Un osciloscopio es un dispositivo que muestra la corriente, la tensión, la frecuencia y el avance de fase de un circuito eléctrico. El dispositivo muestra la relación entre el tiempo y la intensidad de una señal eléctrica. Todos los valores se representan mediante un simple gráfico bidimensional.
Contenido
Para qué sirve un osciloscopio
Un osciloscopio es utilizado por los técnicos en electrónica y los radioaficionados para medir
- Amplitud de una señal eléctrica - Relación entre la tensión y el tiempo;
- analizar el cambio de fase;
- para ver la distorsión de una señal eléctrica
- calcular la frecuencia de la corriente a partir de los resultados.
Aunque el osciloscopio muestra las características de la señal analizada, se utiliza más bien para identificar los procesos que tienen lugar en un circuito eléctrico. Con un osciloscopio, los técnicos pueden obtener la siguiente información
- la forma de onda de la señal periódica;
- Valores de polaridad positiva y negativa;
- el rango de variación de la señal en el tiempo;
- la duración del semiperiodo positivo y negativo.
La mayoría de estos datos se pueden obtener con un voltímetro. Sin embargo, las mediciones tendrían que hacerse con una frecuencia de unos pocos segundos. El porcentaje de error en los cálculos es elevado. Trabajar con un osciloscopio ahorra mucho tiempo en la obtención de los datos necesarios.
Cómo funciona un osciloscopio
Un osciloscopio mide con un tubo de rayos catódicos. Se trata de una lámpara que enfoca la corriente a analizar en un haz. Esta llega a la pantalla del instrumento, desviándose en dos direcciones perpendiculares:
- vertical - muestra la tensión analizada;
- Horizontal - muestra el tiempo transcurrido.
Dos pares de placas de tubo de haz de electrones se encargan de desviar el haz. Los que son verticales están siempre bajo tensión. Esto ayuda a distribuir los diferentes valores de los polos. La atracción positiva se desvía hacia la derecha, la negativa hacia la izquierda. De esta manera, la línea en la pantalla del instrumento se mueve de izquierda a derecha a una velocidad constante.
También hay una corriente eléctrica que actúa sobre las placas horizontales, que desvía el indicador de tensión del haz de luz. La carga positiva es hacia arriba, la negativa hacia abajo. De este modo, en la pantalla del aparato aparece un gráfico lineal bidimensional, denominado oscilograma.
La distancia que recorre el haz desde el borde izquierdo al derecho de la pantalla se denomina barrido. La línea horizontal es la responsable del tiempo de medición. Además del gráfico lineal bidimensional estándar, también hay barridos circulares y en espiral. Sin embargo, no son tan cómodas de utilizar como las formas de onda clásicas del osciloscopio.
Clasificación y tipos
Existen dos tipos principales de osciloscopios:
- Analógico: aparato para medir señales medias;
- Digital: los instrumentos convierten el valor de la medición en un formato "digital" para la posterior transmisión de la información.
Existen las siguientes clasificaciones según el principio de funcionamiento:
- Modelos universales.
- Equipo especial.
Los más populares son dispositivos universales. Estos osciloscopios se utilizan para analizar diferentes tipos de señales:
- Armónico;
- Impulsos individuales;
- Paquetes de pulso.
Los osciloscopios universales están diseñados para una gran variedad de dispositivos eléctricos. Pueden medir señales que van desde unos pocos nanosegundos. El error de medición es del 6-8%.
Los osciloscopios universales se dividen en dos tipos principales:
- Monobloque - tienen una especialización general de las medidas;
- con unidades intercambiables - adaptables a la situación específica y al tipo de instrumento.
Las unidades especiales están diseñadas para un tipo específico de equipo eléctrico. Así, hay osciloscopios para la radio, la radiodifusión o la tecnología digital.
Los dispositivos universales y especiales se dividen en:
- Alta velocidad: se utiliza en instrumentos de acción rápida;
- Almacenamiento: dispositivos que almacenan y recuperan las lecturas realizadas anteriormente.
A la hora de elegir un instrumento, hay que hacer un estudio cuidadoso de las clasificaciones y los tipos para elegir el que mejor se adapte a sus necesidades.
Diseño y principales parámetros técnicos
Cada instrumento tiene las siguientes características técnicas:
- El coeficiente de error posible al medir la tensión (la mayoría de los aparatos tienen este valor que no supera el 3%).
- El valor de la línea de barrido del dispositivo: cuanto mayor sea esta característica, mayor será el tiempo de observación.
- La característica de sincronización que contiene: rango de frecuencia, niveles máximos e inestabilidad del sistema.
- Los parámetros de desviación vertical de la señal con la capacitancia de entrada del equipo.
- Valores de respuesta transitoria que muestran el tiempo de subida y el rebasamiento.
