MEDIDA Y TEST
Introducción
Medida es el procedimiento de determinar el valor o tamaño de una magnitud.
Test es la prueba que se hace a un producto a fin de verificar si el producto cumple con los estándares que se especifican.
Métodos de medida
1. Medidas analógicas. Una magnitud de variación continua es medida por un instrumento que da una indicación análoga al valor de la magnitud.
2. Medidas comparadas. La magnitud a medir se compara con unos estándares y su valor se da cuando se obtiene la igualdad. Un ejemplo de esto es el método de sustitución para determinar resistencias, otro ejemplo es el método de cero.
3. Medidas digitales. Se hace un muestreo de la magnitud que está siendo medida a intervalos regulares de tiempo y el valor de la muestra se convierte en un número, es decir, en una secuencia de dígitos. Ejemplo: El voltímetro digital.
Test
El test de un producto, significa la medida de parámetros – tales como la tensión en varios puntos del circuito – y características – tal como la respuesta en la salida cuando la entrada es excitada con una señal de onda cuadrada -, a fin de comprobar que el producto examinado este conforme con sus especificaciones.
Error
Es la diferencia entre el resultado de la medida y el valor verdadero de la cantidad que se mide:
Error = valor medido – valor verdadero
Medidas Eléctricas – ML 313 UNI - FIM
Porcentaje de error = ¡Error! x 100 %
La precisión o exactitud de una medida es el grado en que difiere del valor verdadero, es decir, el grado de incertidumbre. La precisión se da frecuentemente como un porcentaje del valor verdadero, es decir,
Precisión = ¡Error! x 100 %
Limite de error o tolerancia, es la desviación máxima desde un valor especificado garantizado, da el peor caso posible de error que puede suceder.
Fuentes de error
Los errores en general pueden ser clasificados como errores aleatorios, sistemáticos y humanos.
a) Errores aleatorios
1. Errores operativos. Son errores originados en la lectura que hace el operador, como cuando se utiliza instrumentos indicadores de aguja; la falta de perpendicularidad de la visual que pasa por la aguja indicadora, con el plano de la escala da lugar al error de paralaje. Otros errores se producen en la estimación de las lecturas entre marcas de escala, al aproximarse la medida por exceso o por defecto al de la marca más cercana.
Errores ambientales. Las variaciones en las condiciones del medio ambiente pueden afectar la calibración del instrumento al producir cambios físicos en los elementos que componen el instrumento.
2. Errores estocásticos. Son errores aleatorios que resultan de medir en procesos aleatorios, como son la medida de la presión de un gas, la medida del ruido eléctrico.
b) Errores sistemáticos
1. Errores de fabricación. Son originados por las tolerancias físicas de los componentes utilizados en la fabricación del instrumento.
2. Errores de equipo. Debido a fallo en el instrumento.
3. Errores de cero. Se origina a posicionar incorrectamente el cero del instrumento.
4. Errores de calibración. Una calibración incorrecta da por resultado lecturas incorrectas en toda la escala.
5. Errores de aproximación. Se originan al aproximar a una función la relación que existe entre dos parámetros.
6. Errores de envejecimiento. Son producidos por el desgaste, deterioro y envejecimiento de los componentes del instrumento.
7. Errores de inserción o carga. La inserción del instrumento en el punto de medida afecta el valor de la magnitud a medir.
c) Errores humanos
1 Errores de lectura. Lectura incorrecta.
2. Errores de cálculo. Fallo en la realización de un cálculo.
3. Instrumento incorrecto. Elección incorrecta de un instrumento o un método de medida.
4. Ajuste incorrecto. Ajuste incorrecto de alguna función del sistema de medida.
Estadística de errores
Los métodos estadísticos, son utilizados para encontrar el valor más probable e indicar el error probable en una medida.
La media aritmética da el valor más probable de una serie de medidas de una cantidad sometida a errores aleatorios.
Media aritmética x = ¡Error! = ¡Error!
A mayor número de lecturas más fiable será la media y los errores aleatorios serán promediados. Tal media, también recibe el nombre de media verdadera o mejor valor.
La media aritmética no indica la dispersión de los resultados con respecto al valor medio, es decir, el tamaño de los errores aleatorios. Se define el término desviación a la diferencia entre los valores individuales y la media. Por tanto, para la medida xj:
Medidas Eléctricas – ML 313 UNI - FIM
Desviación = xj x
Una medida del abanico de resultados se da, mediante la desviación media.
