales elctricas variables en el
tiempo. Para tal fin, el osciloscopio dispone de una pantalla en la
que aparece la grfica de la seal elctrica aplicada en funcin del
tiempo. El eje vertical (eje Y) representa el voltaje de la seal;
mientras que el eje horizontal (eje X) representa el tiempo. Un
osciloscopio puede medir multitud de magnitudes fsicas, simplemente
necesita la sonda adecuada que convierta la magnitud a medir en una
seal elctrica (p.e. en el caso del sonido, un micrfono convierte la
seal acstica en una seal elctrica). Debido a la diversidad de
medidas y magnitudes que se puede estudiar con los osciloscopios,
estos se utilizan en campos muy dispares que abarcan desde la
medicina hasta la mecnica del automvil. En un principio los
osciloscopios eran analgicos, pero hoy en da suelen ser digitales,
si bien estos ltimos tambin permiten trabajar en modo analgico. En
los analgicos es la propia seal aplicada la que, convenientemente
amplificada, produce la figura que se observa en la pantalla. Sin
embargo, en los digitales la seal aplicada se convierte en una seal
digital que aparte de presentarse en la pantalla permite ser
almacenada. Los analgicos son preferibles cuando es prioritario
visualizar variaciones rpidas de la seal de entrada en tiempo real.
Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar
y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensin que se producen
aleatoriamente). Fundamento terico: El elemento principal de un
osciloscopio es el tubo de rayos catdicos. ste posee en su interior
un ctodo incandescente que emite electrones, los cuales inciden
sobre una pantalla fluorescente dando lugar a la emisin de una luz
que suele ser verdosa o azulada. En su trayectoria hasta la
pantalla, el haz de electrones atraviesa dos pares de placas
deflectoras (ver figura 1), unas horizontales y otras verticales.
Mediante la aplicacin de diferencias de potencial a estas placas el
haz de electrones puede desviarse a voluntad. La diferencia de
potencial aplicada a las placas horizontales permite desviar al haz
verticalmente, y la diferencia de potencial aplicada a las placas
verticales desva al haz horizontalmente. Estas direcciones
horizontal y vertical corresponden con los ejes X e Y
respectivamente.
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Figura 1. Esquema de tubo de rayos catdicos de un osciloscopio
Cuando sobre las placas deflectoras no se aplica ninguna tensin el
haz de electrones incide sobre el centro de la pantalla, dando
lugar a un punto luminoso inmvil en dicho punto. Normalmente, en
las placas horizontales se introduce una diferencia de potencial
proporcional a la seal de entrada. De esta forma el punto luminoso
en la pantalla se desva verticalmente siguiendo las variaciones de
la seal de entrada. Por otra parte, introduciendo en las placas
verticales una seal variable en forma de dientes de sierra (figura
2), cuya frecuencia puede variarse a voluntad, se consigue hacer
que el punto luminoso de la pantalla se desve horizontalmente de
izquierda a derecha, es lo que se denomina barrido. La velocidad
del barrido es proporcional al paso del tiempo. Conjugando el
movimiento vertical y horizontal del punto luminoso se consigue que
el haz luminoso siga una trayectoria equivalente a la variacin de
la seal de entrada con el tiempo. En cuanto la frecuencia de
barrido es lo suficientemente grande, la traza del punto luminoso
en la pantalla se ve como una trayectoria continua. Si el barrido
horizontal est conectado y no se aplica ninguna tensin a las placas
de desviacin vertical , se observar en la pantalla un punto que la
barre horizontalmente, y que nos parecer una lnea horizontal si la
frecuencia de barrido es alta.
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=nT
tV=Vb
V=Va
Voltaje
tiempo
Figura 2. Esquema de la seal tipo diente de sierra que produce
el barrido horizontal. Cuando el voltaje es Va el punto luminoso
est en la parte izquierda de la pantalla. Segn aumenta el potencial
el punto se desplaza hacia la derecha y cuando alcanza el valor Vb
llega a la parte derecha. Los tramos planos de voltaje Va y tiempo
t son tramos de espera para sincronizar el periodo () de la seal de
barrido con el periodo (T) de la seal de que se quiere observar. Se
ha de cumplir que (= nT). Descripcin del aparato: A primera vista
un osciloscopio podra parecer una especie de televisin porttil
salvo por la cuadrcula de la pantalla y por el mayor nmero de
controles que tiene. En las figuras 3 y 4 puede verse una vista de
la parte frontal de dos osciloscopios. Las diferentes partes de
control y medida del osciloscopio pueden agruparse en tres partes
diferentes: pantalla, conectores y mandos de control. Pantalla
(33): Es un aparte fundamental de los osciloscopios, en ella es
donde va a aparecer la imagen de la seal que se quiere medir.
Aparte de la informacin cualitativa que se puede extraer de la
simple visualizacin de la seal, usando el osciloscopio tambin se
pueden hacer mediciones cuantitativas. stas se realizan midiendo
distancias sobre la imagen de la seal, para facilitar este proceso
la pantalla est dividida en una cuadrcula. Cada cuadrado de dicha
cuadrcula es de 1cm1cm., si bien en los ejes aparecen marcas cada
0.2 cm.
