Aspectos básicos sobre los osciloscopios portátiles - Parte 1, multímetros y osciloscopios

07-10-2013 | Osciloscopios

La primera de las cinco partes que conforman este conjunto, adaptada del seminario web "Aspectos básicos sobre los osciloscopios", abarca los conceptos básicos del osciloscopio y el multímetro y en qué casos se destacan estos dispositivos. Si lo prefiere, puede ver el seminario web completo con audio y animaciones en el Centro de formación de Fluke.

Medición de parámetros eléctricos

Los fenómenos eléctricos se pueden medir en tres rubros:

En el diagrama, la amplitud se representa en el eje Y, la frecuencia en el eje Z y el tiempo en el eje X.
  • Amplitud (¿Qué tamaño tiene?)
  • Frecuencia (¿A qué velocidad cambia?)
  • Tiempo (¿Durante qué periodo de tiempo lo examina?)

Herramientas diferentes para medir y mostrar aspectos diferentes de una señal.

  • Un multímetro mide y muestra con precisión la amplitud de una señal.
  • Un analizador de espectro mide y muestra la amplitud de una señal en relación con la frecuencia.
  • Un osciloscopio mide la amplitud de una señal en relación con el tiempo.

En el mundo de la electricidad, hay muchas señales cuya amplitud varía con el paso del tiempo (normalmente, para controlar algún proceso). En otras situaciones, la amplitud de una señal que debería mantenerse constante no lo hace y se debe descubrir la causa del problema. En ambos casos, lo mejor es usar un osciloscopio para analizar la integridad de la amplitud de una señal durante un periodo.

¿Qué es un multímetro y cómo funciona?

Un multímetro es un dispositivo que muestra con precisión mediciones discretas en voltios, ohmios y amperios.

Para realizar mediciones, un multímetro digital normal usa un conversor analógico-digital (CAD) integrador de doble pendiente.

Un CAD funciona, en primer lugar, con la aplicación de una entrada en un circuito condensador integrador, como si se llenara un tanque de almacenamiento con agua. La señal se aplica al circuito durante un periodo determinado, normalmente desde milisegundos hasta un segundo.

A continuación, el circuito de medición descarga el condensador hasta que alcanza los cero voltios, mientras mide el tiempo de descarga. El tiempo que se tarda en descargar el condensador es directamente proporcional al nivel de la señal de entrada, de modo que puede usarse para medir el tamaño de la señal.

Para usar una vez más la analogía del tanque de agua, este se llena a un ritmo desconocido durante un periodo conocido con precisión; después, se vacía el tanque. El tiempo que tarda en vaciarse es directamente proporcional a la cantidad de líquido que había en el tanque, de modo que es posible medirlo.

¿Qué es un osciloscopio y cómo funciona?

Un osciloscopio es un dispositivo que toma muestras de una señal que cambia durante un periodo y representa la señal en una pantalla. La amplitud de la señal se representa en el eje vertical de la pantalla y el tiempo en el eje horizontal.

“Una imagen vale más que mil palabras”

Los osciloscopios digitales modernos pueden mostrar los cambios de señal que ocurren durante un periodo que puede abarcar desde horas hasta una millonésima de segundo. Dado que los osciloscopios deben ser capaces de digitalizar señales que pueden variar en un nanosegundo, el conversor analógico-digital de un osciloscopio funciona de un modo muy diferente al de los multímetros.

Para realizar mediciones rápidas, muchos osciloscopios usan la técnica de medición de señales de entrada con múltiples comparadores paralelos. Para realizar una medición, la señal se aplica a todos los comparadores al mismo tiempo y cada uno de ellos coteja el nivel de la señal con una tensión de referencia única. Si la señal es igual o superior a la tensión de referencia del comparador, este cambia su bit digital de 0 a 1 y comunica la tensión de la señal al microprocesador en un instante. La ventaja de esta técnica de medición es la velocidad de conversión. Las desventajas se reducen a la precisión: la medición de la tensión realizada por un osciloscopio puede ser precisa en aproximadamente un 1.5 %, mientras que la de un multímetro básico de 3.5 dígitos ronda el 0.15 %.

¿Multímetro u osciloscopio?

Un multímetro muestra la medición precisa de una salida.
Un osciloscopio muestra una representación gráfica de varias mediciones de una entrada mientras esta varía a lo largo del tiempo.

Un multímetro normal puede medir una entrada entre cinco y diez veces en un segundo y muestra las mediciones con gran precisión. Un osciloscopio normal puede medir una entrada miles de millones de veces en un segundo, de modo que representa con exactitud los cambios de dicha entrada, incluso en periodos extremadamente cortos.

Si bien los multímetros digitales ofrecen mediciones de alta resolución muy precisas, los osciloscopios añaden la dimensión adicional del tiempo. La representación de la amplitud de una entrada a lo largo del tiempo ofrece varias ventajas a la hora de analizar y solucionar problemas, incluida la siguiente información:

  • Amplitud: valor de pico a pico, valor de pico, valor eficaz o amplitud en puntos específicos
  • Tiempo: periodo o frecuencia de la señal, tiempo desde un punto hasta el siguiente, tiempo entre dos señales diferentes y otras mediciones relacionadas con el tiempo
  • Forma de la onda: permite la inspección de la calidad general de las formas de onda sinusoidales, cuadradas, de pulso o incluso complejas, como las de señales de video, señales de comunicación digital y muchas otras
  • Calidad de la señal: distorsiones y alteraciones en la forma de onda de una señal

Secciones posteriores de este conjunto de artículos aportan más información acerca del análisis de formas de onda con un osciloscopio.

Osciloscopios de Fluke

Los conceptos y las técnicas presentados aquí pueden encontrarse en toda la gama de osciloscopios portátiles de Fluke. Disponibles con anchos de banda que varían entre 20 y 200 MHz, los dispositivos ScopeMeter de Fluke tienen el rendimiento y las funciones necesarias para llevar a cabo una gran variedad de mediciones, desde la solución de problemas rutinarios hasta tareas difíciles, como encontrar eventos aleatorios. Los osciloscopios de Fluke están específicamente diseñados para funcionar en entornos adversos, lejos de las mesas de laboratorio.

Aspectos básicos sobre los osciloscopios portátiles - Parte 2, entrada y procesamiento de la señal

Aspectos básicos sobre los osciloscopios portátiles - Parte 3, disparo y aislamiento

Aspectos básicos sobre los osciloscopios portátiles - Parte 4, captura y análisis de las formas de onda

Aspectos básicos sobre los osciloscopios portátiles - Parte 5, captura de eventos intermitentes y aleatorios con un osciloscopio portátil