Desviación media =
n x x n
x x x
x x
x1 2 ... n i
La menor desviación media indica una gran precisión del instrumento.
Una medida usual del abanico de resultados es la desviación estándar o desviación cuadrática media .
= n
x x x
x x
x1 )2 ( 2 )2 ... ( n )2 (
= n
x xi )2 (
Una medida más aproximada de la variación de la media se da utilizando (n-1) en lugar de n. Sin embargo si n es grande la diferencia entre (n-1) y (n) no es significativa.
El valor medio de una serie de medidas se aproximará más al valor medio verdadero, si el número de medidas n de la serie es grande y la dispersión de los resultados es pequeña. La contigüidad de estos resultados, es representada por el error estándar de la media , donde
= n ( 1)
)
( 2
n n
x xi
Error probable
Puede dibujarse un histograma o distribución de frecuencia que muestre la frecuencia de una medida. Con un gran número de valores medidos, cuando hay errores aleatorios el histograma tiende a ser simétrico, de curva en forma de campana conocida como distribución gausiana o normal. En esta distribución debido al gran número de medidas, la media es la media verdadera y las desviaciones representan el error de medidas individuales desde este valor verdadero.
Media
El área total bajo la distribución gausiana representa el número total de valores obtenidos. El porcentaje del área total que comprende todos los valores incluidos en la desviación estándar de la media es el 68.3%. Esto significa que la probabilidad de que una medida este incluida en la desviación estándar de la media es 68.3%. La probabilidad de que una medida caiga en 0.6745 de la media es 50%, por lo que el 0.6745 se conoce como error probable. Si consideramos una medida, entonces la probabilidad de que esté incluida mas o menos una desviación estándar de la media es del 68.3%. Expresado de otro modo, el límite da un nivel de confianza del 68.3%.
Media
s .
Suma de errores
Si la cantidad X se obtiene por la suma de resultados de la medida de dos cantidades A y B, entonces en ausencia de errores en las medidas
X = A + B
Sin embargo, si el error en A es A y en B es B entonces el error de X es X donde
Número de veces que se da el valor
Valores de medida Distribución gausiana
1 σ
Valores de medida
Valores incluidos en 1 σ de la media Número de
veces que se da el valor
Medidas Eléctricas – ML 313 UNI - FIM
X X = (A A) + (B B) Como X = A + B
X = A B el error más grande en X será
X = ( A + B)
que es el peor caso de error . Un error más realista es el dado por X = ( )2 ( )2
Cuando la cantidad X se obtiene como resultado de multiplicar dos medidas A y B, entonces en ausencia de errores
X
Sin embargo, si el error en A es A y en B es B entonces el error de X es X donde
B A A B B A AB B B A A X
X ( )( )
Si asumimos A y B pequeños, el producto A B es despreciable. Luego A
B B A AB X X
A B B A X
Esto se puede escribir como
B B A
A AB
A B B A X
X
En el peor caso posible
B B A
A X
X
100 100
100 x
B x B
A x A
X X
El error más realista está dado por
2 2
B B A
A X
X
Esta deducción puede ser utilizada para determinar los errores cuando las medidas se combinan de otra manera.
1. Suma y diferencia de medidas. El error más realista viene dado por
2
2 ( )
)
( A B
X
2. Multiplicación y división de medidas. Un error más realista es
2 2
B B A
A X
X
3. La medida como una potencia. Un error más realista es
2 2
B n B A
A X
X
En todos los casos anteriores, el peor caso de error se obtiene al sumar los errores de las medidas.
Mejor línea recta
Con la finalidad de definir la relación que liga a dos parámetros, se dibuja el diagrama de puntos. Los puntos pueden estar distribuidos en forma de línea recta. El problema es, entonces, decidir si hay una relación de línea recta y, si la hay, cuál es la mejor estimación de la línea recta.
Asumiendo una línea recta dibujada a través de los puntos representados, para cualquier punto se tendrá un error entre el valor medido “y” y el valor predicho por la línea “yp”, el error es (yp-y) para el valor de x. La mejor línea será aquella para la cual la suma de los cuadrados de los errores sea mínima, es decir
)2
(yp y un mínimo
Medidas Eléctricas – ML 313 UNI - FIM
La línea que satisfaga esta condición se denomina línea de regresión, y el método empleado se llama regresión cuadrática mínima.
