Osciloscopio y sus partes

Existen muchos tipos de osciloscopios, de diferentes marcas y modelos, pero hoy en día los que se usan son los osciloscopios digitales, los analógicos han quedado en el pasado por sus funciones limitadas. Una pregunta muy común es ¿cómo funciona un osciloscopio? y ¿Cuáles son las partes de un osciloscopio?, creo que estas dos preguntas se pueden resolver si analizamos estos equipos parte por parte para encontrar la función de cada una de ellas. Es importante decir que esta nota sólo hablará sobre los osciloscopios digitales. 

Antes de empezar a leer, te recomiendo veas primero nuestra otra nota del blog que explica ¿qué es un osciloscopio?

También te puede interesar la infografía donde se explica cómo usar un osciloscopio.

Otra aclaración importante es que la distribución de los botones y las partes pueden cambiar dependiendo del modelo y marca, sin embargo, en esencia todos contienen lo mismo. El osciloscopio elegido es de la nueva generación de Tektronix, modelo MDO34.

Partes de un osciloscopio

Primero vamos a ver las principales partes de un osciloscopio digital, así como su función. Para ello, empecemos con las partes externas. Estas normalmente tienen todos los conectores de entrada para hacer mediciones de señales, así como los botones y perillas de control. En las siguientes dos imágenes podemos observar las partes delantera y trasera de un osciloscopio.

Parte frontal

Como podemos ver en las imágenes de un osciloscopio y sus partes, la parte frontal cuenta con todos los controles necesarios para operar el equipo. Tenemos los siguientes elementos o partes de un osciloscopio y sus funciones:

• Display (pantalla): Algunos equipos cuentan con pantallas touch, esta nos muestra las formas de onda y las mediciones realizadas.
• Botón de encendido: Este se utiliza para prender o apagar el instrumento.
• Canales analógicos: Son las entradas para las señales analógicas, normalmente aquí es donde se conecta la punta de osciloscopio para conectarnos al circuito. Existen osciloscopios de 2, 4, 6 u 8 canales analógicos.
• Canal RF: Conexión al analizador de espectro disponible en los osciloscopios de dominio mixto.
• Canales digitales: La entrada del analizador lógico en los osciloscopios de señales mixtas (analógicas y digitales). Dependiendo el modelo, el número de entradas digitales.
• Botones de Menú: Aquí se encuentra la navegación para todas las opciones del osciloscopio, como guardar, imprimir, utilidades, hora y fecha, etcétera.
• Escala horizontal (base de tiempo): En ella se regula la posición y escala en tiempo de la señal, es decir, determinamos cuantos segundos, milisegundos, microsegundos por división vamos a visualizar en el display.
• Escala Vertical (Volts por división):Sirve para regular la amplitud de la señal en el display, para apreciar mejor detalles o distintas señales.
• Trigger (Disparo): El disparo nos permite sincronizar el muestreo y la captura de la señal en algún punto específico. En pocas palabras, nos permite decidir qué parte de la forma de onda capturada ver en el display.
• Botones control de adquisición: Permiten configurar la velocidad de captura, la longitud de registro utilizada, velocidad de muestreo entre otros parámetros.

Parte trasera

En la parte trasera se encuentran principalmente conectores y salidas.

• Ventilación: Esta rejilla permite un buen flujo de aire para evitar sobrecalentamiento.
• Conexión AC: Aquí va el cable de alimentación para poder energizar el equipo.
• Salida del generador de funciones: Algunos osciloscopios cuentan con generador de funciones integrado
• Salida auxiliar: Tiene muchas funciones, pero entre ellas es la de sincronización o automatización.
• Puertos de comunicación y video: Cuentan con conectores USB, LAN LXI, HDMI, VGA entre otros para control a través de computadora, automatización y mostrar datos en pantallas externas.

Funcionamiento del osciloscopio

Antes de adentrarnos en el osciloscopio para ver sus partes internas, es importante ver el funcionamiento del osciloscopio digital. 

