El Osciloscopio

El Osciloscopio es uno de los instrumentos de medida más utilizados, y con mayor número de aplicaciones en el laboratorio de electrónica, puesto que permite visualizar la forma de onda de la señal.

La principal ventaja del osciloscopio, respecto a otros aparatos de medida, es que permite visualizar las formas de variación con el tiempo de las señales que se apliquen a sus entradas, además de sus niveles de tensión. Un multimetro como ya vimos anteriormente,  informa únicamente de los valores de tensión o corrientes medias o eficaces, ya que su forma de trabajo le impide seguir punto por punto la señal que  se le aplique; sin embargo, el osciloscopio si es capaz de seguirla constantemente aunque se trate de señales de muy corta duración.

Esto no nos debe de llevar a pensar que el osciloscopio sustituye totalmente al multimetro, ya que ambos instrumentos son muy útiles y se complementan, destinándose el multimetro a realizar medidas de tensiones y corrientes continuas o alternas cuya forma de onda es conocida y para determinar valores de resistencias. En esto aventaja al osciloscopio, por su mayor facilidad de utilización.

Composición de un osciloscopio

El elemento básico para la representación de las señales a medir es el tubo de rayos catódicos, en cuya pantalla se produce la representación. Este componente tiene una cierta similitud con los utilizados en televisión  aunque se diferencie de estos en la forma y tamaño de su pantalla, el tipo de fósforos que lo recubren y su sistema de desviación.

Actualmente, las pantallas que utilizan los tubos suelen ser cuadradas y de unos 10 cm de lado; los fósforo que recubren la pantalla permiten determinar la persistencia de la misma, siendo este factor de gran importancia en la observación de las formas de ondas.

El sistema de desviación está basado en un principio muy diferente al utilizado en TV, ya que el tubo de rayos catódicos incorpora internamente un juego de cuatro placas desviadoras que funcionan por el procedimiento electrostático  es decir, por la aplicación sobre ellas de una tensión que ejerce sobre los electrones del haz una acción de atracción o repulsión  según sea su polaridad. Estas placas se encuentran colocadas con sus planos paralelos dos a dos, unos en posición vertical y los otros en horizontal, a una distancia entre sí que depende de la geometría del tubo.

La placas verticales son las encargadas de realizar la desviación horizontal, mientras que las horizontales  mueve el haz electrónico verticalmente. El fenómeno de la desviación requiere la aplicación de grandes tensiones sobre los dos pares de placas. Las tensiones que se aplican sobre las placas en posición vertical que, a partir de ahora, las llamaremos horizontales por producir este movimiento, están generadas por la llamada base de tiempos. La tensiones aplicadas a las placas verticales (en posición horizontal) proviene de la señal que se desea visualizar, a través de un amplificador interno.

Es necesario que exista una cierta correlación entre la señal que deseamos estudiar y el circuito de base de tiempos para conseguir que los sucesivos barridos horizontales encuentren los mismos puntos de la forma de onda e el origen y en el resto de la pantalla y producir, así, una presentación totalmente estática  ya que, en caso contrario, se observaría una imagen movida y seria imposible realizar ningún análisis de la misma.

La mayoría de los osciloscopios actuales ofrece la posibilidad de representar simultáneamente dos señales diferentes en la pantalla, las cuales se aplican sobre entradas diferentes. Para ello, el instrumento de medición dispone de dos canales amplificadores internos independientes que entregan las señales a un tubo catódico de doble haz o a un sistema que las conmuta sobre un haz único y permite representar las dos formas de onda al mismo tiempo.

La desviación del haz catódico

El espacio que se desplaza el punto de la pantalla desde el centro, cuando se aplica una tensión desviadora, se puede calcular matemáticamente  La formula que determina este espacio depende de una constante y de la tensión de desviación aplicada entre las dos placas. La constante viene determinada por unos valores que dependen de la construcción del tubo de los rayos catódicos.

De aquí es posible deducir que el tubo de rayos catódicos puede ser un instrumento capaz de realizar mediciones por si solo, si se conocen las características geometrías del mismo, ya que bastará con medir el desplazamiento que se observa sobre la pantalla y multiplicarla por la constante de construcción y obtendremos la medida de la tensión aplicada sobre las placas desviadoras.

Sensibilidad

El mano sensibilidad permite ajustar la sensibilidad de entrada del osciloscopio al nivel de la señal aplicada a su entrada, normalmente se calibran en voltios por división vertical. El nivel de tensión se calcula multiplicando el numero de divisiones por el factor de escala indicado por el cursor del mando de sensibilidad.

Posición Horizontal y vertical

Para ajustar la onda, tanto horizontal como verticalmente, en la parte visible de la pantalla es necesario aplicar tensión continua sobre las placas desviadoras.Esta tensión se regula mediante potenciómetros que, normalmente, vienen indicados con la nomenclatura de X-POS.

Base de tiempos

Para poder representar en la pantalla la señal aplicada sobre la entrada vertical existen dos alternativas, las cuales consisten en aplicar una tensión a las placas horizontales que provenga de una entrada externa a través de un sistema atenuador o bien utilizar el circuito interno del osciloscopio, denominado base de tiempos, ya preparado, a fin de obtener los niveles de tensión necesarios para la desviación adecuada en cada momento a la frecuencia de la señal aplicada a la entrada vertical.

Brillo y enfoque

Los electrones del haz o rayo catódico se generan en un filamento o cátodo por efecto termoiónico. A partir de este cátodo existen tres electrodos destinados a funciones de control del haz. El primero de ellos que se encuentra el haz en su trayectoria es conocido bajo el nombre de Wehnelt que tiene una tensión negativa con respecto al cátodo. Regulando esta tensión por medio de un potenciometro controlaremos la luminosidad del haz, los dos electrodos siguientes realizan una función aceleradora y  de enfoque.

Disparo

El nivel de señal para que dispare el barrido de una señal puede ser fijado con el mando externo correspondiente y conocido como Trigger Level. También puede decidirse que sea el propio osciloscopio el que elija el nivel mas adecuado para el disparo mediante un sistema de sincronización automática  Existe otra posible forma de disparar el osciloscopio, la cual consiste en emplear una señal externa destinada exclusivamente para esta misión  Casi todos los osciloscopios disponen de esta posibilidad e incorporan un conector denominado External Trigger.

Sincronismo

Con el sistema de desviación horizontal mediante una señal de diente de sierra puede darse el caso de que, cuando el haz vuelva al punto de origen para comenzar un nuevo barrido, no se encuentre en el mismo punto que estaba al comienzo del barrido anterior.

Esto se manifiesta en la pantalla como un movimiento continuo de la forma de onda, dando la impresión que se desplaza a la izquierda o a la derecha a una velocidad que depende de la frecuencia de la señal. En los osciloscopios mas sencillos esto se corrige variando el periodo del diente de sierra hasta que coincida con un múltiplo del periodo de la forma de onda estudiada.