Un osciloscopio es un dispositivo que demuestra la intensidad de la corriente, el voltaje, la frecuencia y el cambio de fase de un circuito eléctrico. El dispositivo muestra la relación de tiempo e intensidad de la señal eléctrica. Todos los valores se muestran utilizando un gráfico bidimensional simple.
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¿Para qué sirve un osciloscopio?
Los electrónicos y los radioaficionados utilizan un osciloscopio para medir:
- la amplitud de la señal eléctrica - la relación de voltaje y tiempo;
- analizar el cambio de fase;
- ver la distorsión de la señal eléctrica;
- Con base en los resultados, calcule la frecuencia de la corriente.
A pesar de que el osciloscopio demuestra las características de la señal analizada, se usa con mayor frecuencia para identificar procesos que ocurren en un circuito eléctrico.Gracias al oscilograma, los especialistas reciben la siguiente información:
- forma de una señal periódica;
- valor de polaridad positiva y negativa;
- rango de cambio de señal en el tiempo;
- la duración del semiciclo positivo y negativo.
La mayor parte de esta información se puede obtener con un voltímetro. Sin embargo, tendrá que realizar mediciones con una frecuencia de varios segundos. Al mismo tiempo, el porcentaje de errores de cálculo es grande. Trabajar con un osciloscopio ahorra mucho tiempo en la obtención de los datos necesarios.
El principio de funcionamiento del osciloscopio.
Un osciloscopio toma medidas utilizando un tubo de rayos catódicos. Esta es una lámpara que enfoca la corriente analizada en un haz. Golpea la pantalla del dispositivo, desviándose en dos direcciones perpendiculares:
- vertical: muestra el voltaje bajo estudio;
- horizontal - muestra el tiempo transcurrido.
Dos pares de placas de tubos de rayos catódicos son responsables de desviar el haz. Los que están ubicados verticalmente siempre están energizados. Esto ayuda a distribuir los valores de polaridad. La atracción positiva se desvía hacia la derecha, la atracción negativa se desvía hacia la izquierda. Así, la línea en la pantalla del instrumento se mueve de izquierda a derecha a una velocidad constante.
Una corriente eléctrica también actúa sobre las placas horizontales, lo que desvía el indicador de voltaje del haz. La carga positiva está arriba, la carga negativa está abajo. Entonces, en la pantalla del dispositivo aparece un gráfico bidimensional lineal, que se llama oscilograma.
La distancia que recorre el haz desde el borde izquierdo al derecho de la pantalla se denomina barrido. La línea horizontal es responsable del tiempo de medición.Además del gráfico de líneas 2D estándar, también hay barridos circulares y en espiral. Sin embargo, usarlos no es tan conveniente como los oscilogramas clásicos.
Clasificación y tipos
Hay dos tipos principales de osciloscopios:
- analógico: dispositivos para medir señales promedio;
- digital: los dispositivos convierten el valor de medición recibido en un formato "digital" para una mayor transmisión de información.
Según el principio de acción, existe la siguiente clasificación:
- Modelos universales.
- Equipamiento especial.
más popular son dispositivos universales. Estos osciloscopios se utilizan para analizar varios tipos de señales:
- armónico;
- impulsos individuales;
- paquetes de impulso.
Los dispositivos universales están diseñados para una variedad de dispositivos eléctricos. Le permiten medir señales en el rango de unos pocos nanosegundos. El error de medición es del 6-8%.
Los osciloscopios universales se dividen en dos tipos principales:
- monobloque: tiene una especialización de medición común;
- con bloques intercambiables - adaptarse a una situación específica y tipo de dispositivo.
Se desarrollan dispositivos especiales para cierto tipo de equipo eléctrico. Así existen osciloscopios para señal de radio, transmisión de televisión o tecnología digital.
Los dispositivos universales y especiales se dividen en:
- alta velocidad: utilizado en dispositivos de alta velocidad;
- memoria: dispositivos que almacenan y reproducen indicadores creados previamente.
Al elegir un dispositivo, debe estudiar cuidadosamente las clasificaciones y los tipos para comprar un dispositivo para una situación específica.
Dispositivo y principales parámetros técnicos.
Cada dispositivo tiene una serie de las siguientes características técnicas:
- El coeficiente de posible error al medir el voltaje (para la mayoría de los dispositivos, este valor no supera el 3%).
- El valor de la línea de base del dispositivo: cuanto mayor sea esta característica, mayor será el período de tiempo de observación.
- Característica de sincronización, que contiene: rango de frecuencia, niveles máximos e inestabilidad del sistema.
- Parámetros de la desviación vertical de la señal con la capacitancia de entrada del equipo.
- Valores de respuesta de paso que muestran el tiempo de subida y el sobreimpulso.
Además de los valores básicos enumerados anteriormente, los osciloscopios tienen parámetros adicionales, en forma de una característica de frecuencia de amplitud, que demuestra la dependencia de la amplitud de la frecuencia de la señal.