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Conectores: Son las conexiones por donde se introduce la seal de
entrada al osciloscopio. El nmero y tipo de conectores depende de
los modelos de osciloscopio. Actualmente los osciloscopios suelen
tener dos canales de entrada, es decir permiten observar dos seales
a la vez. Los conectores son de tipo BNC para cables coaxiales
apantallados y hay un conector por cada canal de entrada (CH 1 y CH
2) (8 y 20) (ver esquema figura 4). Adems, suele haber otra conexin
para introducir una seal de sincronizacin externa (EXT TRIG o TRIG
IN) (24) (ver apartado sobre mandos de control de sincronizacin).
Los osciloscopios antiguos slo tienen una canal de entrada (por
ejemplo el representado en la figura 3) y los conectores son de
tipo banana normal. En este caso tiene un conector para la seal
activa (superior) y otro para la seal de tierra (inferior). En
algunos casos tienen otra pareja de conectores (superior seal
activa, inferior seal de tierra). Usada para introducir otra seal
de entrada, de forma que se puede representar la primera seal en
funcin de la segunda, o bien una seal de disparo externa (EXT TRIG)
(ver apartado sobre mandos de control de sincronizacin). Mandos de
control generales: Interruptor (ON/OFF) (6): Aunque suele ser un
botn individual, en algunos modelos el encendido esta asociado al
mando de control de brillo (BRIGHTNESS). Brillo (BRIGHTNESS o
INTEN) (2): Este mando permite variar la intensidad del punto
luminoso de la pantalla. Debe regularse de manera que la imagen no
posea un halo luminoso a su alrededor. En general ,el brillo debe
de ser suficiente para que la imagen sea visible. Foco (FOCUS) (3):
Este mando permite obtener una imagen ntida en la pantalla. Modo
simple/dual/suma (MODE: CH1, CH2, DUAL, ADD) (14): (en
osciloscopios de dos canales) permite seleccionar entre ver un
canal u otro (CH 1/ CH 2), ver los dos a la vez (DUAL) o ver la
suma de los dos canales (ADD). Modo XY (X-Y) (29 en posicin X-Y):
Al seleccionar este modo se representa en pantalla la seal de un
canal frente a la seal del otro. Aunque, normalmente el canal I
hace de eje Y y el canal II de eje X, en el osciloscopio
representado en la figura 4, el canal 1 es el eje X y el canal 2 es
el eje Y. Algunos osciloscopios an teniendo un solo canal de
entrada disponen de este modo introduciendo la segunda seal por el
conector del disparo exterior (EXT TRIG). En algunos modelos, hay
un botn especfico para poner el modo X-Y y en otros aparece como
una posicin ms del mando de modo simple/dual/suma.
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Mandos del sistema vertical (VERTICAL): (En el caso de
osciloscopios con varios canales, habr uno de cada uno de los
siguientes mandos para cada canal) Desplazamiento vertical (
POSITION, Y-POS Y-SHIFT) (11 y 19): Permite el desplazamiento
vertical de la imagen, de forma que se puede posicionar la imagen
en el punto exacto que se desee. Resulta de mucha utilidad cuando
se trata de realizar medidas, para alinear puntos concretos de la
seal con la retcula de la pantalla. Escala vertical (VOLTS/DIV
VOLTS/CM) (7 y 22): Se trata de un conmutador con un gran nmero de
posiciones determinadas, cada una de las cuales representa el
factor de escala empleado por el sistema vertical. Por ejemplo, si
el mando esta en la posicin 2 voltios/div significa que cada una de
las divisiones verticales de la pantalla, que recordemos son de un
1 cm, representan 2 voltios. Por lo tanto, usando el valor de esta
escala convertimos las distancias medidas en el eje vertical a
voltios. Es muy importante seleccionar la escala adecuada para cada
seal, de forma que la imagen ocupe la mayor parte de la pantalla
que sea posible. Mando variable (VARIABLE VAR.) (9 y 21): Se trata
de un potencimetro situado de forma concntrica al mando de la
escala vertical. Permite variar la escala vertical de forma
continua, se puede considerar una especie de lupa del eje vertical.
