Instrumentos De Medicion Edit.docx

FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Curso: Diseño electrónico 1 Profesor: Ing. Ricardo Tito Estudiante:  Menendez Ramos Abel Gonzalo  Velasco Anco Beicker

Arequipa-Perú 2019

Señal analógica Una señal analógica es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético; que es representable por una función matemática continúa en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de información) en función del tiempo. Algunas magnitudes físicas comúnmente portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y la potencia, pero también pueden ser hidráulicas como la presión y térmicas como la temperatura. En la naturaleza, el conjunto de señales que percibimos son analógicas, así la luz, el sonido, la energía etc, son señales que tienen una variación continua. Incluso la descomposición de la luz en el arco iris vemos como se realiza de una forma suave y continúa. Una onda sinusoidal es una señal analógica de una sola frecuencia. Los voltajes de la voz y del video son señales analógicas que varían de acuerdo con el sonido o variaciones de la luz que corresponden

a

información

se

transmitiendo.

que

la está

Ejemplo de señal analógica. Desventajas en términos electrónicos Las señales de cualquier circuito o comunicación electrónica son susceptibles de ser modificadas de forma no deseada de diversas maneras mediante el ruido, lo que ocurre siempre en mayor o menor medida. Para solucionar esto la señal suele ser acondicionada antes de ser procesada

La gran desventaja respecto a las señales digitales es el ruido en las señales analógicas: cualquier variación en la información es de difícil recuperación, y esta pérdida afecta en gran medida al correcto funcionamiento y rendimiento del dispositivo analógico. Un sistema de control (ya pueda ser un ordenador, etc.) no tiene capacidad alguna para trabajar con señales analógicas, de modo que necesita convertirlas en señales digitales para poder trabajar con ellas.

Ejemplo de ruido en señal analógica. Señal digital La señal digital es un tipo de señal en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango. Por ejemplo, el interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, o la misma lámpara: encendida o apagada (véase circuito de conmutación). Esto no significa que la señal físicamente sea discreta ya

que los campos electromagnéticos suelen ser continuos, sino que en general existe una forma de discretizarla unívocamente. Los sistemas digitales, como por ejemplo el ordenador, usan la lógica de dos estados representados por dos niveles de tensión eléctrica, uno alto, H y otro bajo, L (de High y Low, respectivamente, en inglés). Por abstracción, dichos estados se sustituyen por ceros y unos, lo que facilita la aplicación de la lógica y la aritmética binaria. Si el nivel alto se representa por 1 y el bajo por 0, se habla de lógica positiva y en caso contrario de lógica negativa. Cabe mencionar que, además de los niveles, en una señal digital están las transiciones de alto a bajo y de bajo a alto, denominadas flanco de bajada y de subida, respectivamente. En la figura se muestra una señal digital donde se identifican los niveles y los flancos.

Señal digital: 1) Nivel bajo, 2) Nivel alto, 3) Flanco de subida y 4) Flanco de bajada. Ventajas de las señales digitales 1. Ante la atenuación, puede ser amplificada y reconstruida al mismo tiempo, gracias a los sistemas de regeneración de señales. 2. Cuenta con sistemas de detección y corrección de errores, en la recepción. 3. Facilidad para el procesamiento de la señal. Cualquier operación es fácilmente realizable a través de cualquier software de edición o procesamiento de señal. 4. Permite la generación infinita con pérdidas mínimas en la calidad. Esta ventaja sólo es aplicable a los formatos de disco óptico; la cinta magnética digital, aunque en menor medida que la analógica (que sólo soporta como mucho 4 o 5 generaciones), también va perdiendo información con la multigeneración. 5. Las señales digitales se ven menos afectadas a causa del ruido ambiental en comparación con las señales analógicas y permite que haya menos interferencia sea una señal fluida o continua.

Señal digital con ruido

Instrumentos digitales Definición El instrumento que representa el valor de medición en forma de número digital se conoce como instrumentos digitales. Funciona sobre el principio de cuantización. La cuantización es el proceso de convertir la señal de entrada continua en una señal de salida contable. La construcción del instrumento digital es muy compleja y su costo también es muy alto. Los instrumentos digitales consumen mucha menos energía en comparación con los instrumentos analógicos. El multímetro digital, el voltímetro digital, el medidor de frecuencia digital, etc. son los ejemplos de los instrumentos digitales. Características importantes de los instrumentos digitales Los dispositivos digitales tienen las siguientes características importantes.

