Medir señales con el osciloscopio.

EL OSCILOSCOPIO.

Hola amigos. En esta entrada vais a aprender a familiarizaros con los controles del osciloscopio y a calcular los valores de tensión, frecuencia y periodo de una señal alterna que se presente a la entrada del mismo.

Un osciloscopio es un aparato eléctrico de medida que te permite visualizar señales eléctricas alternas que varían en el tiempo y en amplitud.

Y aunque los modernos son digitales y tienen muchas más funciones que los analógicos, todos tienen una serie de característica que los hace instrumentos fundamentales para el técnico electrónico y radiocomunicaciones.

Por supuesto, que la señal medida debe de entrar por un puerto al osciloscopio para que su "circuitería" pueda tratarla y mostrarla. De ello se ocupa la sonda.

Sonda de medida.

La sonda de medida está formada por un cable con una pinza en un extremo que sirve de "busca polos" que tiene unida una masa desmontable para poder utilizar en circuitos a los que se tengan que unir mismas masa.

Dicho cable está recubierto por varias mallas anti resonantes (cable trenzado y apantallado), para disminuir el ruido eléctrico que recibe la punta de las sondas y evitar que llegue al osciloscopio.

De ahí que también se incluya la sonda con un circuito anti resonante que atenúe parte de la señal recibida por la pinza y que actúe de filtro resonante para el ruido electromagnético.

Las sondas actuales suelen tener un conmutador de selección para variar impedancia de la sonda y así obtener mayor precisión en la medida y representación de la señal. 

Funcionamiento.

La señal entrará al osciloscopio a través de la sonda, según la cual después que pase por el atenuador, la señal se descompondrá en su componente vertical y su símil horizontal para pasar ahí por una serie de amplificadores que dirigirán la señal a la válvula de vacío y después, impulsarán mediante disparos de una frecuencia dada similar a la de la señal, los electrones que incidirán en la pantalla del osciloscopio dando lugar a la representación de la señal.

Dicha pantalla la conforma un tubo de vacío para desviar electrones (tubo rayos catódicos) y suele tener una regla en pantalla que permite al técnico calcular el tamaño de la señal y, mediante el uso de ajustes adicionales, otras magnitudes.

La pantalla se divide en 10 filas por 8 columnas. Las filas indican la variación de tiempo de la señal, mientras que las columnas indican la amplitud.

La señal varía en amplitud y frecuencia de acuerdo a los valores de configuración de los controles del osciloscopio y que te mostraré los más básicos.

Controles del osciloscopio. Medidas.

Entre los controles más significativos del osciloscopio está el control de VOLTS/DIV que significa voltios por división.

Esto significa que según la escala de la imagen, por cada cuadrado vertical (ya que el eje de las ordenadas de la pantalla, indica tensión o amplitud), equivalen a 10 voltios.

A mayor escala en el potenciómetro VOLTS/DIV, menor será la representación de la señal en la pantalla, mientras que a menor escala, mayor será la representación de la señal en pantalla.

Por ejemplo, en una escala de 10 VOLTS/DIV la onda queda reflejada como se ve en la siguiente imagen:

Como puedes ver la imagen está centrada en su mitad de onda y partiendo del punto central del eje de la ordenada, podemos ver que la señal tiene un pico superior de 2 cuadros y 3÷4 de tensión.
Como la escala esta en 10V, tenemos que la tensión pico de la señal es de 26 a 28V (10V x 2,4 cuadros); teniendo en cuenta que cada cuadro se divide en otras cinco partes.

Como la señal pico a pico es la amplitud máxima de la señal desde el pico superior al pico inferior, la señal tiene un valor en amplitud de unos 56V.

Otros de los controles más importantes del osciloscopio es el control de TIME/DIV que significa tiempo por división. Este control se basa en el eje de la abscisa de la regla de la pantalla y con éste control podremos centrar la señal y ajustar los ciclos por segundos de la señal para mostrarlos correctamente.

Como puedes ver en el siguiente vídeo, cuando varío el tiempo en milisegundos la señal se redimensionará de acuerdo a la señal. Si la variación de tiempo es superior a los 50 milisegundos, no se podrás apreciar la señal respecto al barrido horizontal de la señal, ya que el tiempo de refresco es mayor que la frecuencia de la señal. Sin embargo si bajas el tiempo de disparo por debajo de los 2 mili segundos, verás como empiezas a ver detalles del ciclo más amplificador.

Por lo tanto, lo ideal es ajustar el tiempo de manera que puedas ver la onda completa y quizá algunos ciclos para poder calcular correctamente la frecuencia como realizo en la siguiente imagen.

En 10 mili segundos, la señal se muestra 5 veces.

A 5 mili segundos se muestran 3 ciclos completos de la señal.

A 2 mili segundos, se muestra un ciclo completo de la señal.

Entonces, ¿Cómo saber cuál es la frecuencia de la señal? Muy fácil.

Lo primero que tenemos que encontrar es el periodo de la señal.

En la teoría, sabemos que la red eléctrica española genera señales eléctricas de 60 Hercios de frecuencia y que es la que puedes ver en las gráficas superiores. El periodo es el tiempo que tarda en reproducirse un ciclo. De ahí:

T = 1 ÷ Hz

De ahí nos queda que el periodo de la red eléctrica es de 1 ÷ 60 Hz que nos da un valor de 0,0166666666666667 periodos, lo que indica el tiempo que tarda en completarse un ciclo.¿Pero cómo calculamos el periodo de la señal en pantalla si no tenemos su frecuencia. Muy sencillo. Del control TIME/DIV sabemos que, en la imagen siguiente, el control está en 2 mili segundos.

Es decir que por cada división contamos 2 mili segundos y como hemos centrado un ciclo completo a lo ancho de la pantalla hay 10 cuadrados:

T = 0,002s x 10 = 0,02s

Ahora de la formula anterior, derivamos la frecuencia:

Hz = 1 ÷ T

Y por último resolvemos.

Hz = 1 ÷ 0,02

Para que nos de una frecuencia de 50Hz. Ten en cuenta que se puede producir un error de lectura directa, y que existen otros controles en el osciloscopio para poder centrar la señal en la pantalla. Ajustando la señal, verás que ocupa 8,2 cuadrados horizontales, lo cual implica una frecuencia de 59,5Hz. Teniendo en cuenta el error relativo de lectura, has obtenido la frecuencia de la señal con observaciones indirectas.

Bueno, eso es todo. Espero que hayas aprendido algo nuevo y te veré en la siguiente entrada.