Los osciloscopios digitales también tienen mucha memoria interna. Este parámetro es responsable de la cantidad de información que el dispositivo puede registrar.
Cómo se toman las medidas
La pantalla del osciloscopio está dividida en pequeñas celdas llamadas divisiones. Dependiendo del dispositivo, cada cuadrado será igual a un valor determinado. La designación más popular: una división - 5 unidades. Además, en algunos dispositivos hay una perilla para controlar la escala del gráfico, de modo que sea más conveniente y más preciso para los usuarios realizar mediciones.
Antes de iniciar cualquier tipo de medición, debe conectar el osciloscopio al circuito eléctrico. La sonda está conectada a cualquiera de los canales libres (si el dispositivo tiene más de 1 canal) o al generador de impulsos, si está disponible en el dispositivo. Después de la conexión, aparecerán varias imágenes de señales en la pantalla de la unidad.
Si la señal que recibe el dispositivo es intermitente, entonces el problema radica en la conexión de la sonda. Algunos de ellos están equipados con tornillos en miniatura que deben apretarse. También en los osciloscopios digitales, la ficción de posicionamiento automático resuelve el problema de una señal intermitente.
Medida de corriente
Al medir la corriente con un osciloscopio digital, debe averiguar qué tipo de corriente necesita ser observado. Los osciloscopios tienen dos modos de funcionamiento:
- Corriente Directa ("CC") para corriente continua;
- Corriente alterna ("AC") para variable.
La corriente continua se mide con el modo "Corriente directa" habilitado. Las puntas de prueba del dispositivo deben conectarse a la fuente de alimentación directamente de acuerdo con los polos. El cocodrilo negro se une al menos, el cocodrilo rojo se une al más.
Aparecerá una línea recta en la pantalla del dispositivo. El valor del eje vertical corresponderá al parámetro de tensión constante. La fuerza actual se puede calcular de acuerdo con la ley de Ohm (voltaje dividido por resistencia).
La corriente alterna es una sinusoide, debido a que el voltaje también es variable. Por lo tanto, su valor se puede medir solo en un cierto período de tiempo. El parámetro también se calcula utilizando la ley de Ohm.
Medida de tensión
Para medir el voltaje de una señal, necesita el eje de coordenadas verticales de un gráfico bidimensional lineal. Debido a esto, se prestará toda la atención a la altura de la forma de onda. Por lo tanto, antes de comenzar la observación, debe ajustar la pantalla de manera más conveniente para la medición.
Luego transferimos el dispositivo al modo DC. Adjuntamos las sondas al circuito y observamos el resultado. Aparecerá una línea recta en la pantalla del dispositivo, cuyo valor corresponderá al voltaje de la señal eléctrica.
Medida de frecuencia
Antes de entender cómo medir la frecuencia de una señal eléctrica, debes saber qué es un período, ya que estos dos conceptos están interrelacionados. Un período es el período de tiempo más pequeño después del cual la amplitud comienza a repetirse.
Es más fácil ver el período en el osciloscopio usando el eje de tiempo horizontal. Solo es necesario notar después de qué período de tiempo el gráfico de líneas comienza a repetir su patrón. Es mejor considerar el comienzo del período como los puntos de contacto con el eje horizontal y el final de la repetición de la misma coordenada.
Para medir más convenientemente el período de la señal, se reduce la velocidad de barrido. En este caso, el error de medición no es tan alto.
La frecuencia es un valor inversamente proporcional al período analizado. Es decir, para medir el valor, debe dividir un segundo de tiempo por la cantidad de períodos que ocurren durante este período. La frecuencia resultante se mide en Hertz, el estándar para Rusia es de 50 Hz.
Medición de cambio de fase
Se considera el cambio de fase: la posición relativa de dos procesos oscilatorios en el tiempo. El parámetro se mide en fracciones del período de la señal, de modo que, independientemente de la naturaleza del período y la frecuencia, los mismos desfases tienen un valor común.
Lo primero que debe hacer antes de la medición es averiguar cuál de las señales va a la zaga de la otra y luego determinar el valor del signo del parámetro. Si la corriente es líder, entonces el parámetro de cambio de ángulo es negativo. En el caso de que la tensión esté por delante, el signo del valor es positivo.
Para calcular el grado de cambio de fase, debe:
- Multiplique 360 grados por el número de celdas de cuadrícula entre el comienzo de los períodos.
- Divida el resultado por el número de divisiones ocupadas por un período de señal.
- Elija un signo negativo o positivo.
Es un inconveniente medir el cambio de fase en un osciloscopio analógico, porque los gráficos que se muestran en las pantallas tienen el mismo color y escala. Para observaciones de este tipo, se utiliza un dispositivo digital o dispositivos de dos canales para colocar diferentes amplitudes en un canal separado.
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