1. La precisión del instrumento electrónico digital es muy alta. 2. El instrumento digital consiste en elementos sensibles que reaccionan fácilmente con la temperatura y la humedad circundantes. 3. La impedancia de entrada del instrumento digital es muy alta debido a que puede consumir mucha menos energía. 4. El instrumento digital es menos portátil. 5. El costo del instrumento es alto. 6. El instrumento está libre de error de paralaje.

En instrumentos analógicos, el puntero se utiliza para indicar el voltaje de medición debido a que se produce el error de paralaje. Mientras que en instrumentos digitales la salida se muestra en la pantalla. Por lo tanto, las posibilidades de errores son menores en ello. Construcción de instrumento digital La construcción del instrumento digital se muestra en la siguiente figura.

El transductor, el modificador de señal y los dispositivos de visualización son la parte importante del instrumento digital.

Transductor: el transductor se usa para convertir las cantidades físicas o no eléctricas (temperatura, desplazamiento, etc.) en una cantidad eléctrica como voltaje, corriente, etc., que se mide fácilmente con el medidor. El transductor no es necesario para la entrada eléctrica. Modificador de señal: se utiliza para modificar la señal de entrada de intensidad muy débil. Dispositivo de pantalla: el dispositivo de pantalla se usa para mostrar las cantidades de los medidores en forma numérica. En su mayoría, LED o LCD se utiliza como una pantalla digital. Ventajas del instrumento digital 1. Los instrumentos digitales muestran la lectura en forma numérica, lo que reduce el error. 2. La salida digital es obtenida por el instrumento que actúa como una entrada para los dispositivos memorables como disquetes, grabadoras, impresoras, etc. 3. El consumo de energía es menor en los instrumentos digitales.

Desventajas de los instrumentos digitales Las siguientes son las desventajas de la electrónica digital.

1. La capacidad de sobrecarga del instrumento es baja. 2. Es un dispositivo sensible a la temperatura. El instrumento digital está hecho por un elemento muy delicado que se ve fácilmente afectado por la condición atmosférica. 3. El efecto del ruido es más en la electrónica digital en comparación con los instrumentos analógicos. A pesar de las desventajas mencionadas anteriormente, el instrumento digital es muy comúnmente utilizado para la medición.

Multímetro digital Un multímetro digital (DMM) es un medidor multifuncional que muestra sus valores cuantitativos eléctricos en una pantalla LCD. Un multímetro digital muy parecido a un medidor analógico, es capaz de leer el voltaje, la corriente y la resistencia. Lo que hace que un multímetro digital difiera del medidor analógico es su capacidad para mostrar rápidamente los valores eléctricos medidos sin ningún cálculo. Debido a su diseño, se puede construir un procesador en el medidor que le permite al usuario tomar mediciones de frecuencia, la inductancia de una bobina, la capacitancia de un capacitor y una gran cantidad de otras mediciones eléctricas de alta funcionalidad. Existen dos tipos de multímetros digitales (DMM): multímetro digital escalable y multímetro digital de rango automático como se muestra en la Figura 1.

Al trabajar con el multímetro digital escalable, debe tener una idea del valor del voltaje, la corriente o la resistencia que está intentando medir. El incumplimiento de estos valores dará como resultado lecturas inexactas y posibles daños al medidor. El multímetro digital de rango automático se usa más ampliamente debido a su facilidad, alta funcionalidad y rápidas lecturas de visualización logradas sin que el usuario complete los cálculos.

Diagrama de bloques del multímetro digital

El multímetro digital (DMM) de rango automático solo requiere que usted elija la cantidad eléctrica que está tratando de medir, asegúrese de colocar sus cables en los terminales correctos y luego lea la pantalla LCD. Los multímetros digitales de rango automático permiten a los técnicos dedicar más tiempo a la raíz de un problema en lugar de cambiar y calcular. Cómo funciona un DMM – Fundamentos Al observar cómo funciona un DMM, uno de los procesos clave que se produce dentro de cualquier medición que se realiza es el de la medición de voltaje. De hecho, todas las demás mediciones se derivan de esta medición básica. Uno de los procesos clave involucrados en esto es el de la conversión analógica a digital. Hay muchas formas de convertidor analógico a digital, ADC. Sin embargo, el DMMs, que es el más utilizado en multímetros digitales, se conoce como el registro de aproximación sucesiva o SAR. Es posible que algunos ADC SAR solo tengan niveles de resolución de 12 bits, pero aquellos que se utilizan en equipos de prueba, incluidos los DMM, generalmente tienen 16 bits o posiblemente más dependiendo de la aplicación. Por lo general, para los DMM se utilizan niveles de resolución de 16 bits, con velocidades de 100k muestras por segundo. Estos niveles de velocidad son más que adecuados para la mayoría de las aplicaciones de DMM, donde normalmente no se requieren altos niveles de velocidad. Por lo general, para la mayoría de los instrumentos de banco o de prueba general, las mediciones solo se deben tomar a una velocidad máxima de unos pocos segundos, posiblemente a diez por segundo.