La ruta de la señal o en inglés signal path es fundamental para entender cómo sirve, por eso les dejo el siguiente diagrama:

• Amplificador de entrada: Como podemos ver, la primera etapa por la que se encuentra la señal es un amplificador, esto permite ajustar la amplitud y el rango en el que se mostrará la señal. Esta primera etapa es fundamental para visualizar señales pequeñas.
• ADC: El convertidor analógico-digital muestrea la señal en puntos específicos para poder guardarla de forma digital, esto se realiza con un reloj de súper alta estabilidad para determinar en qué momento sucede cada cosa. La velocidad con la que se realiza este proceso se conoce como velocidad de muestreo se mide en muestras sobre segundo S/s. 
• Memoria de adquisición: los puntos de muestreo por el ADC son guardados en la memoria de adquisición o longitud de registro. Varios puntos de muestreo forman un punto de forma de onda y varios puntos de forma de onda conforman la señal en el display. La longitud de registro en las hojas de datos muestra los números de puntos de forma de onda que tiene cada osciloscopio. Aquí entra en juego la configuración de disparo que selecciona qué se guarda en la memoria y por lo tanto, qué se muestra en el display.
• Microprocesador: Por último, el microprocesador procesa la señal, coordina todos los controles que realiza el usuario y muestra la señal en el display. Así como una computadora, es el cerebro del osciloscopio.

Partes internas de un osciloscopio

Conociendo el camino de la señal y las principales partes de un osciloscopio, podemos ahora ubicarlas dentro del mismo. Pero estas partes se encuentran en diferentes tarjetas para optimizar el diseño del equipo, por eso es que está divido en las siguientes secciones:

Tarjeta de adquisición principal

En la tarjeta de adquisición principal del osciloscopio se encuentran los componentes más importantes del mismo. Por eso es que podemos ver en el dibujo que se encuentran grandes pedazos de metal como disipadores de calor para los circuitos integrados. Dependiendo de la topología y el diseño, podemos tener un convertidor analógico-digital por canal analógico, esto garantiza que la velocidad de muestreo sea siempre la misma sin importar el número de canales que estemos utilizando. Así mismo, con los osciloscopios de hoy en día es común encontrar FPGA que se encargan de hacer el procesamiento de las señales. Hay algunas marcas como Tektronix que desarrollan sus propios circuitos integrados para sus equipos.

Front end Osciloscopio

Esta parte es la primera con la que se encuentra la señal, es aquella que se encarga del acondicionamiento para poder ser digitalizada y procesada. Algunos osciloscopios cuentan con terminación de 1MegaΩ o de 50Ω, esto es para poder hacer el acople de impedancia adecuado y evitar distorsiones en la señal, para realizar este acoplamiento se tienen relevadores electromecánicos que permiten la conexión con las terminaciones.

También tenemos relevadores para el acoplamiento de AC o DC, esto permite ver la señal con algún offset o descartar cualquier componente de DC.

Así mismo, al ser lo primero con lo que se encuentra la señal, tenemos el amplificador y en algunos modelos, un circuito integrado específico para realizar toda la lógica de disparo y garantizar que con el instrumento podremos ver lo que realmente queremos ver.

Fuente de poder y perillas

Por último, pero no menos importante, cada osciloscopio tiene su propia fuente de poder para cambiar la energía eléctrica de AC a DC. Así mismo, cuenta con varios encoders, potenciómetros y botones para formar las perillas y botones de control.

¡Cualquier comentario será bienvenido! También no dudes en comunicarte con nosotros si tienes alguna duda de cómo elegir un osciloscopio, te atendemos a través de nuestro chat en línea o en el correo info@acmax.mx.

Escrito por Edgar Gastellou ingeniero de aplicaciones de AcMax de México. Última revisión 12 de Agosto del 2020.

Infografía por Salomón del Real CM de AcMax de México.

Referencias:

Tektronix. (2016, Enero). XYZ of Oscilloscopes. Primer, 03W-8605-7, pp 1-33.

Tektronix. (2016, Julio). The anatomy of a digital oscilloscope. Poster, 3GW-60820-0, p. 2.

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