Uso del osciloscopio

Si ya viste nuestra nota de ¿Qué es un osciloscopio?, y sabes cómo funciona un osciloscopio ya es turno de esta breve guía de cómo usar un osciloscopio, esperamos con esta guía sobre el Osciloscopio se sientan mucho más cómodos al ver formas de onda y se minimice en la medida de lo posible el uso del botón mágico Autoset.

A pesar de ser una herramienta muy común (el Osciloscopio), existen dudas sobre los controles básicos en el uso del osciloscopio, esta es una guía que se irá expandiendo, si tienes alguna duda con una función o un modo en específico del osciloscopio, por favor déjala en la sección de comentarios.

Antes de empezar, no olvides visitar nuestra nota que explica ¿qué es un osciloscopio? y las partes de un osciloscopio.

¿Cómo se usa un osciloscopio?

Existen muchos usos del osciloscopio en la electrónica, pero hay que recordar que este instrumento tiene muchas aplicaciones, así que el uso del osciloscopio depende al 100% de la aplicación, porque será distinto su funcionamiento si se utiliza para hacer mediciones de formas de onda en tiempo, o si se utiliza para decodificar buses seriales o validar datos de alta velocidad digitales. Estos son algunos ejemplos de las aplicaciones de un osciloscopio, pero para hablar en general empezaremos con los controles que todos los osciloscopios tienen.

Control vertical del osciloscopio

El control vertical se utiliza principalmente para escalar la amplitud de una señal. Normalmente se encuentra un control vertical por canal que tenga el osciloscopio. Al decir que permite "escalar la señal", se hace referencia al ajuste de los volts por división de nuestra señal. Todos los osciloscopios en su pantalla tienen una cuadrícula que son las divisiones, cada división nos va a indicar un valor en nuestra escala. Podemos configurar que cada división tenga un valor de 5V, así una señal de 5Vpp (pico a pico) de entrada va a tener la altura de una sola división. En cambio, si configuramos la escala a 2V por división, esa misma señal de 5Vpp medirá dos divisiones y media de altura, es por esto que permite hacer grande o pequeña la señal.

Un punto muy importante es que la escala vertical es independiente en cada canal, es decir, para facilidad de visualizar la forma de onda, podemos colocar el canal 1 con una escala de 1V por división y el canal 2 con una escala de 100V por división. Esto es muy útil en varias aplicaciones porque permite comparar señales de distintos valores y permite que aprovechemos al máximo la pantalla del equipo.

Otra función del control vertical es la posición de la forma de onda. Con esta podemos mover arriba o abajo de la pantalla del osciloscopio la señal como si le aplicaramos un offset. Es importante aclarar que no existe el offset en la señal, simplemente es para poder acomodar nuestras mediciones y señales de manera conveniente en la pantalla.

Por último, en el control vertical, se mostrará la escala según la atenuación configurada de la punta o sonda. Siempre hay que verificar que si usamos una punta de osciloscopio de 10X el instrumento también esté configurado en 10X para evitar confusiones con las mediciones. 

Control horizontal del osciloscopio

El control horizontal del osciloscopio sirve para escalar la señal en el tiempo. Es decir, qué periodo de tiempo de la forma de onda se visualiza en la pantalla de nuestro osciloscopio por cada división. Supongamos que tenemos una señal con una frecuencia de 100Hz (se repite 100 veces en 1 segundo), nuestra escala horizontal es de 10ms por división y nuestra pantalla del osciloscopio tiene 10 divisiones, con esta configuración estaríamos capturando 100ms en la pantalla. Ahora bien, con esta configuración, podríamos ver 10 ciclos completos de nuestra señal en la pantalla, debido a que el periodo de la señal es de 10ms. Si ahora cambiamos la escala horizontal a 1ms por división, sólo podremos visualizar un ciclo de nuestra señal debido a que la pantalla sólo mostrará 10ms. Es esta la razón por la que se dice que "comprime" o "expande" la señal. 

La escala horizontal del osciloscopio está directamente relacionada con la longitud de registro del instrumento y la velocidad de muestreo. Recordemos que, al ser osciloscopios digitales, hace una conversión de la señal analógica a digital. Esto es importante recordar porque la cantidad de datos guardados en 1 nanosegundo va a ser mucho menor que en 1 segundo, por eso es importante fijarse en estas características a la hora de escoger qué osciloscopio comprar. Pero si quieres saber más de cómo funciona un osciloscopio, te recomendamos leer la nota de blog "osciloscopio, partes".

