Osciloscopios: historia y clasificación
Osciloscopio (también conocido con el nombre "Oscilógrafo") es una de las más importantes e indispensables herramientas para analizar las señales eléctricas. Hoy día no hay un sólo taller de electrónica o centro de servicio que no tenga este aparato. ¿Pero qué exactamente hacen estos equipos? Los osciloscopios permiten visualizar los cambios de amplitud de señal suministrada durante un lapso de tiempo, observar, medir y grabar esta señal. Un osciloscopio moderno es una herramienta versátil, que permite chequear, ajustar y detectar las fallas no solamente en los componentes electrónicos aislados, sino también en los módulos completos.
Historia de osciloscopios empezó en el año 1893, cuando un ingeniero y físico francés André Blondel presentó al mundo el primer osciloscopio electromagnético con suspensión bifilar, hecho con sus propias manos. Este aparato con ayuda de un péndulo con tinta, conectado a la bobina, permitía registrar en una cinta de papel los valores eléctricos, tales como intensidad de corrientes alternas. Teniendo en cuenta, que en el proceso se utilizaban simultáneamente varios dispositivos mecánicos, primeros osciloscopios no eran muy exactos y su ancho de banda oscilaba en el diapasón entre 10 y 19 kHz.
Ondógrafo automático de Hospitalier – un predecesor de osciloscopio electromecánico inventado por André Blondel
Verdadera evolución de osciloscopios comenzó en el año 1897, cuando el científico alemán Karl Ferdinand Braun invento el tubo de rayos catódicos (CRT). La compañía británica A.C. Cossor pudo adaptar esta tecnología y en el año 1932 presento el primer osciloscopio basado en el tubo de rayos catódicos.
Cuando terminó la Segunda Guerra Mundial, los equipos de medida, incluyendo los osciloscopios, empezaron a desarrollarse por todo el mundo. Más que todo esto fue notable en Europa y América. En el año 1946 Howard Vollum y Melvin Murdock fundaron la compañía Tektronix, que muy pronto se convirtió en el líder mundial en oscilografía. El mismo año Vollum y Murdock fabricaron su primer osciloscopio de exploración retardada (exploración de ciclo simple) — esta tecnología fue utilizada en el modelo 511 con el ancho de banda 10 MHz. Bajo el término de exploración retardada en un osciloscopio se entiende el tipo de exploración que se activa únicamente durante el tiempo de desarrollo de impulso eléctrico investigado.
En los años 1950 prácticamente en todos los países desarrollados empezaron a fabricar estos aparatos. Gracias a esto los osciloscopios se convirtieron en una herramienta de medición universal. Fabricación de primeros modelos industriales ocasionó el crecimiento rápido de la banda pasante y precisión de osciloscopios, hasta que en el año 1985 aparecieron primeros equipos digitales. Seguramente podemos considerar este año como un punto clave en la historia de desarrollo de oscilografía. Precisamente en este año para el centro de investigaciones CERN por primera vez en el mundo fue fabricado un osciloscopio de almacenamiento digital. Proceso de desarrollo de este aparato dirigió el ingeniero Walter LeCroy, fundador de la compañía LeCroy. A partir de los años 1980 el mercado de osciloscopios ha progresado con pasos enormes, y hoy en día estos equipos son indispensables.
Igual que en el caso con otros aparatos electrónicos, por su forma de procesamiento de señal podemos dividir los osciloscopios en dos grupos: analógicos y digitales. Cada tipo, obviamente, tiene sus ventajas, desventajas y características únicas, que trataremos analizar más detalladamente a continuación.
Osciloscopio analógico
De vez en cuando se puede encontrar algunos ejemplares de osciloscopios analógicos en las mesas de trabajo de técnicos de la "vieja guardia", quienes a la fuerza de costumbre no se atreven a pisar el umbral del siglo digital. Pero de todos modos estos modelos extraviados en el tiempo poco a poco se desplazan por sus sucesores digitales. La situación en el mercado de osciloscopios es similar a la del mercado de ordenadores, donde el precio de equipos nuevos baja, mientras encontrar los repuestos para modelos antiguos es una misión prácticamente imposible.
Prácticamente cada osciloscopio analógico debe tener uno o varios canales verticales, canal horizontal, base de tiempo, sistema de disparo y, por supuesto, módulo de tubo de rayos catódicos (CRT). Canal vertical debe tener el atenuador compensado, pre-amplificador, línea de retardo y amplificador vertical, que aumenta el nivel de señal hasta el nivel requerido por el módulo CRT. Canal horizontal tiene dos diferentes modos de funcionamiento: interno y externo. Ambos modos de canal horizontal, igual que el canal vertical, funcionan a través de amplificador horizontal.
Base de tiempo por lo general se compone de disparadores, amplificador integrador y esquemas para sumar e invertir.
Sistema de disparo está compuesta por el selector del frente, disparador y esquema de función derivada. Selector del frente permite conmutar los frentes decreciente y creciente. Esquema del disparador de Schmitt, que emite la señal de forma rectangular, que se sincroniza con otros eventos. Control de nivel de disparo se realiza mediante modificación de tensión transitoria del disparador de Schmitt.