Como su nombre lo indica, el registro de aproximación sucesiva ADC opera al conectar sucesivamente el valor del voltaje entrante. La primera etapa del proceso es que el circuito de muestreo y retención muestree el voltaje en la entrada del DMM y luego lo mantenga estable. Con un voltaje de entrada estable, el registro comienza a la mitad de su valor de escala completa. Esto normalmente requeriría el bit más significativo, MSB establecido en "1" y todos los restantes establecidos en "0". Suponiendo que la tensión de entrada podría estar en cualquier lugar dentro del rango, el rango medio significa que el ADC se establece en el centro del rango y esto proporciona un tiempo de establecimiento más rápido. Como solo tiene que mover un máximo de la escala completa en lugar de posiblemente el 100%. Para ver cómo funciona, tome el ejemplo simple de un SAR de 4 bits. Su salida comenzará a 1000. Si el voltaje es menor que la mitad de la capacidad máxima, la salida del comparador será baja y eso forzará al registro a un nivel de 0100. Si el voltaje está por encima de este, el registro se moverá a 0110, y así sucesivamente hasta que se acerque al valor más cercano. Se puede ver que los convertidores SAR, necesitan un ciclo aproximado para cada bit de salida, es decir, un ADC de n bits requerirá n ciclos.

Operación DMM

Si bien el convertidor de analógico a digital forma el elemento clave dentro del instrumento, para entender completamente cómo funciona un multímetro digital, es necesario observar algunas de las otras funciones relacionadas con el ADC. Aunque el ADC tomará muchas muestras, el multímetro digital general no mostrará ni devolverá todas las muestras tomadas. En su lugar, las muestras se almacenan en búfer y se promedian para lograr una alta precisión y resolución. Esto superará los efectos de pequeñas variaciones como el ruido, etc., ya que el ruido creado por las primeras etapas analógicas del DMM es un factor importante que debe superarse para lograr la mayor precisión.  Tiempo de medición: Una de las áreas clave para comprender cómo funciona un multímetro digital está relacionada con el tiempo de medición. Aparte de la medición básica, hay una serie de otras funciones que se requieren y todas ellas llevan tiempo. En consecuencia, el tiempo de medición de un multímetro digital, DMM, puede no aparecer siempre sencillo.  El tiempo total de medición para un DMM se compone de varias fases en las que se producen diferentes actividades:  Tiempo de conmutación: el tiempo de conmutación es el tiempo requerido para que el instrumento se asiente después de que se haya cambiado la entrada. Esto incluye el tiempo para establecerse después de que se haya cambiado un tipo de medición, por ejemplo, de voltaje a resistencia, etc. También incluye el tiempo para establecerse después de que se haya cambiado el rango. Si se incluye el rango automático, el medidor deberá establecerse si se requiere un cambio de rango.  Tiempo de establecimiento: una

vez que el valor a medir se haya aplicado a la

entrada, se requerirá un cierto tiempo para que se establezca. Esto superará cualquier nivel de capacitancia de entrada cuando se realicen pruebas de alta impedancia, o generalmente para que el circuito y el instrumento se asienten.  Tiempo de medición de la señal: Este es el tiempo básico requerido para realizar la medición en sí. Para las mediciones de CA, la frecuencia de operación se debe tener en cuenta porque el tiempo mínimo de medición de la señal se basa en la frecuencia mínima requerida de la medición. Por ejemplo, para una frecuencia mínima de 50 Hz, se requiere una apertura de cuatro veces el período, es decir, 80 ms para una señal de 50 Hz, o 67 ms para una señal de 60 Hz, etc.  Tiempo de cero

automático: cuando se selecciona el rango automático, o se

realizan cambios de rango, es necesario poner a cero el medidor para garantizar la precisión. Una vez que se selecciona el rango correcto, el cero automático es el rendimiento para ese rango.