Para series de medidas de n puntos (x1, y1), (x2, y2), ... , (xn, yn) la pendiente m de la mejor línea recta viene dada por
2 2
) (
) (
x x
n
y x xy
m n
y la intersección c con el eje y por
2 2 2
) (
) ( )
(
x n
n
xy x x
c y
o
n y m c y
la mejor línea recta tiene entonces la ecuación c mx y
Para tener la certeza de que la relación viene dada por la línea recta, es necesario calcular el coeficiente de correlación r.
y x
y y x x
r (1n) ( )( )
El valor de r está entre +1 y –1. Un valor de +1 indica una perfecta correlación entre x e y, donde un crecimiento en y produce un crecimiento en x, significa también una relación lineal. Un valor de –1 indica una perfecta correlación entre x e y donde un crecimiento en y produce un decrecimiento en x.
CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES
El término instrumento se utiliza para definir un dispositivo que determina el valor o el tamaño de alguna magnitud. La acción de determinar tales cantidades se conoce como medida. Para saber si un instrumento es capaz de realizar una medida en particular es necesario conocer las especificaciones o características del instrumento. Las especificaciones es una lista que da una información detallada de las prestaciones esperadas del instrumento y de las condiciones bajo las que dichas prestaciones están garantizadas.
Especificaciones Términos de diseño:
1. Instrumentos indicadores. Son instrumentos en los cuales el valor de la cantidad medida se visualiza mediante una indicación, por ejemplo, por la posición de una aguja en una escala.
2. Instrumento registrador. Los valores de la cantidad medida se registran en una gráfica.
3. Escala. Es la matriz de marcas, junto con sus cifras asociadas, sobre la cual se indica la posición del índice.
4. Longitud de escala. Es la distancia, medida a lo largo de una línea que define el camino del índice, entre el principio y el fin de la escala.
5. Intervalo de escala. Es la cantidad existente entre dos marcas de escala adyacentes.
6. Margen. Son los límites entre los que se pueden realizar las lecturas.
7. Espacio muerto. Es el intervalo al principio del margen de medida en el que los valores del parámetro medido no son correctos, como es el caso de los instrumentos de hierro móvil.
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8. Amortiguación. Cuando se realiza una medición, el indicador experimenta inicialmente un movimiento oscilatorio alrededor de cierto valor hasta que se estabiliza;
este movimiento puede ser subamortiguado, amortiguado críticamente o sobreamortiguado.
9. Frecuencia de muestreo. Algunos instrumentos como los voltímetros digitales, toman muestra a intervalos regulares de tiempo de la cantidad que esta siendo medida.
Términos de sensibilidad y precisión:
1. Sensibilidad. Es la relación entre el cambio entre la lectura indicada y el cambio en la cantidad medida. Se puede expresar como:
Sensibilidad = cambio en la lectura de escala del instrumento cambio en la cantidad medida En el caso de sistemas de medida, por ejemplo un puente, Sensibilidad = cambio en la salioda
cambio en la entrada
2. Deriva de la sensibilidad. Es la cantidad que varía la sensibilidad como resultado de cambios en las condiciones ambientales.
3. Deriva. Es el cambio gradual en las lecturas del instrumento sobre un periodo de tiempo sin corresponder un cambio en la entrada.
4. Deriva del cero. Describe el cambio en la lectura del cero del instrumento que pueda ocurrir a lo largo del tiempo.
5. Resolución o discriminación. Es el menor cambio en la cantidad medida, es decir, es la entrada en un sistema de medida que producirá un cambio observable en la lectura del instrumento. A veces se expresa como el más pequeño cambio en la entrada dado como una fracción del valor máximo de entrada. Así, por ejemplo un voltímetro de resolución fraccional de 10-4 en una escala de 200 V tendrá una resolución de 200x10-4 V o 20 mV.
6. Precisión. Es la magnitud en que la lectura dada puede ser mala, es decir, la magnitud en que difiere la lectura del valor real. Ejemplo, para un amperímetro analógico de 10 A de escala, la precisión puede ser expresada de las siguientes formas:
Lectura 5 A 8 A
Precisión Valor garantizado Valor garantizado + - 0.1 A 4.9 A - 5.1 A 7.9 A – 8.1 A + - 4 % 4.8 A – 5.2 A 7.68 A – 8.32 A + - 2 % f.s.d. 4.8 A – 5.2 A 7.8 A – 8.2 A
El término valor de referencia es la cantidad a la que está de referida la precisión.
Generalmente, el valor de referencia es la desviación a fondo de escala (f.s.d).