La perilla de posición del control horizontal permite navegar en la señal capturada en el tiempo. Es decir, podemos ver en pantalla distintos eventos de nuestra forma de onda que sucedieron al principio o al final de la captura. Esta captura de la forma de onda se hace a través del "trigger o disparo".

También, hay que los osciloscopios cuentan con un sólo control de escala horizontal a diferencia de los controles verticales que hay 1 por canal. Si colocamos una configuración de segundos por división, esta afectará a todas las formas de onda de la pantalla, así que no será posible escalar de forma horizontal cada forma de onda.

Trigger o disparo del osciloscopio

Aprender a usar el disparo en el osciloscopio es fundamental para aprovechar al máximo las capacidades de nuestro instrumento. 

Mediciones del osciloscopio 

La finalidad principal del osciloscopio es poder visualizar la forma de onda y realizar mediciones, por eso es muy importante aprender a utilizar estas funciones. En general, todos los osciloscopios cuentan con las siguientes mediciones.

• Mediciones automáticas: Este tipo de mediciones normalmente se encuentran en el menú "measure". Dependiendo el modelo, es la cantidad de mediciones automáticas que incluya el equipo, pero normalmente se tienen de amplitud y tiempo como voltaje pico a pico, máximo, mínimo, valor RMS, frecuencia, periodo, tiempo de subida, entre otras. También se puede configurar al equipo para que la medición la haga sobre toda la longitud de registro o sólamente con los datos que aparecen en la pantalla.
• Mediciones con cursores: Estas mediciones son muy prácticas porque aparecen los cursores (líneas) en pantalla que puede mover a voluntad para hacer una medición en un punto específico. Así mismo, se pueden usar dos cursores para realizar mediciones diferenciales. Existen los cursores verticales y horizontales. 

Funciones avanzadas

Algo muy importante del uso del osciloscopio son las funciones avanzadas. Estas se pudieron agregar debido al cambio de osciloscopios analógicos a digitales. Enlistaré algunas funciones avanzadas de los osciloscopios, sin embargo, si tienes duda con alguna función en específico, te sugiero lo comentes o te contactes con nosotros para que podamos apoyarte. Entre estas funciones se encuentran:

• Decodificador de protocolos o buses seriales: Permite interpretar los paquetes enviados a través de alguna interfaz de comunicación con protocolos como USB, RS-232, I2C, SPI, CAN, LIN, Ethernet, Flexray entre otros. Esta decodificación nos ayuda a validar que nuestros diseños funcionen de la manera correcta.
• Mediciones de potencia: Ideales para la investigación y desarrollo en electrónica de potencia, junto con una punta de corriente, permite calcular potencia activa, reactiva y aparente, así como realizar mediciones de distorsión armónica total (THD) y mediciones de rizo. Algunos más avanzados permiten incluso hacer cálculos de pérdidas por conmutación en los transistores y pérdidas magnéticas.
• Mediciones del dominio de la frecuencia: Además de la famosa transformada rápida de Fourier (FFT) que casi todos los osciloscopios tienen, hay algunos que cuentan con analizador de espectro incluido, estos se conocen como MDO (osciloscopios de dominio mixto), además hay algunas opciones para poder correlacionar el dominio del tiempo y de la frecuencia en el instrumento permitiendo entender mejor los comportamientos de señales complejas.
• Analizador lógico: Antes existían sólo los analizadores lógicos, equipos con varios canales digitales para poder correlacionar múltiples señales digitales de dispositivos como FPGA, microprocesadores, microcontroladores, etc. Hoy en día hay equipos que pueden tener hasta 64 canales digitales o más sustituyendo a los analizadores lógicos.
• Validación de estándares de comunicación: Esta función es distinta a la decodificación, por validación se hace referencia a verificar que los paquetes de datos sean enviados de forma adecuada para que el receptor sea capaz de "entender" el mensaje. Para ello, se aplican fundamentos de integridad de la señal porque hay varios factores que pueden afectar la calidad de nuestros mensajes. Estas validaciones se basan en normas internacionales y son necesarias para garantizar la comunicación, como por ejemplo en el Ethernet automotriz. Para hacer estas validaciones se colocan máscaras de aceptación y se utilizan diagramas de ojo en donde se determina si cumple con la norma o no.

Escrito por Edgar Gastellou ingeniero de aplicaciones de AcMax de México. Última revisión 7 de Octubre del 2020.

Infografía por Salomón del Real CM de AcMax de México.

Referencias:

Tektronix. (2016, Enero). XYZ of Oscilloscopes. Primer, 03W-8605-7, pp 19-33.