 Tiempo de calibración del ADC:

en algunos DMM se realiza una calibración

periódicamente. Esto se debe tener en cuenta, especialmente cuando las mediciones se toman bajo control automático o por computadora.

El concepto de la forma en que funciona el multímetro digital es relativamente sencillo, pero se puede entender que la medición de formas de onda variables o voltajes intermitentes puede dar resultados inusuales. También es importante seleccionar la configuración de precisión correcta para el tiempo que se puede tomar la medición. La comprensión de cómo funciona el multímetro digital permite tomar decisiones más informadas como éstas y otras cuando se utiliza un DMM. Guía paso a paso sobre cómo usar un multímetro para probar el voltaje Las pruebas de voltaje se llevan a cabo para garantizar la eficacia del sistema eléctrico. Las cargas (por ejemplo, luces o motores) que están diseñadas para hacer el trabajo necesitan un voltaje nominal para funcionar. La sobretensión provocará la falla del equipo y la falta de voltaje resultará en que la carga no se encienda. Cuando se prueba la tensión, se debe buscar una lectura de tensión esperada. Si la carga tiene una capacidad nominal de 120 voltios, entonces la lectura esperada de la salida debe ser de 120 voltios más o menos un 10%. Si la lectura de voltaje está fuera de las especificaciones, el problema se puede encontrar con el voltímetro para aislar la carga y determinar si existe un problema con la fuente o la carga. Primero, averigüe si la aplicación que se está probando utiliza voltaje de CA o CC. Después, ajuste el dial del medidor a la función adecuada a Voltaje de CC o Voltaje de CA. 

Ajuste el rango al número poco más alto que el valor predictivo. Si se desconoce el valor que se está midiendo, establezca el rango en el número máximo disponible.



Enchufe los cables de prueba en los terminales comunes (negro) y de voltaje (rojo).



Aplique los cables al circuito de prueba.



Coloque y vuelva a colocar la prueba hasta que aparezca una lectura confiable en la pantalla LCD del medidor.

Mientras se mide el voltaje de CA, pueden ocurrir variaciones en la lectura. A medida que la prueba continúe, la medición se mantendrá estable. Guía paso a paso sobre cómo usar un multímetro para probar la corriente La prueba de corriente se usa cuando no hay una forma física de saber si una carga está haciendo su trabajo porque no hay indicadores o la carga está ubicada en un área peligrosa. Cuando se prueba el voltaje y se encuentra que está presente en la carga, no cuenta toda la

historia hasta que se mide la corriente. Es importante entender que una carga consume energía que se mide en vatios. Los vatios se calculan multiplicando los voltios por los amperios. Se usa un multímetro digital para medir o dar una buena indicación del flujo de corriente. La corriente se puede probar de varias maneras; el procedimiento más confiable es usar un medidor de pinza, como se muestra en la figura 4.

La ventaja de utilizar un medidor de pinza es que se pueden obtener mediciones incluso sin abrir el circuito de prueba. Se debe usar el equipo de protección adecuado antes de poder realizar la prueba. Para probar la corriente, determine el tipo de corriente si es AC o DC. Luego, ajuste el dial del medidor a la función adecuada a la corriente continua o la corriente alterna. Ajuste el rango en el dial, excepto que es un medidor de rango automático. Prueba de corriente con un medidor de pinza 

Presione la palanca del pulgar para abrir la cabeza del medidor de pinza

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Cierre la cabeza una vez que esté alrededor de un solo conductor y luego suelte la palanca de medición.



Ahora observa la lectura.

Prueba de corriente con un multímetro digital

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Conecte los cables en los terminales marcados con mA para baja corriente o A para corrientes de más de 500 mA.

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Ajuste el dial a corriente CA o CC dependiendo del circuito que se esté midiendo.

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Aplique los cables a la corriente de circuito abierto y observe la medición.

