Definición de osciloscopio
Tenemos que empezar a entender qué es un osciloscopio y cómo funciona. El mejor punto de partida es la definición.
Un osciloscopio es un aparato utilizado para medir la variación de una señal electrónica con el tiempo. Toma una señal de entrada variable en el tiempo procedente de una fuente de alimentación o de un componente del circuito y muestra la señal en una pantalla que puede medir tensiones y tiempos mediante una forma de onda.
Tipos de osciloscopios
Hay dos tipos principales de osciloscopios: un osciloscopio digital u osciloscopio de almacenamiento digital (DSO) y un osciloscopio de rayos catódicos (CRO). Ambos tienen la misma función, pero la realizan de forma diferente.
Osciloscopio de rayos catódicos (CRO)
El osciloscopio de rayos catódicos utiliza un tubo de rayos catódicos que dispara electrones sobre la pantalla del osciloscopio. La pantalla está recubierta de fósforo que se excita cuando los electrones inciden sobre ella y libera energía en forma de luz que observamos como un punto brillante en la pantalla. Si se hace pasar una señal a través del CRO (tensión alterna, por ejemplo), el haz de electrones del cátodo se mueve en relación con los campos eléctricos y magnéticos impuestos.
Un campo eléctrico es una región del espacio en la que una partícula cargada sentirá una fuerza.
Un campo magnético es una región del espacio donde una carga en movimiento o un imán permanente sienten una fuerza.
Los electrones son desviados por los campos eléctrico y magnético en una región situada entre dos placas deflectoras. Los electrones en movimiento golpean la pantalla en diferentes puntos y, por tanto, se creará un patrón que representa la tensión (sería sinusoidal en el caso de la CA). Cualquier ajuste en la tensión o frecuencia de entrada cambiará la intensidad de los campos aplicados, creando una forma de onda diferente en la pantalla. La forma de onda puede utilizarse para realizar mediciones directas de la tensión (), la frecuencia (), el periodo () y otras magnitudes eléctricas. La figura siguiente es un ejemplo de osciloscopio de rayos catódicos.
Imagen de un osciloscopio de rayos catódicos (CRO) típico, con una señal representada en la pantalla recubierta de fósforo, a la izquierda. A la derecha están los controles que permiten ajustar la escala de la imagen.
Osciloscopio de almacenamiento digital (DSO)
El osciloscopio de almacenamiento digital es el más moderno de los dos tipos de osciloscopios. Toma una señal analógica como entrada y utiliza un sofisticado software de procesamiento de señales para convertirla en una señal digital. Puede almacenar el patrón de forma de onda en la memoria y convertirlo en una imagen digital que puede visualizarse en una pantalla LCD. Por tanto, no se necesitan placas deflectoras, campos eléctricos ni campos magnéticos. El osciloscopio digital también se puede conectar a una impresora para obtener una impresión de cualquier señal almacenada en la memoria, o incluso se podría almacenar la imagen en una unidad USB. Al igual que con el CRO, la forma de onda en el DSO puede utilizarse para realizar mediciones de tensiónfrecuenciaetc. La imagen siguiente muestra un DSO típico.
Imagen de un osciloscopio de almacenamiento digital moderno con una señal visualizada en una pantalla LCD. Estos osciloscopios están sustituyendo poco a poco a los CRO típicos debido a su capacidad para almacenar y transferir datos.
Usos del osciloscopio
Existen muchos usos del osciloscopio, pero a continuación sólo mencionaremos tres: comprobación de circuitos, electrocardiogramas y análisis de ondas sonoras.
Usos del osciloscopio: Comprobación de circuitos
El osciloscopio es un aparato que se encuentra muy a menudo en los laboratorios de las escuelas y se utiliza para demostrar el comportamiento sinusoidal de las corrientes alternas (CA). Sin embargo, un osciloscopio tiene un uso mucho más práctico: probar un circuito eléctrico. Los osciloscopios pueden utilizarse para determinar la localización de una avería o simplemente para comprobar las corrientes que entran y salen por distintos puntos de un circuito. Esto se hace utilizando el osciloscopio para medir el pico de tensión, el periodo, la frecuencia y otras magnitudes eléctricas de una fuente de corriente alterna.
La corriente alterna (CA) se produce cuando una corriente eléctrica (electrones) oscila de un lado a otro en un circuito, pero la energía sigue fluyendo en una dirección.
La siguiente ilustración muestra el aspecto de la pantalla de un osciloscopio.
Ilustración de la salida de un osciloscopio. Las divisiones de la pantalla sirven como intervalos iguales en un gráfico, lo que permite medir la tensión, Vectores de Dominio Público
La línea que aparece en la pantalla representa una tensión sinusoidal/alternante típica, y las divisiones de la pantalla pueden utilizarse para medir esa tensión en distintos momentos.
Usos del osciloscopio: Electrocardiogramas (ECG)
Los circuitos eléctricos no son las únicas fuentes de corriente eléctrica; nuestro cuerpo produce pequeñas corrientes eléctricas que pueden medirse y controlarse con osciloscopios. En un hospital, los electrodos de un electrocardiograma (ECG) se conectan a pacientes cuya frecuencia de latidos se quiere controlar. Cada latido del corazón de un paciente produce una corriente pequeña, pero medible, que puede detectarse con un osciloscopio digital.