En el caso de instrumentos digitales, la precisión se indica generalmente como +-el porcentaje de la lectura +- 1 dígito. Por ejemplo, la lectura de 1000 V de un voltímetro digital de +- 5% de la lectura +- 1 dígito, la precisión es +- 5 V +- 1 V, es decir +- 6 V.
7. Error.
Error = valor medido – valor real Error fraccional = ¡Error!
Porcentaje de error = ¡Error! x 100%
8. Error de cero. Es el valor indicado por el instrumento, cuando hay una entrada de valor cero en el instrumento. En sistemas electrónicos se utiliza el término offset.
9. Sesgo. Es el error constante del instrumento que existe para el margen completo de sus medidas.
Medidas Eléctricas – ML 313 UNI - FIM
10. Error de linealidad. Es la diferencia entre el valor real y el que se indica cuando se asume una relación lineal. Se expresa generalmente como:
No linealidad = ¡Error! x 100%
11. Error de histéresis. Los instrumentos pueden dar diferentes lecturas, dependiendo si la lectura se ha dado incrementándose continuamente o decrementándose de la misma manera.
Histéresis = ¡Error! x 100%
12. Fiabilidad. Es la probabilidad de que el instrumento operará de acuerdo con un nivel de prestaciones bajo las condiciones especificadas para su uso.
13. Repetibilidad. Aptitud del instrumento de mostrar la misma lectura en repetidas tomas de la misma magnitud.
14. Reproductibilidad, estabilidad. Aptitud del instrumento de mostrar la misma lectura al medir una cantidad constante en un periodo de tiempo o cuando esta cantidad se mide en un número de ocasiones.
Términos de calibración:
1. Calibración. Es el proceso de determinar la relación entre el valor de la cantidad medida y la correspondiente indicación del instrumento.
2. Factor de escala. En instrumentos multiescala, es el factor por el cual la lectura del índice tiene que ser multiplicada para obtener el valor de la cantidad medida.
3. Patrón. Es el método de comparación según el cual un instrumento se ha calibrado.
4. Referibilidad. La calibración de un instrumento requiere que sea calibrado frente a un patrón de referencia que sea de una precisión superior en un margen de 10 a 1.
Otros términos:
1. Dimensiones y peso.
2. Temperatura de funcionamiento.
3. Impedancia de salida.
4. Potencia de entrada.
5. Relación señal/ruido. Es la relación entre el nivel de señal VS y el nivel de ruido generado VN internamente. Usualmente se expresa en decibelios,
Relación señal/ruido en decibelios = 20 log (VS/VN) 6. Tiempo de respuesta.
7. Ancho de banda. Es el margen de frecuencias en el que el instrumento se puede utilizar. Se define como el margen de frecuencias en el que las lecturas dadas por el instrumento no sean menores de un 70.7% de su valor pico ( / 2 ). También se define como el margen de frecuencias en el que las lecturas esten incluidas dentro de los 3 dB de su valor pico.
Cambio en decibelios = 20 log ( ¡Error!) = 20 log (¡Error!) = -3
8. Rapidez de respuesta. Es la máxima rapidez de cambio con el tiempo que la salida pueda tener. Ejemplo, es término se utiliza en registradores gráficos.
Decibelios
La relación entre dos valores de potencia eléctrica se expresa en una escala logaritmica. Con logaritmos en base 10 la relación se da en unidades de belio.
Nbel = log (P1/P2) El decibelio es una décima parte del belio
NdB = 10 log (P1/P2)
Cuando la potencia de comparación P2 es la potencia estandar de 1 mW, la potencia se expresa en dBm. Así, por ejemplo 100 mW podrá expresarse como 20 dBm.
Medidas Eléctricas – ML 313 UNI - FIM
Especificaciones estándar
Las organizaciones de equipos de altas prestaciones, realizan especificaciones estándar como guía de fabricantes y usuarios componentes, equipos y procesos.
Internacionalmente los estándares son realizados por:
International Organization for Standards (ISO) International Electrotechnical Commission (IEC) Comité Europeo de Estandarización (IEC) British Standards Institution (BSI)
Asociación Española de Normalización y Certificación (AENOR) Association Francaise de Normalisation (AFNOR)
Deutsches Institut fur Normug (DIN)
American National Standards Institute (ANSI) Electronic Industries Association (EIA)
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Interconnecting and Packaging Electronics Circuits (IPC) Instrument Society of America (ISA)
National Electrical Manufacturers Association (NEMA) British Ministry of Defence (DEF)
American Military Specifications (MIL y MIL-STD) 1. Estándares Británicos
a) BS 2643. Glosario de términos relacionados con las prestaciones de instrumentos.
b) BS 4739. Métodos para la expresión de las propiedades de los osciloscopios de rayos catódicos.
c) BS 5704. Métodos para especificar las prestaciones de los voltímetros de c.c.
digitales y de los convertidores analogico-digitals.