Nota: para mediciones de corriente superiores a 1A, normalmente se utiliza el medidor de pinza, mientras que para mediciones de corriente inferiores a 1A, se usa un DMM estándar. Guía paso a paso sobre cómo usar un multímetro para probar la resistencia La prueba de resistencia se realiza para garantizar que la carga o el circuito que se está probando esté completo. Un circuito completo significa que no hay ruptura o apertura en los cables conectados a la carga o en los componentes internos del dispositivo que se está probando. Un circuito abierto o una línea discontinua significa que la carga no funcionará como se diseñó. Las pruebas de resistencia a veces se denominan pruebas de continuidad. Las pruebas de continuidad realizan la misma acción que las pruebas de resistencia, con la excepción de que las pruebas de continuidad emiten un sonido audible que indica que el circuito o los cables están completos. La prueba de resistencia y la prueba de continuidad también son una buena manera de verificar si hay cortocircuitos y la falla a tierra, que son eventos que hacen que los disyuntores se disparen, que los fusibles exploten y posibles lesiones a los trabajadores en el campo. Para probar la resistencia con un multímetro digital 

Apague la alimentación en el circuito que se está probando.



Ajuste el dial del medidor al modo de resistencia.



Elija el rango adecuado en el dial.

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Conecte sus cables de prueba en los terminales adecuados.



Conecte los cables al componente que se está probando y anote una lectura.

Nota: Es importante tener un buen contacto entre los cables de prueba y el circuito que se está probando. La suciedad, el contacto corporal y la mala conexión del cable de prueba pueden alterar considerablemente las lecturas. Prueba de continuidad con un multímetro digital 

Ajuste el dial a la función de continuidad del medidor (el pequeño altavoz).



Enchufe los cables de prueba en el terminal adecuado.

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Toca el componente bajo prueba usando los cables.

El DMM emite un sonido bajo una buena continuidad que permite el flujo de corriente. Si no existe continuidad, el DMM no emite un pitido.

Osciloscopio de almacenamiento digital Definición El osciloscopio de almacenamiento digital se define como el osciloscopio que almacena y analiza la señal digitalmente, es decir, en forma de 1 o 0, preferiblemente almacenándolos como señales analógicas. El osciloscopio digital toma una señal de entrada, la almacena y luego la muestra en la pantalla. El osciloscopio digital tiene características avanzadas de almacenamiento, disparo y medición. Además, muestra la señal visual y numéricamente.

Principio de funcionamiento del osciloscopio de almacenamiento digital El osciloscopio digital digitaliza y almacena la señal de entrada. Esto se puede hacer mediante el uso de CRT (tubo de rayos catódicos) y memoria digital. El diagrama de bloques del osciloscopio digital básico se muestra en la siguiente figura. La digitalización se puede realizar tomando las señales de entrada de muestra en formas de onda periódicas.

La frecuencia máxima de la señal que mide el osciloscopio digital depende de los dos factores. Estos factores son los 1. Tasa de muestreo 2. Naturaleza del convertidor. Frecuencia de muestreo: para un análisis seguro de la señal de entrada, se utiliza la teoría de muestreo. La teoría de muestreo establece que la frecuencia de muestreo de la señal debe ser dos veces más rápida que la frecuencia más alta de la señal de entrada. La tasa de muestreo significa que el convertidor analógico a digital tiene una tasa de conversión alta y rápida. Convertidor: el convertidor utiliza el costoso flash cuya resolución disminuye con los aumentos de la frecuencia de muestreo. Debido a la frecuencia de muestreo, el ancho de banda y la resolución del osciloscopio son limitados. La necesidad de los convertidores de señal analógica a digital también se puede superar utilizando el registro de desplazamiento. La señal de entrada se muestrea y se almacena en el registro de desplazamiento. Desde el registro de desplazamiento, la señal se lee lentamente y se almacena en forma digital. Este método reduce el costo del convertidor y opera hasta 100 megamuestra por segundo. La única desventaja del osciloscopio digital es que no acepta los datos durante la digitalización, por lo que en ese momento tenía un punto ciego. Reconstrucción de forma de onda Para visualizar la onda final, los osciloscopios utilizan la técnica de interpolarización. La interpolarización es el proceso de crear los nuevos puntos de datos con la ayuda de puntos de datos variables conocidos. La interpolación lineal y la interpolación sinusoidal son los dos procesos de conexión entre los puntos. En la interpolación, las líneas se utilizan para conectar el punto. La interpolación lineal también se utiliza para crear la forma de onda cuadrada o pulsada. Para la forma de onda sinusoidal, la interpolación sinusoidal se utiliza en el osciloscopio.