Cuando se trata de hacer medidas es muy importante que este mando
est en la posicin de calibrado (CAL), que debe aparecer claramente
indicada. Amplificacin (MAG Y-MAG) (tirando de 9 y/o 21 hacia
fuera): Este mando permite ampliar la escala del eje vertical en un
factor determinado que normalmente es cinco (5) o diez (10). Si se
utiliza est amplificacin habr que tenerla en cuenta al hacer
medidas cuantitativas, por ejemplo si la escala vertical est en
1vol/div y la amplificacin es de 5 tendremos 1 voltio por cada 5
centmetros. Acoplamiento de la entrada (AC/GND/DC) (10 y 18): Se
trata de un conmutador que permite variar la forma en la que la
seal de entrada se conecta la osciloscopio. Lo ms usual es que se
trate de un conmutador con tres posiciones: AC, DC y GND. La
posicin AC elimina mediante un condensador la componente continua
que posea la seal exterior. La posicin DC deja pasar la seal tal
como viene, y la posicin GND desconecta la seal de entrada del
sistema vertical y lo conecta a tierra (potencial cero). Mandos del
sistema horizontal (HORIZONTAL): Desplazamiento horizontal
(POSITION, X-POS X-SHIFT) (32): Permite el desplazamiento
horizontal de la imagen, de forma que se puede posicionar la imagen
en el
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punto exacto que se desee. Resulta de mucha utilidad cuando se
trata de realizar medidas, para alinear puntos concretos de la seal
con la retcula de la pantalla. Escala horizontal base de tiempos
(TIME/DIV, TIME/CM TIMEBASE) (29): Se trata de un conmutador con un
gran nmero de posiciones determinadas, cada una de las cuales
representa el factor de escala empleado por el sistema de barrido
horizontal. Por ejemplo, si el mando esta en la posicin 5 ms/div
significa que cada una de las divisiones horizontales de la
pantalla, que recordemos son de un 1 cm, representan 5
milisegundos. Por lo tanto, usando el valor de esta escala
convertimos las distancias medidas en el eje horizontal a segundos.
Es muy importante seleccionar la escala adecuada para cada seal, de
forma que las medidas se puedan hacer de forma precisa. Mando
variable (VARIABLE SWP. VAR.) (30): Se trata de un potencimetro
situado de forma concntrica al mando de la escala horizontal.
Permite variar la escala horizontal de forma continua, se puede
considerar una especie de lupa del eje horizontal. Cuando se trata
de hacer medidas es muy importante que este mando est en la posicin
de calibrado (CAL), que debe aparecer claramente indicada.
Amplificacin (MAG X-MAG) (31): Este mando permite ampliar la escala
del eje horizontal en un factor determinado que normalmente es
cinco (5) o diez (10). Si se utiliza est amplificacin habr que
tenerla en cuenta al hacer medidas cuantitativas. Por ejemplo, si
la escala horizontal est en 1ms/div y la amplificacin es de 10
tendremos 1 milisegundo por cada 10 centmetros. Mandos de control
de sincronizacin y disparo (TRIGGER): Cuando se est observando una
seal peridica es posible hacer que en la pantalla del osciloscopio
se obtenga una imagen estable haciendo que el barrido horizontal
comience de manera sincronizada con el periodo de la seal a
observar. Por eso, el barrido debe comenzar o ser lanzado o
disparado por dicha seal o por otra seal externa que mantenga una
relacin temporal fija con la que se quiere visualizar. Modo de
disparo (MODE, TRIG SELECTOR) (25): Normalmente es un conmutador
con varias posiciones (AUTO, NORM, TV-V, TV-H,) que sirven para
seleccionar la frecuencia de la seal de disparo. En el modo AUTO el
barrido funciona siempre, lo que no garantiza la observacin de
imgenes estables. En el modo NORM el barrido funciona segn el valor
del nivel de disparo (ver siguiente punto). Si el nivel de disparo
tiene un valor que no alcanza la seal de entrada no se produce el
disparo y por lo tanto el barrido, por lo que no se ve ninguna
imagen, lo cual puede ser desconcertante. As, no es recomendable
usar esta opcin para usuarios noveles. Los modos TV introducen
pulsos de sincronizacin automticos de TV que suelen garantizar la
observacin de imgenes
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estables en la pantalla. Algunos modelos de osciloscopios slo
tienen dos opciones de disparo: Normal (NORM) y TV. Nivel de
disparo (LEVEL TRIG LEVEL) (28): Permite controlar el valor para el
que se produce el inicio o disparo del barrido. Es decir el nivel
de la seal de entrada que se toma como referencia para iniciar el
barrido. Para ello el modo de disparo ha de estar en posicin normal
(NORM). En algunos modelos el nivel de disparo tiene una posicin de
AUTO en la que el nivel de disparo es aproximadamente el valor
medio de la seal de entrada, lo que garantiza que se produzca el
barrido. Salvo para medidas muy especficas sera recomendable poner
este mando en posicin AUTO. Fuente de disparo (SOURCE) (12):
Normalmente es un conmutador con varias posiciones (CH1, CH2, LINE,
EXT,) para seleccionar la seal que realiza el disparo. CH1 CH2 son
las opciones ms normales y son para utilizar la seal del canal 1 2
como seal de disparo, LINE es para usar como seal de disparo la
seal de la red elctrica, y EXT es para utilizar una seal de disparo
externa que se introduce en el conector TRIG IN. Otros mandos de
control: Congelar imagen (HOLD): (slo en osciloscopios digitales)
Permite congelar la imagen. Cuando se vuelve a pulsar la imagen se
descongela. Cada canal se puede congelar de forma independiente. Es
muy til para seales con mucho ruido o no peridicas.
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Figura 3. Vista frontal de un osciloscopio antiguo de un solo
canal
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Figura
4. V
ista f
rontal
esqu
emti
ca de
un os
cilos
copio
de do
s can
ales