Un tubo de rayos catódicos (CRT) es un tubo de vacío, que contiene el lanzador de electrones, juego de láminas desviantes (verticales y horizontales), unas cuantas lentes electrónicas y pantalla pintada por dentro con varias capas de recubrimiento fluorescente y fosforescente.
Tubo de rayos catódicos de un osciloscopio
En la mayoría de los casos el ancho de banda de osciloscopios analógicos se mide con unos centenares de mega hercios, y el "limitador" principal de banda es precisamente el módulo CRT. Estos equipos pueden ser utilizados únicamente para reflejar en tiempo real los cambios instantáneos de señal, porque todo el proceso de visualización de señal en la pantalla no se somete al tratamiento digital. Por supuesto, en los osciloscopios analógicos no se utilizan los términos buferización, tratamiento de señal de entrada y otros, relacionados con modelos digitales modernos. Señales de entrada se reflejan continuamente con un pequeño retraso, producido por los componentes de circuitos electrónicos del aparato.
Osciloscopio digital
Por lo general los osciloscopios digitales se dividen en tres tipos principales:
- osciloscopios de memoria (DSO), que utilizan la tecnología de muestreo en tiempo real;
- osciloscopios estroboscópicos (DSaO), que utilizan la tecnología de muestreo en tiempo equivalente;
- osciloscopios de fósforo (DPO), que utilizan las tecnologías avanzadas de muestreo y procesamiento de señales.
Osciloscopios de memoria digitales aparecieron gracias a la revolución tecnológica de convertidores analógico-digitales (ADC), responsables de digitalización rápida y exacta de señales de altas frecuencias; avances en el ámbito de dispositivos de memoria, que deben almacenar los datos tan rápido como se ejecuta muestreo; y módulos de pantalla de bajo consumo compactos. En sustancia, los osciloscopios de memoria utilizan los convertidores analógico-digitales con el propósito de presentar los datos de señales en el formato digital.
Bajo el nombre de oscioscopios estroboscópicos se entienden los aparatos que para reflejar la forma de señales utilizan la muestra ordenada/aleatoria de valores instantáneos de señal investigada y realiza su transformación temporal. Principios de funcionamiento de este tipo de osciloscopios se basan en el efecto estroboscópico, por eso DSaO utiliza medición de valores instantáneos de señales repetidas con ayuda de impulsos estroboscópicos cortos. Gracias a este principio los osciloscopios estroboscópicos tienen banda pasante ancha y se destacan por su alta sensibilidad.
Osciloscopios de fósforo digitales es el tipo más avanzado de osciloscopios existentes. DPO reflejan la señal en tres planos, lo que de alguna manera es comparable con la capacidad de un osciloscopio analógico: temporal, de amplitud y amplitud con el paso de tiempo (intensidad). Estos osciloscopios se caracterizan por su alta densidad de muestreo y capacidad de captar datos conforme a la intensidad de señal investigada. Pantalla de osciloscopio DPO significativamente facilita el proceso de reconocimiento de forma básica de la señal sobre el telón de sus características transitorias - imagen de la señal básica se ve mucho más brillante.
Tendencias de desarrollo
Tradicionalmente el proceso de desarrollo de osciloscopios digitales modernos se centra en el ensanchamiento de banda de frecuencias y aumento de velocidad de reacción. Hoy en día el ancho de banda en los modelos insignia de marcas más destacadas alcanza 6-7 GHz y hasta más (en algunos modelos diseñados para realizar el análisis profundo de señales).
Por otro lado, se nota la tendencia de minimizar su tamaño y fabricar los dispositivos portátiles. Estos aparatos tienen todas las características técnicas de osciloscopios de sobremesa, pero son portátiles, tienen el tamaño reducido y precios asequibles. Sus dimensiones y forma son compatibles con las de un teléfono móvil.
También existen modelos de osciloscopios USB que funcionan en conjunto con un ordenador, convirtiéndolo en un equipo de medición. Son unos aparatos compactos y livianos que se manejan desde la pantalla del ordenador y permiten procesar fácilmente la señal (en realidad todas las operaciones realiza el ordenador, el osciloscopio en este caso es solamente una interfaz). Ventaja principal de estos equipos - posibilidad de almacenar, procesar, imprimir y enviar los resultados de forma operativa.
Resumen
Un osciloscopio es una herramienta sumamente útil y, quizás, una de las mejores inversiones para un técnico especializado en mantenimiento, reparación y ajuste de distintos equipos electrónicos. Surtido de nuestra tienda contiene un amplio diapasón de osciloscopios digitales - desde los modelos más económicos y hasta los equipos industriales. Si usted busca un osciloscopio, pero no está seguro qué modelo le servirá mejor en sus labores, diríjase a nuestro departamento técnico y nuestros ingenieros pondrán sus mejores esfuerzos para ayudarle.