Osciloscopio digital funcionamiento 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 muestrea 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 predisparo, para observar procesos que tengan lugar antes del disparo. Fundamentalmente, un osciloscopio digital se maneja de una forma similar a uno analógico, para poder tomar las medidas se necesita ajustar el mando AMPL.,el mando TIMEBASE así como los mandos que intervienen en el disparo. Métodos de muestreo Se trata de explicar cómo se las arreglan los osciloscopios digitales para reunir los puntos de muestreo. Para señales de lenta variación, los osciloscopios digitales pueden perfectamente reunir más puntos de los necesarios para reconstruir posteriormente la señal en la pantalla. No obstante, para señales rápidas (como de rápidas dependerá de la máxima velocidad de muestreo de nuestro aparato) el osciloscopio no puede recoger muestras suficientes y debe recurrir a una de estas dos técnicas:  

Interpolación, es decir, estimar un punto intermedio de la señal basándose en el punto anterior y posterior. Muestreo en tiempo equivalente. Si la señal es repetitiva es posible muestrear durante unos cuantos ciclos en diferentes partes de la señal para después reconstruir la señal completa.

Muestreo en tiempo real con Interpolación El método standard de muestreo en los osciloscopios digitales es el muestreo en tiempo real: el osciloscopio reúne los suficientes puntos como para reconstruir la señal. Para señales no repetitivas ó la parte transitoria de una señal es el único método válido de muestreo. Los osciloscopios utilizan la interpolación para poder visualizar señales que son más rápidas que su velocidad de muestreo. Existen básicamente dos tipos de interpolación: Lineal: Simplemente conecta los puntos muestreados con líneas. Senoidal: Conecta los puntos muestreados con curvas según un proceso matemático, de esta forma los puntos intermedios se calculan para rellenar los espacios entre puntos reales de muestreo. Usando este proceso es posible visualizar señales con gran precisión disponiendo de relativamente pocos puntos de muestreo.

Muestreo en tiempo equivalente Algunos osciloscopios digitales utilizan este tipo de muestreo. Se trata de reconstruir una señal repetitiva capturando una pequeña parte de la señal en cada ciclo. Existen dos tipos básicos: Muestreo secuencial- Los puntos aparecen de izquierda a derecha en secuencia para conformar la señal. Muestreo aleatorio- Los puntos aparecen aleatoriamente para formar la señal

Términos utilizados al medir Existe un término general para describir un patrón que se repite en el tiempo: onda. Existen ondas de sonido, ondas oceánicas, ondas cerebrales y por supuesto, ondas de tensión. Un osciloscopio mide estas últimas. Un ciclo es la mínima parte de la onda que se repite en el tiempo. Una forma de onda es la representación gráfica de una onda. Una forma de onda de tensión siempre se presentará con el tiempo en el eje horizontal (X) y la amplitud en el eje vertical (Y). La forma de onda nos proporciona una valiosa información sobre la señal. En cualquier momento podemos visualizar la altura que alcanza y, por lo tanto, saber si el voltaje ha cambiado en el tiempo (si observamos, por ejemplo, una línea horizontal podremos concluir que en ese intervalo de tiempo la señal es constante). Con la pendiente de las líneas diagonales, tanto en flanco de subida como en flanco de bajada, podremos conocer la velocidad en el paso de un nivel a otro, pueden observarse también cambios repentinos de la señal (ángulos muy agudos) generalmente debidos a procesos transitorios.

Tipos de ondas Se pueden clasificar las ondas en los cuatro tipos siguientes:    

Ondas senoidales Ondas cuadradas y rectangulares Ondas triangulares y en diente de sierra. Pulsos y flancos ó escalones.

Ondas senoidales Son las ondas fundamentales y eso por varias razones: Poseen unas propiedades matemáticas muy interesantes (por ejemplo con combinaciones de señales senoidales de diferente amplitud y frecuencia se puede reconstruir cualquier forma de onda), la señal que se obtiene de las tomas de corriente de cualquier casa tienen esta forma, las señales de test producidas por los circuitos osciladores de un generador de señal son también senoidales, la mayoría de las fuentes de potencia en AC (corriente alterna) producen señales senoidales. La señal senoidal amortiguada es un caso especial de este tipo de ondas y se producen en fenómenos de oscilación, pero que no se mantienen en el tiempo.

Ondas cuadradas y rectangulares Las ondas cuadradas son básicamente ondas que pasan de un estado a otro de tensión, a intervalos regulares, en un tiempo muy reducido. Son utilizadas usualmente para probar amplificadores (esto es debido a que este tipo de señales contienen en si mismas todas las frecuencias). La televisión, la radio y los ordenadores utilizan mucho este tipo de señales, fundamentalmente como relojes y temporizadores. Las ondas rectangulares se diferencian de las cuadradas en no tener iguales los intervalos en los que la tensión permanece a nivel alto y bajo. Son particularmente importantes para analizar circuitos digitales.