2. International Electrotechnical Commission
a) IEC 50 parte 301 para los términos generales en medidas de electricidad.
b) IEC 50 parte 302 para los instrumentos de medida eléctricos.
c) IEC 50 parte 303 para los instrumentos de medida electrónicos.
3. Institute of Electrical and electronics Engineers
a) IEEE 100. Diccionario de términos eléctricos y electrónicos
b) IEEE 855. Especificaciones para la operación de las interfaces de microcomputadores.
4. Deutsches Institut fur Normug
a) DIN 2080 Para medidas eléctricas.
b) DIN 2090. Para equipos e instrumentos de medida eléctrica.
Estándares de calidad
Los procedimientos que han de seguirse cuando se seleccionan, utilizan, calibran, controlan y mantienen los patrones de medida y los equipos de medida incluyen los requisitos para:
1. El suministrador, para establecer y mantener un sistema efectivo de control y calibración de patrones y equipos de medida.
2. Todo el personal que realiza las funciones de calibración de prestaciones para tener un adecuado conocimiento.
3. Los servicios de calibración, para ser periódica y sistemáticamente revisados para asegurar su continua efectividad.
4. Todas las medidas, para tener en cuenta todos los errores e incertidumbres en el proceso de medida.
5. Los procedimientos de calibración que han de estar documentados.
6. La evidencia de que el sistema de medida es efectivo para estar fácilmente a disposición de los clientes.
7. La calibración que tiene que estar realizada con los equipos referibles a los patrones nacionales.
8. Un registro de calibración independiente que se debe realizar para cada instrumento de medida, el cual incluirá como minino:
a) Una descripción del instrumento y un identificador único.
b) Los datos de calibración.
c) Los resultados de calibración.
d) El intervalo de calibración.
e) Los procedimientos de calibración.
f) Los limites de error permitidos.
g) Una lista de los efectos acumulativos e incertidumbres de los datos de calibración.
h) Las condiciones ambientales requeridas para la calibración.
i) La fuente de calibración utilizada para establecer la referibilidad.
j) Detalles de cualquier reparación o modificación que afecte la calibración.
k) Cualquier limitación del instrumento.
9. Todos los equipos han de ser rotulados para mostrar su condición de calibración y cualquier tipo de limitación de uso.
10. Cualquier instrumento que ha fallado será retirado del uso y etiquetado visiblemente paras prevenir cualquier accidente casual.
11. Los dispositivos ajustables deben ser sellados para evitar manipulaciones.
Medidas Eléctricas – ML 313 UNI - FIM
FUENTES DE ERROR
Las fuentes de error más importantes son las de carga y de ruido. Los errores de carga son errores producidos por la inserción del instrumento de medida en la posición en la que se ha de realizar la medida. El ruido es una señal no deseada que es recogida por el instrumento y da como resultado errores aleatorios.
Carga
Cuando se conectan los instrumentos en los circuitos, cambian las condiciones que existían en los circuitos antes de su inclusión. Por ejemplo, si en un circuito circula una corriente I = V/R, al insertar al circuito un amperímetro de resistencia Ra, la corriente resultante será
Ia = V/(Ra+R)
El cambio en la corriente como resultado de introducir un amperímetro es:
Ia – I =
R R R
VR R
V R R
V
a a
a ( )
Este es el error de carga; expresado en porcentaje es:
% error de carga = 100% x100%
R R x R
I I I
a a a
Cualquier red activa con dos terminales A y B a los que se conecta una carga ZL, puede ser representada por un circuito Thévenin de f.e.m. ETh y de impedancia ZTh. La corriente I a través de ZL es entonces
L Th
Th
Z Z I E
La diferencia de potencial en los terminales de la carga VL es IZL,y así
1 /
1
L Th Th L Th
L Th L
L E Z Z
Z Z E Z IZ V
El efecto de conectar un instrumento de impedancia Rm en la red, es el de modificar la diferencia de potencial entre A y B de ETh a VL. Por tanto, el error es
) 1 (
m Th Th m Th m Th Th m
R R E R R E
R E R error
El porcentaje de error es
Porcentaje de error x100% E
error
Th
Porcentaje de error ( 1)100% 100%
m Th
Th m
Th m
R R
R R
R R
Por tanto, cuanto mayor sea la resistencia del voltímetro en comparación con la resistencia de Thévenin de la red, será menor el error.