Además de los valores básicos enumerados anteriormente, los osciloscopios disponen de parámetros adicionales en forma de respuesta de amplitud-frecuencia que muestran la dependencia de la amplitud de la frecuencia de la señal.
Los osciloscopios digitales también tienen un valor de memoria interna. Este parámetro indica la cantidad de información que el instrumento puede registrar.
Cómo se hacen las mediciones
La pantalla de un osciloscopio está dividida en pequeños cuadrados que se denominan divisiones. Según el instrumento, cada casilla equivaldrá a un valor determinado. La designación más popular es: una división equivale a 5 unidades. Además, en algunos instrumentos hay un mando para controlar la escala del gráfico, de modo que los usuarios puedan realizar las mediciones con mayor comodidad y precisión.
Antes de iniciar cualquier tipo de medición, el osciloscopio debe estar conectado a un circuito eléctrico. La sonda se conecta a cualquiera de los canales libres (si hay más de 1 canal en el dispositivo) o al generador de impulsos, si el osciloscopio dispone de él. Una vez conectado, en la pantalla del aparato aparecerán varias imágenes de señales.
Si la señal recibida por el aparato es brusca, el problema está en la conexión de la sonda. Algunos llevan tornillos en miniatura que hay que apretar. También los osciloscopios digitales tienen una función de posicionamiento automático para resolver el problema de una señal perdida.
Medición actual
Cuando se mide la corriente con un osciloscopio digital, hay que saber qué tipo de corriente debe ser observado. Los osciloscopios tienen dos modos de funcionamiento:
- Corriente continua ("DC") para la corriente continua;
- Corriente alterna ("AC") para la corriente alterna.
La corriente continua se mide cuando el modo de corriente continua está activado. Las sondas del aparato deben estar conectadas a la red eléctrica en alineación directa con los polos. El cocodrilo negro se conecta al negativo, el rojo al positivo.
En la pantalla aparecerá una línea recta. El valor del eje vertical corresponderá al parámetro de tensión continua. La corriente se puede calcular según la ley de Ohm (tensión dividida por la resistencia).
La corriente alterna es una onda sinusoidal, porque la tensión también es variable. Por lo tanto, su valor sólo puede medirse en un determinado periodo de tiempo. También se calcula mediante la ley de Ohm.
Medición de la tensión
Para medir la tensión de la señal necesitarás el eje de coordenadas verticales de un gráfico lineal bidimensional. Por ello, se prestará toda la atención a la altura del oscilograma. Por lo tanto, debe ajustar la pantalla de forma más conveniente para la medición antes de empezar a observar.
A continuación, pon el dispositivo en modo DC. Conecta las sondas al circuito y observa el resultado. En la pantalla del aparato aparecerá una línea recta cuyo valor corresponde a la tensión de la señal eléctrica.
Medición de la frecuencia
Antes de entender cómo medir la frecuencia de una señal eléctrica, debes saber qué es un periodo, ya que ambos conceptos están interrelacionados. Un periodo es el menor intervalo de tiempo tras el cual la amplitud comienza a repetirse.
Es más fácil ver el periodo en un osciloscopio utilizando el eje horizontal de coordenadas temporales. Sólo tienes que fijarte en qué intervalo de tiempo el gráfico de líneas empieza a repetir su patrón. Es mejor considerar el inicio del periodo como el punto de contacto con el eje horizontal, y el final como la repetición de la misma coordenada.
La velocidad de barrido se reduce para facilitar la medición del periodo de la señal. En este caso, el error de medición no es tan elevado.
La frecuencia es el valor inversamente proporcional al periodo analizado. Es decir, para medir un valor, hay que dividir un segundo de tiempo entre el número de periodos que se producen durante ese intervalo. La frecuencia resultante se mide en Hertz, el estándar para Rusia es 50 Hz.
Medición del desplazamiento de fase
El desfase se define como la posición relativa en el tiempo de dos procesos oscilantes. Se mide en fracciones del periodo de la señal, de modo que, independientemente de la naturaleza del periodo y la frecuencia, los mismos desplazamientos de fase tienen un valor común.
Lo primero que hay que hacer antes de medir es averiguar qué señal va por detrás de la otra y luego determinar el valor del signo del parámetro. Si la corriente se adelanta, el parámetro de desplazamiento angular es negativo. Si la tensión se adelanta, el signo del valor es positivo.
Para calcular el grado de desfase se sigue:
- Multiplica 360 grados por el número de celdas de la cuadrícula entre los inicios de los periodos.
- Divida el resultado por el número de divisiones que ocupa un periodo de la señal.
- Elige un signo negativo o positivo.
La medición del desplazamiento de fase en un osciloscopio analógico es un inconveniente, ya que los gráficos que aparecen en las pantallas son del mismo color y escala. Para este tipo de observación, se utiliza un dispositivo digital o instrumentos de doble canal para colocar diferentes amplitudes en un canal separado.
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