Ondas triangulares y en diente de sierra Se producen en circuitos diseñados para controlar voltajes linealmente, como pueden ser, por ejemplo, el barrido horizontal de un osciloscopio analógico ó el barrido tanto horizontal como vertical de una televisión. Las transiciones entre el nivel mínimo y máximo de la señal cambian a un ritmo constante. Estas transiciones se denominan rampas .

La onda en diente de sierra es un caso especial de señal triangular con una rampa descendente de mucha más pendiente que la rampa ascendente.

Pulsos y flancos o escalones Señales, como los flancos y los pulsos, que solo se presentan una sola vez, se denominan señales transitorias. Un flanco o escalón indica un cambio repentino en el voltaje, por ejemplo cuando se conecta un interruptor de alimentación. El pulso indicaría, en este mismo ejemplo, que se ha conectado el interruptor y en un determinado tiempo se ha desconectado. Generalmente el pulso representa un bit de información atravesando un circuito de un ordenador digital ó también un pequeño defecto en un circuito (por ejemplo un falso contacto momentáneo). Es común encontrar señales de este tipo en ordenadores, equipos de rayos X y de comunicaciones.

Medidas en las formas de onda En esta sección describimos las medidas más corrientes para describir una forma de onda. Periodo y Frecuencia Si una señal se repite en el tiempo, posee una frecuencia (f). La frecuencia se mide en Hertz (Hz) y es igual al número de veces que la señal se repite en un segundo, es decir, 1Hz equivale a 1 ciclo por segundo. Una señal repetitiva también posee otro parámetro: el periodo, definiéndose como el tiempo que tarda la señal en completar un ciclo. Peridodo y frecuencia son reciprocos el uno del otro:

Voltaje

Voltaje es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito. Normalmente uno de esos puntos suele ser masa (GND, 0v), pero no siempre, por ejemplo se puede medir el voltaje pico a pico de una señal (V pp ) como la diferencia entre el valor máximo y mínimo de esta. La palabra amplitud significa generalmente la diferencia entre el valor máximo de una señal y masa. Fase La fase se puede explicar mucho mejor si consideramos la forma de onda senoidal. La onda senoidal se puede extraer de la circulación de un punto sobre un círculo de 360º. Un ciclo de la señal senoidal abarca los 360º.

Cuando se comparan dos señales senoidales de la misma frecuencia puede ocurrir que ambas no estén en fase, o sea, que no coincidan en el tiempo los pasos por puntos equivalentes de ambas señales. En este caso se dice que ambas señales están desfasadas, pudiéndose medir el desfase con una simple regla de tres: Siendo t el tiempo de retraso entre una señal y otra.

¿Qué parámetros influyen en la calidad de un osciloscopio Los términos definidos en esta sección nos permitirán comparar diferentes modelos de osciloscopio disponibles en el mercado. Ancho de Banda Especifica el rango de frecuencias en las que el osciloscopio puede medir con precisión. Por convenio el ancho de banda se calcula desde 0Hz (continua) hasta la frecuencia a la cual una señal de tipo sinodal se visualiza a un 70.7% del valor aplicado a la entrada (lo que corresponde a una atenuación de 3dB).

