La primera de las cinco partes que conforman este conjunto de artículos, adaptado del seminario web Aspectos básicos sobre los osciloscopios, abarca los conceptos básicos del osciloscopio y el multímetro, así como los casos en los que destacan estos dispositivos. Si lo prefiere, puede ver el seminario web completo con audio y animaciones en el Centro de formación de Fluke.
Medida de parámetros eléctricos
Los fenómenos eléctricos se pueden medir en tres dominios:
- Amplitud (¿Qué tamaño tiene?)
- Frecuencia (¿A qué velocidad cambia?)
- Tiempo (¿Durante qué periodo de tiempo se examina?)
Herramientas para medir y mostrar distintos aspectos 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 es necesario descubrir la causa del problema. En ambos casos, lo mejor es utilizar un osciloscopio para analizar la integridad de la amplitud de una señal durante un periodo de tiempo.
¿Qué es un multímetro y cómo funciona?
Un multímetro es un dispositivo que muestra con precisión medidas discretas en voltios, ohmios y amperios.
Para realizar las medidas, un multímetro digital normal usa un conversor analógico-digital (CAD) integrador de doble pendiente.
El dispositivo CAD funciona aplicando primero una entrada a un circuito condensador integrador, como si se llenara un tanque de almacenamiento con agua. La señal se aplica al circuito durante un periodo de tiempo determinado, normalmente desde milisegundos hasta un segundo.
A continuación, el circuito de medida 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.
Por usar una vez más la analogía del tanque de agua, este se llena a un ritmo desconocido durante un intervalo de tiempo 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 de tiempo 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.
Los osciloscopios digitales modernos pueden mostrar los cambios de señal que ocurren durante un periodo de tiempo 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 medidas rápidas, muchos osciloscopios utilizan la técnica de medida de señales de entrada con múltiples comparadores paralelos. Para realizar una medida, 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 excede a la tensión de referencia del comparador, este cambia su bit digital de un 0 a un 1 y comunica al microprocesador la tensión de la señal en un instante. La ventaja de esta técnica de medida es la velocidad de conversión. Las desventajas se reducen a la precisión: la medida de la tensión realizada por un osciloscopio puede tener una precisión de aproximadamente un 1,5 %, mientras que la de un multímetro básico de 3,5 dígitos ronda el 0,15 %.
fig-pr¿Multímetro u osciloscopio?
Un multímetro muestra la medida precisa de una salida.
Un osciloscopio muestra una representación gráfica de varias medidas 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 medidas con gran precisión. Un osciloscopio normal puede medir una entrada miles de millones de veces en un segundo, de modo que puede representar con exactitud los cambios de dicha entrada, incluso en periodos de tiempo extremadamente cortos.
Si bien los multímetros digitales pueden ofrecen medidas de alta resolución muy precisas, los osciloscopios añaden una dimensión de tiempo adicional. La representación de la amplitud de una entrada a lo largo del tiempo ofrece varias ventajas a la hora de analizar y solucionar problemas, incluyendo 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 medidas relacionadas con el tiempo.
- Forma de onda: permite la inspección de la calidad general de las formas de onda sinusoidales, cuadradas, de pulso o incluso complejas, como las señales de vídeo, señales de comunicación digital y muchas otras.
- Calidad de la señal: distorsiones y alteraciones en la forma de onda de una señal.
En secciones posteriores de este conjunto de artículos se ofrece más información acerca del análisis de formas de onda con un osciloscopio.
Osciloscopios de Fluke
Las técnicas y los conceptos presentados aquí pueden encontrarse en toda la gama de osciloscopios portátiles de Fluke. Disponibles con anchos de banda que oscilan entre 20 MHz y 200 MHz, los dispositivos Fluke ScopeMeter ofrecen el rendimiento y las funciones necesarias para llevar a cabo una gran variedad de medidas, desde localizaciones rutinarias de averías a tareas difíciles como buscar eventos aleatorios. Los osciloscopios de Fluke han sido específicamente diseñados para funcionar en entornos adversos, lejos de las mesas de un laboratorio.