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Para la electrónica personal en casa, ¿es necesario comprar un osciloscopio?

Imagínese que está en un hospital, sentado junto a una cama de cuidados intensivos y con un monitor de frecuencia cardíaca a su lado. Miras la imagen en la máquina y una línea oscila hacia arriba y hacia abajo. Tienes miedo de que la línea se convierta en una línea recta, porque, como se muestra en la televisión, eso significará la muerte del paciente.

Así les explico los osciloscopios a mis padres cuando me preguntan a qué me dedico. El monitor de frecuencia cardíaca del hospital muestra los latidos del corazón del paciente, mientras que el osciloscopio muestra la señal de los latidos del equipo eléctrico. Los osciloscopios nos ayudan a comprender todos los aspectos sobre si los equipos electrónicos funcionan normalmente, lo que nos permite verificar más a fondo los "signos vitales" del equipo bajo prueba.

Los "signos vitales" mencionados aquí son el voltaje o corriente en el circuito de un equipo electrónico. Así como no queremos que los latidos de nuestro corazón sean demasiado rápidos o demasiado lentos, en los equipos electrónicos no queremos que su frecuencia de oscilación de voltaje sea demasiado rápida o demasiado lenta. Todos sabemos que un soplo cardíaco es malo. Al mismo tiempo, no queremos que nuestras señales eléctricas tengan fallos y un osciloscopio puede ayudarnos a encontrarlos, facilitándonos la prescripción del medicamento adecuado. Cuando podemos observar tan de cerca nuestro equipo electrónico, podemos verificar mejor que está funcionando como esperamos. Si no, un osciloscopio puede ayudarnos a diagnosticar y corregir el problema. Si usted es ingeniero de pruebas o estudiante, trabaja en fabricación, reparación, investigación o desarrollo, o es ingeniero eléctrico, debe aprender a usar un osciloscopio.

Osciloscopio, sonda diferencial y sonda de corriente

Conceptos básicos del osciloscopio

En la interfaz de visualización del osciloscopio podemos ver pequeñas cuadrículas una a una. En la dirección de las abscisas, estas pequeñas cuadrículas representan la duración de la señal; en la dirección de las ordenadas, estas pequeñas cuadrículas suelen representar el voltaje de la señal. Estos dos parámetros nos permiten confirmar mejor si el dispositivo está funcionando normalmente a partir de la amplitud y frecuencia de la señal. Debido a que un osciloscopio proporciona una vista de una señal a lo largo del tiempo, podemos ver cualquier anomalía o distorsión que pueda ocurrir en la señal. Pero antes de empezar a medir, hay algunas cosas a las que debemos prestar atención.

La interfaz de visualización del osciloscopio

Los osciloscopios existen en varios modelos y configuraciones en el mercado, y elegir el que más te guste no es tan sencillo como comprar un paquete de fideos instantáneos. Necesitamos considerar el ancho de banda, la frecuencia de muestreo, la profundidad de la memoria, el número de canales, etc. del osciloscopio. Al mismo tiempo, también debes combinar tus necesidades de medición reales para ver si el osciloscopio que elijas tiene las funciones que deseas, como FFT, decodificación de comunicación en serie, registro de formas de onda, etc. Aquí hay algunos conceptos comunes sobre los osciloscopios a los que debemos prestar atención antes de comprarlos:

Ancho de banda: ¿El ancho de banda de un osciloscopio determina el rango de frecuencia en el que podemos medir con precisión la señal? Los osciloscopios del mercado tienen anchos de banda que van desde los 20 MHz hasta los 100 GHz. Por lo general sólo necesitamos adquirir un osciloscopio con un ancho de banda 5 veces la frecuencia más alta de la señal que queremos medir. La medida es de 20 MHz, entonces sólo necesitamos comprar un osciloscopio con un ancho de banda de 100 MHz. De hecho, en muchos casos, un osciloscopio con un ancho de banda de 100MHz es suficiente.

¿Frecuencia de muestreo?: La frecuencia de muestreo determina la capacidad del osciloscopio para recopilar puntos de datos. Cuantos más puntos de datos recopile una señal, más cerca estará de su estado real y es menos probable que lo esté. distorsionado.

