Osciloscopios digitales
(358)Es difícil imaginar a un ingeniero electrónico que nunca se haya topado con un osciloscopio. Se trata de instrumentos de medición multifuncionales y precisos, actualmente disponibles casi exclusivamente en versiones digitales. En las últimas décadas, han aparecido en el mercado muchos modelos asequibles (a menudo destinados a aficionados, aficionados y estudiantes). Teniendo en cuenta que la oferta de TME no sólo se dirige a profesionales experimentados, a continuación presentamos las características generales de los osciloscopios digitales, detallando sus funciones y áreas de aplicación más importantes.
¿Quién usa osciloscopios?
Los osciloscopios se encuentran entre los instrumentos de medición más importantes, por lo que la respuesta a esta pregunta debería ser: todos los que se ocupan de la electrónica. Un osciloscopio le permite ver los cambios de voltaje a lo largo del tiempo, lo que le permite analizar el funcionamiento de circuitos eléctricos y electrónicos (por ejemplo, fuentes de alimentación y convertidores), verificar el funcionamiento de prototipos, realizar investigaciones y enseñar sobre las leyes elementales de la física. En el campo de la ingeniería de radio, cuyas aplicaciones se están ampliando con el desarrollo de métodos de comunicación inalámbrica, trabajar sin un osciloscopio es prácticamente imposible, ya que permite obtener los parámetros de funcionamiento adecuados de transmisores y receptores. En el caso de la electrónica digital, los osciloscopios tienen menos aplicaciones, se utilizan principalmente para detectar interferencias, estudiar señales PWM y el funcionamiento de conversores A/C y C/A, pero también cabe destacar que las funcionalidades básicas de los osciloscopios están en constante expansión, lo que resulta también útil en el campo del análisis de protocolos de comunicación etc.
La diferencia entre osciloscopio analógico y digital
Pocos ingenieros electrónicos todavía utilizan osciloscopios analógicos (generalmente debido a la costumbre y al costo), pero recuerde que durante décadas fueron la única opción disponible. Su funcionamiento se basaba (por decirlo de forma muy sencilla) en procesar y amplificar señales eléctricas de modo que utilizaban electroimanes para doblar el haz de electrones dirigido a la pantalla. Los cambios en las corrientes en las bobinas del electroimán (cíclicas para el eje horizontal y dependientes del voltaje de entrada para el eje vertical) provocaron el movimiento del punto donde los electrones caían sobre la superficie del tubo de imagen. Al ajustar la frecuencia a la que la coordenada horizontal del punto cambiaba a la frecuencia de la señal, se podía obtener en la pantalla un gráfico claro de los cambios de voltaje durante un período de tiempo determinado. En el caso de los osciloscopios digitales, como su nombre indica, las mediciones se realizan mediante convertidores analógico/digital, y los datos adquiridos se guardan en la memoria y se presentan en la pantalla no directamente, sino a través de un software.
Ventajas y funciones de los osciloscopios digitales
Dado que los resultados de las mediciones se almacenan como datos en los osciloscopios digitales, podemos procesarlos en software y mediante circuitos lógicos. Esto permite la creación de dispositivos con un amplio rango de medición y un análisis detallado de los valores obtenidos. Esta investigación se lleva a cabo utilizando varias funcionalidades:
Guardar el gráfico de voltaje y mostrarlo
A diferencia de los dispositivos analógicos, los osciloscopios digitales pueden representar gráficamente incluso un solo impulso porque la señal que se mide no tiene que ser periódica. Sin embargo, también es posible rastrear los valores de voltaje en tiempo real, mientras que el software proporcionará automáticamente los extremos y ajustará el período de muestreo. También es posible ampliar partes del gráfico y ajustar su escala por separado para cada canal.
Funciones de medición y análisis
Las funciones básicas de los osciloscopios digitales permiten realizar mediciones de voltaje y frecuencia, así como operaciones matemáticas sobre valores y curvas seleccionados, lo que permite verificar fases, señales de reloj o PWM. La función FFT también se encuentra a menudo en dispositivos (Fast Fourier Transform), que permite al osciloscopio actuar como analizador de espectro (de modo que se pueden identificar perturbaciones, ruidos y otras señales en un amplio espectro de frecuencias, entre otras cosas).
Capacidades de activación
Los osciloscopios digitales ofrecen al usuario amplias posibilidades en términos de configuración de disparo, es decir, determinar las condiciones después de las cuales se iniciará la medición. Los ajustes en este rango incluyen exceder el nivel establecido, impulso, detección de un flanco ascendente o descendente e incluso curvatura. Los dispositivos también están equipados con un control del período de "espera" o "muerto", es decir, una función Holdoff Control. Gracias a esta estructura, el osciloscopio se puede utilizar para observar partes específicas de la forma de onda, anomalías e incluso monitorear líneas de comunicación en serie.