Carga de un potenciómetro
Un potenciómetro es una resistencia continua a lo largo de la cual puede desplazarse un contacto. Una diferencia de potencial fija aplicada entre los extremos de la resistencia continua da como resultado una diferencia de potencial variable entre el contacto deslizante y un extremo de la resistencia continua. Si el potenciómetro de longitud L tiene una resistencia uniforme por unidad de longitud y el cursor está a una distancia x de uno de los extremos, entonces la tensión en circuito abierto entre A y B es V(x/L). La tensión de salida es proporcional a x.
Cuando el potenciómetro se utiliza con carga, esta relación de tensión entre la salida y x deja de ser lineal. La tensión Thévenin entre A y B es
Medidas Eléctricas – ML 313 UNI - FIM
S
Th V
L E x
Si el potenciómetro tiene una impedancia Rp, entonces la resistencia por unidad de longitud es Rp /L, por lo que la impedancia Thévenin entre los bornes A y B es el equivalente de las resistencias en paralelo Rp.(L-x)/L y Rp.x/L, esto es:
) / 1 )(
/
(x L x L
R RTh p
La corriente I en el circuito es:
) ( Th L
Th I R R
E
L p
S I R x L x L R
V L
x/ ) ( / )[1 ( / )]
(
La diferencia de potencial en la carga es,
1 )]
/ ( 1 )[
/ )(
/ (
) / ( )]
/ ( 1 )[
/ (
) / (
L x L x R R
V L x R
L x L x R
V L x IR R
V
L p
S L
p
S L
L L
La relación entre VL y x es no lineal, por tanto existe el error de no linealidad siguiente
1 )]
/ ( 1 )[
/ )(
/ (
) / 1 (
) /
( R R x L x L
V L V x
L x V E
L p
S S
L Th
1 )]
/ ( 1 )[
/ )(
/ (
)]
/ ( 1 )[
/ )(
/ ) (
/
( R R x L x L
L x L
x R V R
L x error
L p
L p S
Si RL >> Rp
) / ( ) / )( /
(R R x L 2 x L3 V
error S p L
El máximo valor de este error es cuando:
) 0 (
dx error d
Siendo este valor:
Máximo error de no linealidad = 0.148 VS (Rp/RL)
Ruido
El ruido son señales no deseadas que se han introducido en el sistema de medida e interfieren con la señal a medir. Hay dos tipos de ruido, la interferencia que es debida a una interacción entre campos eléctricos y magnéticos externos y el circuito de medida, y el ruido aleatorio que es debido al movimiento aleatorio de los electrones y otros portadores de carga en los componentes del circuito.
Ruido aleatorio
El ruido aleatorio se puede producir de diversas formas:
1. Ruido térmico. Ruido de Johnson, excepto en el cero absoluto, todos los electrones y otros portadores de carga en resistencias y semiconductores se encuentran en movimiento aleatorio y este movimiento da como resultado corrientes aleatorias. Habrá en promedio tantos electrones moviéndose en una dirección como en otra. Cuando exista una diferencia de potencial en una dirección, la corriente resultante será fluctuante en la magnitud de las corrientes aleatorias. La corriente aleatoria es conocida como ruido térmico ya que el movimiento aleatorio de los electrones es proporcional a la temperatura. El ruido se extiende en un margen infinito de frecuencias y se conoce como ruido blanco (la luz blanca es la mezcla de todas las frecuencias). El valor eficaz (r.m.s.) de la tensión de ruido para un ancho de banda entre f1 y f2 es
1
( 2
4kRT f f
donde k es la constante de Boltzmann (1.38 x 10–23J/K), R es la resistencia y T es la temperatura absoluta.
2. Ruido de granalla. En muchos elementos electrónicos, los portadores de carga fluyen a través de la barrera de potencial de forma constante, pero tienen un movimiento aleatorio superpuesto a ese movimiento. En consecuencia, hay fluctuaciones aleatorias en la difusión de los portadores de carga a través de la barrera de potencial. La tensión eficaz del ruido es
Medidas Eléctricas – ML 313 UNI - FIM
) (
2kTrd f2 f1
Donde k es la constante de Boltmann y rd es la resistencia diferencial del diodo.
