UNIDAD V.- INSTRUMENTOS ESPECIALES DE MEDICIÓN.

5.4.- OPERACIÓN Y USO DEL OSCILOSCOPIO.

El osciloscopio es un instrumento electrónico de medición, que si bien directamente solo mide voltajes, puede medir indirectamente una gran cantidad de magnitudes físicas, siempre y cuando se pueda asociar un voltaje directamente proporcional a la magnitud de interés.

OPERACIÓN DEL OSCILOSCOPIO.

Una medición de voltaje implica siempre colocar las puntas del voltímetro a través de los puntos que se van a medir. Por consiguiente, al hacer una medición con osciloscopio se deben conectar cuando menos dos puntas del circuito que se esté midiendo con las entradas del osciloscopio. El numero de puntas y el tipo de conexión depende del tipo de la entrada al amplificador y de si se ha de medir el voltaje en relación a tierra o a algún otro nivel no aterrizado. Las siguientes reglas indican como se hacen de manera las conexiones de manera correcta.

1.- Si algún punto del circuito que se esta midiendo esta conectado a tierra, se conecta a la tierra del osciloscopio con esa tierra de circuito con una punta separada.

2.- Si se mide el voltaje del punto en cuestión en relación a tierra, entonces se debe hacer una condición adicional del instrumento. Dependiendo de si la entrada al osciloscopio es de una punta o diferencial, esta conexión se hace de manera diferente:

a) Entrada de una punta. Conéctese la sonda con el punto en cuestión del circuito que se va a medir y con la terminal de entrada no aterrizada del osciloscopio (es decir, con el conductor central del conector BNC).

b) Entrada diferencial. Conéctese la sonda al punto de interés en el circuito a la terminal de entrada más o positiva de la entrada diferencial. Conéctese la tierra la entrada menos o negativa de la entrada, fijando su interruptor de acoplamiento de entrada a la posición GROUND o TIERRA o asegúrese que el cincho de tierra este conectado a esa terminal. (El procedimiento de conexión a tierra depende del diseño de la entrada específica).

3.- Si el voltaje que se va a medir con osciloscopio esta entre otros puntos no aterrizados en un circuito, el método de conexión también depende del tipo de la entrada disponibles en el osciloscopio que se esté empleando.

a) Entradas de una terminal. Con una entrada de una terminal de medición de los voltajes no conectados a tierra implica un método muy peligroso (y a veces puede conducir a resultados erróneos). Este método implica el empleo de adaptador de tres a dos conductores en el cable de alimentación del osciloscopio (véase en la figura siguiente). ….

Este adaptador desconecta del tercer conductor del cable de tres alambres, de la tierra de la construcción y por lo mismo desconecta las terminales de tierra del osciloscopio y el chasis de la tierra de la construcción.

Como las terminales de tierra del osciloscopio ya no están conectadas a una tierra física, se puede conectar un voltaje no aterrizado entre las dos terminales de entrada vertical y el osciloscopio mostrara la diferencia de voltaje entre ellas.

El posible peligro que puede presentarse al emplear este método implica el hecho de que el chasis del osciloscopio tiene el mismo nivel de voltaje con respecto a tierra que el voltaje conectado a cualquiera de sus terminales de tierra. Si la terminal de tierra se conecta a un punto en el circuito que este a 115 V con respecto a tierra, el chasis completo del osciloscopio se comporta como un conductor de 115 V expuesto sobre el banco de prueba. Si alguien toca el osciloscopio y un punto de tierra física puede presentarse una descarga potencialmente letal. Por lo tanto, el empleo de los conectores de tres o dos conductores se mencionan aquí más que nada para alertar al usuario acerca del peligro asociado con su empleo y no como una recomendación.

A veces es posible otro método de medición de voltajes no aterrizados, que no es peligroso, en los osciloscopios de doble trazo. El osciloscopio debe tener la característica que le permita mostrar la diferencia de los niveles de voltaje alimentados a sus dos canales de entrada. A continuación, el voltaje de un punto no aterrizado en el circuito que se prueba se puede alimentar al canal A y el otro al canal B. Con el control de presentación puesto en la posición de restar, el osciloscopio mostrara la diferencia de voltaje entre los dos puntos sin tener que recurrir a un conector de tres a dos conductores. Esta técnica tendrá errores de corrimiento porque los amplificadores para cada uno de los canales no son idénticos.

Es importante notar que si se emplea el modo (A-B) para rechazar un voltaje alto común que este presente en los dos canales (por ejemplo, un voltaje alterno del cable de 115 V) se pueden dañar los amplificadores de entrada del osciloscopio. En consecuencia nunca

se debe rebasar el voltaje máximo especificado por el fabricante del osciloscopio para el amplificador de entrada. Siempre que sea posible, empléese un osciloscopio de baterías al efectuar mediciones de voltaje diferenciales en la parte media de un circuito.

b) Entrada diferencial. Conéctese un punto que se esté midiendo con la terminal de entrada positiva de la entrada diferencial y la otra a la entrada negativa. El osciloscopio restara electrónicamente un voltaje del otro y desplegara la diferencia de voltajes entre los dos puntos.