La forma de onda se crea midiendo los diminutos voltajes a través del corazón durante cada latido, por lo que el médico está leyendo un gráfico en tiempo real de voltaje frente a tiempo. La separación entre los picos de tensión es una medida de la frecuencia de los latidos. Los ECG también pueden utilizarse como herramienta para predecir posibles problemas futuros del corazón. Los ECG no producen gráficos sinusoidales, ya que los latidos tienen un tiempo de relajación entre latidos y una señal de latido compleja, como es evidente en la figura siguiente.
Una forma de onda de ECG en la pantalla de un osciloscopio. Lospulsos de la pantalla son periódicos debido al ritmo natural de un latido cardíaco típico.
Usos del osciloscopio: Ondas sonoras
Como ya sabemos, las ondas sonoras se producen por la vibración de las moléculas de aire y no necesitan corriente eléctrica para formarse. Sin embargo, podemos medir las propiedades de las ondas sonoras utilizando un osciloscopio. Una señal acústica puede convertirse, mediante un transductor, en una señal eléctrica (una serie de tensiones) que el osciloscopio puede descodificar y representar en la pantalla.
Un transductor es un componente eléctrico que puede convertir la energía de una forma a otra.
Tanto los CRO como los osciloscopios digitales pueden utilizarse para descodificar y representar ondas sonoras. El osciloscopio puede utilizarse para medir la amplitud, la frecuencia y el periodo de una onda sonora. El diagrama siguiente muestra un montaje compuesto por un generador de ondas sonoras que crea ondas sonoras transmitidas a través de un altavoz y detectadas por un osciloscopio que ofrece una representación visual de las ondas sonoras.
Un montaje que incluye un generador de ondas sonoras que crea ondas sonoras emitidas por un altavoz y representadas en pantalla por un osciloscopio. Este sencillo montaje puede utilizarse para determinar las propiedades de las ondas sonoras producidas, Wikimedia Commons CC BY-SA 3.0
Ejemplo de osciloscopio y gráfico
En la imagen de una tensión alterna que se muestra a continuación en el osciloscopio, la sensibilidad de la tensión está ajustada avoltios por división. Calcula el pico de tensión de la señal.
Ejemplo de un gráfico de tensión alterna en función del tiempo representado en la pantalla de un osciloscopio. La amplitud y el periodo de esta señal pueden determinarse a partir de esta imagen, Adaptado de la imagen de JerichoTX CC BY-SA 3.0.
Recuerda que se trata de un gráfico tensión-tiempo. El pico de tensión es la tensión medida desde el eje x hasta el valor máximo de tensión, pero como la pantalla del osciloscopio no tiene eje x, podemos medir la tensión pico a pico (del punto más alto al más bajo) y dividir este valor por dos. Esto está representado por la línea con flecha en la figura siguiente.
La tensión pico a pico es el número de divisiones desde el punto más alto al más bajo del gráfico del osciloscopio multiplicado por el ajuste de voltios por división. La tensión pico es la mitad de este valor. Adaptado de la imagen de JerichoTX CC BY-SA 3.0.
Hay cuatro divisiones entre los puntos más alto y más bajo del gráfico del osciloscopio y si multiplicamos esto por el ajuste de voltios por divisiónobtendremos el voltaje pico a pico de la siguiente manera.
Obtenemos una tensión pico a pico dey luego tenemos que dividir este valor por dos para obtener la tensión de pico de esta señal de corriente alterna.
Por tanto, la corriente alterna tiene una tensión de pico de.
Osciloscopio - Puntos clave
- Un osciloscopio es un aparato utilizado para medir la variación de una señal electrónica con el tiempo.
- Toma una señal de entrada variable en el tiempo y muestra la señal en una pantalla mediante una forma de onda.
- La forma de onda puede utilizarse para medir la tensión, la frecuencia y el periodo de la señal.
- Los dos tipos de osciloscopio son el osciloscopio de almacenamiento digital (DSO) y el osciloscopio de rayos catódicos (CRO).
- El CRO utiliza un tubo de rayos catódicos que dispara electrones sobre la pantalla del osciloscopio.
- Si se hace pasar una señal por el CRO, los electrones se mueven en relación con los campos eléctricos y magnéticos.
- El DSO toma una señal analógica como entrada y la convierte en una señal digital.
- El DSO puede utilizarse para almacenar una imagen de la forma de onda.
- Un osciloscopio se utiliza para medir la frecuencia de los latidos del corazón en los electrocardiogramas (ECG).
- Los osciloscopios pueden utilizarse para medir las propiedades de las ondas sonoras mediante un transductor.
- Se puede determinar la amplitud, el periodo y la frecuencia de una onda sonora.
- Las pantallas de los osciloscopios no tienen ejes, por lo que tenemos que leer la sensibilidad a la tensión (voltios por división).
- El número de divisiones desde el punto más bajo hasta el punto más alto del gráfico puede multiplicarse por la sensibilidad a la tensión para obtener la tensión pico a pico.
- La tensión pico a pico dividida por dos es la tensión pico de la señal.
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