3. Ruido de fluctuación. Es el resultado del flujo de portadores en un medio discontinuo; por ejemplo, una resistencia de carbón, un diodo, un transistor o un termistor. La tensión eficaz del ruido es inversamente proporcional a la frecuencia y se denomina por ello ruido rosa (el rosa corresponde al extremo de menor frecuencia del espectro visible).
Generadores de ruido
Una resistencia generadora de ruido, puede representarse como una resistencia libre de ruido en serie con un generador de ruido de tensión eficaz Vn dado por:
) (
4kRT f2 f1 Vn
La máxima potencia de ruido que puede entregar la resistencia ruidosa a una carga es
) (
) (
2 4 1
1 2 2
1
2 kRT f f
R f f kRT potencia
maxima
Cuando se tiene dos resistencias ruidosas en serie de resistencias R1 y R2, la tensión total de ruido es
) (
) (
4k R1 R2 T f2 f1 Vn
22 21 1
2 2 1
2
2 4 1 ( ) 4 ( ) n n
n kRT f f kR T f f V V
V
Relación señal/ruido
Un número que se utiliza para cuantificar la cantidad de ruido presente en una señal dada es la relación señal/ruido y la cual es definida por
ruido del potencia
señal la de potencia R
S relación /
y expresada en decibelios en
ruido del potencia
señal la de potencia log
10 R S relación /
Como la potencia de la señal es R
Vs2 y la potencia del ruido es R
Vn2 se tiene:
n s n
s
V log V 20 V
log V 10 R S relación
2 2
/ Factor de ruido
El factor de ruido o cifra de ruido (NF) es una medida de la cantidad de ruido introducida por el instrumento. Se expresa como la degradación de la relación S/R debida al instrumento. El factor de ruido se define por:
sal ent
R S
R NF S
) / (
) / (
Medidas Eléctricas – ML 313 UNI - FIM
sal ent
R S
R log S 10
NF ( / )
) / (
donde (S/R)ent es la relación señal/ruido a la entrada y (S/R)sal es la relación señal/ruido a la salida.
Interferencias
Las interferencias clasificadas según el fenómeno físico que las genera son:
1. Acoplamiento inductivo (acoplamiento electromagnético o acoplamiento magnético).
Una corriente variable produce un campo magnético variable, y esto induce una fem en el circuito de medida. Las fuentes de tales interferencias son las corrientes que circulan en los cables de potencia y en los cables de los instrumentos.
2. Acoplamiento capacitivo. Los conductores de los circuitos de medida forman condensadores con conductores de potencia o con la tierra, actuando generalmente como dieléctrico el aire o el aislante. Un cambio de tensión en una de las placas de los condensadores conductor-dieléctrico-tierra, conductor-dieléctrico-cable de potencia, afecta a la tensión de la otra. Estos condensadores acoplan los sistemas de medida a otros sistemas y, en consecuencia, los sistemas de medida son interferidos por los sistemas de potencia. La frecuencia de estas interferencias son de 50 o 60 Hz
3. Tierras múltiples. Si el sistema de medida tiene mas de una conexión a tierra, se producen corrientes de interferencia en los bucles formados por los diferentes puntos de tierra.
Reducción de interferencias:
1. Minimización de la longitud de los cables y los bucles. Una menor longitud de cables reduce el acoplamiento capacitivo así como una menor área de bucle reduce el acoplamiento magnético.
2. Pares trenzados. La corriente a través de conductores paralelos produce campos magnéticos que interactúan el de un conductor con el otro generando interferencia. El efecto de estos campos magnéticos se cancelan si los conductores son trenzados de modo que los pares trenzados son similares a una serie de bucles recorridos por corrientes con sentidos opuestos, y por tanto los campos magnéticos creados son también opuestos.
3. Apantallamiento electrostático. El acoplamiento capacitivo se elimina al encerrar el circuito en una pantalla de metal conectada a tierra. Se usa también cables coaxiales para apantallar los conductores que conectan los diferentes equipos del sistema de medida..
4. Tierra simple.
5. Filtros.
6. Amplificador diferencial.
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Rechazo del ruido
Se definen como ruido en modo normal al producido por una fuente de señal y como ruido en modo común al que ocurre en el instrumento entre el nodo de bajo potencial y la tierra.