¿Profundidad de almacenamiento?: La profundidad de almacenamiento también se denomina longitud de registro, y representa el número máximo de puntos de datos que un osciloscopio puede mostrar en una pantalla si la frecuencia de muestreo del osciloscopio es suficiente pero la profundidad de almacenamiento lo es. demasiado pequeña, la señal mostrada por el osciloscopio seguirá siendo fácil de distorsionar. La frecuencia de muestreo de la mayoría de los osciloscopios del mercado es suficiente, pero muchas personas suelen pasar por alto la profundidad de almacenamiento. Algunos comerciantes ni siquiera marcan este parámetro porque es demasiado bajo.

¿Integridad de la señal? – La capacidad de un osciloscopio para medir señales con precisión. Así como definitivamente no queremos que el monitor de frecuencia cardíaca muestre información incorrecta, sería malo si los latidos del corazón de nuestro paciente todavía estuvieran latiendo pero el instrumento mostrara una línea recta. De manera similar, no queremos que los resultados de la prueba den respuestas incorrectas, lo que llevaría a un error de cálculo de que existe un problema con el dispositivo bajo prueba. Generalmente, se califican los osciloscopios con un error de medición no superior al 2%.

¿Canal? – Aquí es donde el osciloscopio ingresa las señales. Generalmente, hay canales analógicos y canales digitales. Los osciloscopios más comunes son los osciloscopios de 2 canales y los osciloscopios de 4 canales.

¿Sonda? – La sonda se utiliza para conectar la señal al osciloscopio. Hay varias sondas activas y pasivas en el mercado, que se utilizan en sus ocasiones especiales. Los más comunes incluyen sondas de alto voltaje, sondas diferenciales, sondas de corriente, sondas de encendido, etc. Antes de comprar un osciloscopio, también debes considerar qué sondas utilizarás.

Aplicaciones: aplicaciones como análisis de señales, decodificación de protocolos y activación de disparo único pueden reducir significativamente el tiempo que nos lleva identificar y capturar errores de señal. Existen aplicaciones que nos ayudan a encontrar y evaluar la fluctuación de la señal, o realizar transformadas de Fourier, crear diagramas de ojo o incluso identificar y evaluar la diafonía en los sistemas de comunicación. La decodificación de protocolo puede decodificar señales en información digital, activarse en diferentes condiciones e identificar errores de protocolo. No todos los osciloscopios cubrirán la aplicación que desea, por lo que debe verificar antes de comprarlos.

Las funciones de filtrado digital de paso alto y bajo del osciloscopio

¿Para qué se puede utilizar el osciloscopio?

Ahora tenemos una comprensión general de las funciones comunes términos del osciloscopio. De hecho, la mayoría de las pruebas de señal solo requieren un osciloscopio con un ancho de banda de 50-150MHz, una sonda pasiva estándar, una velocidad de muestreo de 1GS/s, 2-4 canales y una profundidad de almacenamiento superior a 2M.

Con un osciloscopio podemos detectar y descubrir componentes defectuosos en la placa de circuito PCB, ruido en el circuito y si está en cortocircuito, si la entrada y salida del dispositivo funcionan correctamente, etc. Usando diferentes métodos de disparo, se pueden encontrar pulsos altos y bajos, partes defectuosas, etc. de la señal. Los osciloscopios generalmente también proporcionan una rápida transformada de Fourier de señales, así como funciones de operación matemática directa de los canales. Y estos son sólo el comienzo básico.

Realizar transformada rápida de Fourier (FFT) en señales

Los osciloscopios son instrumentos electrónicos con una amplia gama de funciones. Los ingenieros de reparación de automóviles pueden utilizar osciloscopios para detectar problemas con los equipos electrónicos de los automóviles, y los profesores de los laboratorios universitarios utilizan osciloscopios para enseñar a los estudiantes sobre circuitos. Los institutos de investigación de todo el mundo tendrán al menos un osciloscopio. Los fabricantes de teléfonos móviles también necesitan utilizar osciloscopios para comprobar la integridad de las señales de sus teléfonos móviles. Los sectores militar y aeroespacial también necesitan osciloscopios para probar los sistemas de radar. Los ingenieros de I+D utilizan osciloscopios para probar y diseñar nuevas tecnologías o productos. Los osciloscopios también se utilizan para pruebas de cumplimiento, como los protocolos UART y CAN, para verificar si la salida de señal cumple con los estándares correspondientes.