Tiempo de subida Es otro de los parámetros que nos dará, junto con el anterior, la máxima frecuencia de utilización del osciloscopio. Es un parámetro muy importante si se desea medir con fiabilidad pulsos y flancos (recordar que este tipo de señales poseen transiciones entre niveles de tensión muy rápidas). Un osciloscopio no puede visualizar pulsos con tiempos de subida más rápidos que el suyo propio. Sensibilidad vertical Indica la facilidad del osciloscopio para amplificar señales débiles. Se suele proporcionar en mV por división vertical, normalmente es del orden de 5 mV/div (llegando hasta 2 mV/div). Velocidad Para osciloscopios analógicos esta especificación indica la velocidad máxima del barrido horizontal, lo que nos permitirá observar sucesos más rápidos. Suele ser del orden de nanosegundos por división horizontal. Exactitud en la ganancia Indica la precisión con la cual el sistema vertical del osciloscopio amplifica ó atenúa la señal. Se proporciona normalmente en porcentaje máximo de error. Exactitud de la base de tiempos Indica la precisión en la base de tiempos del sistema horizontal del osciloscopio para visualizar el tiempo. También se suele dar en porcentaje de error máximo. Velocidad de muestreo En los osciloscopios digitales indica cuantas muestras por segundo es capaz de tomar el sistema de adquisición de datos (específicamente el conversor A/D). En los osciloscopios de calidad se llega a velocidades de muestreo de Mega muestras/sg. Una velocidad de muestreo grande es importante para poder visualizar pequeños periodos de tiempo. En el otro extremo de la escala, también se necesita velocidades de muestreo bajas para poder observar señales de variación lenta. Generalmente la velocidad de muestreo cambia al actuar sobre el mando TIMEBASE para mantener constante el número de puntos que se almacenaran para representar la forma de onda. Resolución vertical Se mide en bits y es un parámetro que nos da la resolución del conversor A/D del osciloscopio digital. Nos indica con que precisión se convierten las señales de entrada en valores digitales almacenados en la memoria. Técnicas de cálculo pueden aumentar la resolución efectiva del osciloscopio. Longitud del registro Indica cuantos puntos se memorizan en un registro para la reconstrucción de la forma de onda. Algunos osciloscopios permiten variar, dentro de ciertos límites, este parámetro. La máxima longitud del registro depende del tamaño de la memoria de que disponga el

osciloscopio. Una longitud del registro grande permite realizar zooms sobre detalles en la forma de onda de forma muy rápida (los datos ya han sido almacenados), sin embargo esta ventaja es a costa de consumir más tiempo en muestrear la señal completa. Sondas de medida Es muy importante utilizar las sondas diseñadas para trabajar específicamente con el osciloscopio. Una sonda no es, ni mucho menos, un cable con una pinza, sino que es un conector específicamente diseñado para evitar ruidos que puedan perturbar la medida. Además, las sondas se construyen para que tengan un efecto mínimo sobre el circuito de medida. Esta facultad de la sondas recibe el nombre de efecto de carga, para minimizarla se utiliza un atenuador pasivo, generalmente de x10.

Este tipo de sonda se proporciona generalmente con el osciloscopio y es una excelente sonda de utilización general. Para otros tipos de medidas se utilizan sondas especiales, como pueden ser las sondas de corriente ó las activas. Sondas pasivas La mayoría de las sondas pasivas están marcadas con un factor de atenuación, normalmente 10X ó 100X. Por convenio los factores de atenuación aparecen con el signo X detrás del factor de división. En contraste los factores de amplificación aparecen con el signo X delante (X10 ó X100). La sonda más utilizada posiblemente sea la 10X, reduciendo la amplitud de la señal en un factor de 10. Su utilización se extiende a partir de frecuencias superiores a 5 kHz y con niveles de señal superiores a 10 mV. La sonda 1X es similar a la anterior pero introduce más carga en el circuito de prueba, pero puede medir señales con menor nivel. Por comodidad de uso se han introducido sondas especiales con un conmutador que permite una utilización 1X ó 10X. Cuando se utilicen este tipo de sondas hay que asegurarse de la posición de este conmutador antes de realizar una medida.

Compensación de la sonda Antes de utilizar una sonda atenuadora 10X es necesario realizar un ajuste en frecuencia para el osciloscopio en particular sobre el que se vaya a trabajar. Este ajuste se denomina compensación de la sonda y consta de los siguientes pasos.  

Conectar la sonda a la entrada del canal I. Conectar la punta de la sonda al punto de señal de compensación (La mayoria de los osciloscopios disponen de una toma para ajustar las sondas, en caso contrario será

necesario utilizar un generador de onda cuadrada).   

Conectar la pinza de cocodrilo de la sonda a masa. Observar la señal cuadrada de referencia en la pantalla. Con el destornillador de ajuste, actuar sobre el condensador de ajuste hasta observar una señal cuadrada perfecta.

Sondas activas Proporcionan una amplificación antes de aplicar la señal a la entrada del osciloscopio. Pueden ser necesarias en circuitos con una cargabilidad de salida muy baja. Este tipo de sondas necesitan para operar una fuente de alimentación. Sondas de corriente Posibilitan la medida directa de las corrientes en un circuito. Las hay para medida de corriente alterna y continua. Poseen una pinza que abarca el cable a través del cual se desea medir la corriente. Al no situarse en serie con el circuito causan muy poca interferencia en él.

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