USO DEL OSCILOSCOPIO.

El osciloscopio se a utilizado en casi cualquier disciplina, desde aplicaciones de ingeniaría eléctrica, hasta mediciones en medicina, etc.

Los osciloscopios permiten visualizar el comportamiento de una señal a medida que transcurre el tiempo, es decir, en su pantalla muestra la señal de voltaje en función del tiempo. Además permite visualizar gráficas de Vy vrs Vx, gráficas de un voltaje en función de otro. Esto es muy útil para efectos de simulación en una gran cantidad de fenómenos.

A diferencia de un multiprobador o un voltímetro normal, que solamente dan información de los valores promedios de voltaje o valores picos.

Su principio de funcionamiento es muy parecido en algunos aspectos a los de un televisor normal, sobre todo en lo que se refiere a su pantalla, la cual es llamada técnicamente tubo de rayos catódicos (TRC).

TIPOS DE OSCILOSCOPIOS.

Se dividen en dos tipos: Analógicos y Digitales. Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla.

Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se producen aleatoriamente).

OSCILOSCOPIOS ANALÓGICOS.

Cuando se conecta la sonda a un circuito, la señal atraviesa esta última y se dirige a la sección vertical. Dependiendo de donde situemos el mando del amplificador vertical atenuaremos la señal ó la amplificaremos. En la salida de este bloque ya se dispone de

la suficiente señal para atacar las placas de deflexión verticales y que son las encargadas de desviar el haz de electrones, que surge del cátodo e impacta en la capa fluorescente del interior de la pantalla, en sentido vertical. Hacia arriba si la tensión es positiva con respecto al punto de referencia (GND) ó hacia abajo si es negativa.

La señal también atraviesa la sección de disparo para de esta forma iniciar el barrido horizontal (este es el encargado de mover el haz de electrones desde la parte izquierda de la pantalla a la parte derecha en un determinado tiempo). El trazado (recorrido de izquierda a derecha) se consigue aplicando la parte ascendente de un diente de sierra a las placas de deflexión horizontal, y puede ser regulable en tiempo actuando sobre el mando TIME-BASE. El trazado (recorrido de derecha a izquierda) se realiza de forma mucho más rápida con la parte descendente del mismo diente de sierra. De esta forma la acción combinada del trazado horizontal y de la deflexión vertical traza la gráfica de la señal en la pantalla. La sección de disparo es necesaria para estabilizar las señales repetitivas (se asegura que el trazado comience en el mismo punto de la señal repetitiva).

Como conclusión para utilizar de forma correcta un osciloscopio analógico necesitamos realizar tres ajustes básicos:

La atenuación ó amplificación que necesita la señal. Utilizar el mando AMPL para ajustar la amplitud de la señal antes de que sea aplicada a las placas de deflexión vertical. Conviene que la señal ocupe una parte importante de la pantalla sin llegar a sobrepasar los límites.

La base de tiempos. Utilizar el mando TIME-BASE para ajustar lo que representa en tiempo una división en horizontal de la pantalla. Para señales repetitivas es conveniente que en la pantalla se puedan observar aproximadamente un par de ciclos. Disparo de la señal. Utilizar los mandos TRIGGER LEVEL (nivel de disparo) y TRIGGER SELECTOR (tipo de disparo) para estabilizar lo mejor posible señales repetitivas. Por supuesto, también deben ajustarse los controles que afectan a la visualización: FOCUS (enfoque), INTENS (intensidad) nunca excesiva, Y-POS (posición vertical del haz) y X-POS (posición horizontal del haz).

OSCILOSCOPIOS DIGITALES.

Los osciloscopios digitales poseen además de las secciones explicadas anteriormente un sistema adicional de proceso de datos que permite almacenar y visualizar la señal.

Cuando se conecta la sonda de un osciloscopio digital a un circuito, la sección vertical ajusta la amplitud de la señal de la misma forma que lo hacia el osciloscopio analógico. El conversor analógico-digital del sistema de adquisición de datos hace un muestreo la señal a intervalos de tiempo determinados y convierte la señal de voltaje continua en una serie de valores digitales llamados muestras. En la sección horizontal una señal de reloj determina cuando el conversor A/D toma una muestra. La velocidad de este reloj se denomina velocidad de muestreo y se mide en muestras por segundo. Los valores digitales muestreados se almacenan en una memoria como puntos de señal. El número de los puntos de señal utilizados para reconstruir la señal en pantalla se denomina registro. La sección de disparo determina el comienzo y el final de los puntos de señal en el registro. La sección de visualización recibe estos puntos del registro, una vez almacenados en la memoria, para presentar en pantalla la señal. Dependiendo de las capacidades del osciloscopio se pueden tener procesos adicionales sobre los puntos muestreados, incluso se puede disponer de un pre disparo, para observar procesos que tengan lugar antes del disparo.