Comunicación y transmisión de datos
El software informático especializado se utiliza con mayor frecuencia para agregar y analizar grandes cantidades de datos. Para permitir la importación de datos desde el osciloscopio, estos dispositivos están equipados con interfaces de comunicación estándar (USB, Ethernet, a veces incluso WiFi). Esto le permite no sólo descargar información, sino también observar mediciones en tiempo real e incluso controlar remotamente el osciloscopio. Este tipo de instalaciones son particularmente útiles en condiciones de investigación de laboratorio y en la etapa de creación de prototipos, especialmente si son realizadas por equipos de ingenieros, en cuyo caso los aspectos más importantes del trabajo incluyen compartir los resultados del trabajo.
Sondas y accesorios
Una extensión adicional de las aplicaciones de los osciloscopios son las sondas especializadas que permiten examinar diversas cantidades y el funcionamiento de fuentes y señales de energía. Estas incluyen sondas: pasivas (típicas), equipadas con interruptor de factor de amortiguación (es decir, con un divisor de tensión que limita la sensibilidad al ruido), corriente (para registrar cambios de intensidad), diferencial (utilizado principalmente para medir valores de alto voltaje en líneas eléctricas) y activo (que puede ofrecer funcionalidades adicionales o una gama ampliada de frecuencias probadas).
Interfaz basada en software
Una gran ventaja de los osciloscopios digitales es su rica interfaz, que no sólo amplía las capacidades de los dispositivos, sino que también facilita su uso. En primer lugar, la pantalla de relativamente alta resolución permite mostrar información detallada, así como "consejos" y explicaciones de funciones individuales. En segundo lugar, el uso de matrices táctiles hace que el manejo del osciloscopio sea casi intuitivo. En tercer lugar, el usuario puede adaptar el funcionamiento del dispositivo a sus necesidades, por ejemplo, guardando la configuración para realizar mediciones repetidas con frecuencia. Finalmente, también se debe enfatizar que los fabricantes a menudo ofrecen parches para el software de sus osciloscopios, mejorando su funcionalidad y precisión; a veces hay paquetes de firmware separados disponibles por una tarifa adicional y ofrecen una expansión significativa de las capacidades de los dispositivos.
Funciones adicionales
Los osciloscopios modernos son equipos de laboratorio cuyas capacidades van mucho más allá de la medición. A menudo tienen generadores de funciones incorporados con varias formas de onda, pueden decodificar señales de protocolos de comunicación e incluso servir como analizadores lógicos (registrando el estado de varias líneas durante un período de tiempo relativamente largo). Estas funciones son especialmente útiles cuando se trabaja con electrónica digital.
El uso de osciloscopios digitales
Las funciones anteriores permiten el uso de osciloscopios en muchas áreas; también se han convertido en dispositivos más asequibles. Es más, incluso los modelos básicos se caracterizan por una alta frecuencia de funcionamiento, buena resolución y precisión. Gracias a esto, no sólo se ha ampliado el ámbito de aplicación de los osciloscopios, sino también el grupo de sus usuarios.
Pruebas y mantenimiento de circuitos electrónicos
Un área en la que los osciloscopios son un equipo indispensable es el diseño y reparación de dispositivos electrónicos. En este ámbito lo más importante es obtener los valores adecuados de tensión, corriente y frecuencia previstos en el diseño. El osciloscopio le permite detectar desviaciones de los parámetros operativos correctos, identificar fallas o suposiciones incorrectas realizadas en la etapa de diseño.
Análisis de señal en telecomunicaciones
Los estándares de comunicación y telecomunicaciones definen estrictamente las especificaciones operativas permitidas de dispositivos y componentes. En caso de interferencias o incluso errores, el osciloscopio permite detectar las causas de esta situación – localizar la fuente de las interferencias, medir los tiempos de transmisión de las señales, los valores de tensión adecuados entre líneas, etc.
Calidad de la fuente de energía
Otro campo de aplicación importante de los osciloscopios digitales es la investigación sobre fuentes de energía y calidad de la energía. Son actividades típicas que se realizan como parte del mantenimiento e inspección de plantas industriales, especialmente parques de maquinaria donde operan sistemas automatizados. Aquí se utilizan osciloscopios para verificar las tensiones presentes en las líneas eléctricas o en las salidas del inversor, así como las corrientes suministradas a los componentes individuales, para garantizar el funcionamiento óptimo del sistema y la seguridad de los operadores de las máquinas.
Desarrollo e investigación
Debido a que los osciloscopios digitales se caracterizan no sólo por su multifuncionalidad, sino también por su alta sensibilidad, se utilizan ampliamente en la investigación de laboratorio, en centros de desarrollo y universidades. Por supuesto, se utilizan en los campos de la física, la ingeniería eléctrica, la ingeniería de radio, pero también en la química, la astronomía y la medicina – prácticamente todas las disciplinas en las que los equipos electrónicos desempeñan un papel cada vez más importante.
Educación
En definitiva, hay que destacar que los osciloscopios son una excelente herramienta educativa. Gracias a él, los alumnos y estudiantes pueden examinar y "ver" experimentalmente el curso de la corriente eléctrica, algo que es difícil de ilustrar y que a menudo se enseña utilizando teoría pura – lo que no siempre se traduce en resultados satisfactorios.
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