A la habilidad de un sistema para suprimir el ruido en modo normal se llama relación de rechazo en modo normal, se define por:
e n
V log V 20 NMRR
Donde Vn es el valor pico del ruido en modo normal y Ve es el valor pico del error que se produce a una frecuencia dada.
A la habilidad de un sistema para suprimir el ruido en modo común se llama relación de rechazo en modo común, y se define por:
e cm
V log V 20 CMRR
Donde Vcm es el valor pico del ruido en modo común.
El CMMR puede mejorarse si el sistema de medida tiene las características que presenta la figura siguiente:
UNIDADES Y PATRONES
Las definiciones de las unidades básicas son las siguientes:
1. Masa. El kilogramo (kg) se define como la masa de una aleación cilíndrica (90%
de platino – 10% de iridio) de igual altura y diámetro, conservado en la International Bureau of Weights and Mesures de Sèvres, Francia. Duplicados de este patrón se conserva en otros países.
2. Longitud. El metro (m) se define como la longitud del camino recorrido por la luz en el vacío en el intervalo de tiempo de 1/299’792,458 de un segundo.
3. Tiempo. El segundo (s) se define como la duración de 9,192’631,770 periodos de oscilación de la radiación emitida por el átomo de cesio-133 bajo unas condiciones de resonancia precisa.
4. Corriente. El amperio (A) se define como la corriente constante que, si se mantiene en dos conductores rectos y paralelos de longitud infinita, de sección despreciable y situados a una distancia entre ellos de un metro en el vacío, se producirá entre estos conductores una fuerza igual a 2 x 10-7 newton por metro de longitud.
5. Temperatura. El kelvin (K) se define como la temperatura a la que el agua líquida, sólida y en forma de vapor están en equilibrio (se conoce como punto triple) y es 273.16 K.
6. Intensidad luminosa. La candela (cd) se define como la intensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente específica que emite radiación monocromática de frecuencia 540 x 1012 Hz y que tiene una intensidad radiante de 1/683 vatios por estereoradián (unidad de ángulo sólido).
7. Cantidad de sustancia. El mol (mol) se define como la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0.012 kg de un isótopo de carbono-12.
Hay también dos unidades suplemnentarias:
1. Ángulo plano. El radián (rad) es el ángulo plano entre dos radios de un círculo que abarca en la circunferencia de un arco con una longitud igual a los radios.
2. Ángulo sólido. El estereoradián (sr) es el ángulño sólido de un cono que teniendo su vértice en el centro de la esfera, corta un área de la superficie de la esfera que es un cuadrado cuyo lado es de la misma longitud que los radios.
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Otras unidades se derivan de las unidades primarias. La tabla siguiente da una lista de unidades utilizadas más comunes.
Magnitud Nombre de la
unidad
Unidad en función de las unidades primarias
Unidades mecánicas Aceleración
Aceleración angular Frecuencia angular Velocidad angular Superficie
Densidad Energía Fuerza Frecuencia Potencia Presión Velocidad Par
Volumen
Metro/segundo2 Radián/segundo2 Radiá/segundo Radián/segundo Metro2
Kilogramo/metro
3
Julio J Newton N Hercio Hz Vatio W Pascal Pa Metro/segundo Newton metro Metro3
m.s-2 rad.s-2 rad.s-1 rad.s-1 m2 kg.m-3
m2.kg.s-3=N.m m.kg.s-2
s-1
m2.kg.s-3 = J.s kg.m-1.s-2 = N.m-2 m.s-1
kg.m2.s-2 = N.m m3
Unidades eléctricas Capacidad
Conductancia Carga eléctrica
Intensidad de campo eléc.
Potencial eléctrico Resistencia
Faradio F Siemens S Culombio C Voltio/metro Voltio V Ohmio
S4.A2.kg-1.m-2 S3.A2.kg-1.m-2 A.s
m.kg.A-1.s-3 m2.kg.s-3.A-1 m2.kg.A-2.s-3 Unidades magnéticas
Inductancia
Intensidad de campo m.
Flujo magnético Densidad de flujo m.
Henrio H Amperio/metro Webwer Wb Tesla T
M2.kg.s-2.A-2 A.m-1
m-2.kg.A-1.s-2 kg.A-1.s-2 = Wb.m-
2
MEDIDORES DIGITALES El convertidor A/D:
En la automatización e instrumentación industrial, se producen señales analógicas que varían constantemente, con variaciones que pueden ser muy rápidas o lentas.
Estas señales no son fáciles de tratar, como sumar almacenar, comparar etc. Por lo que se recurre a estos dispositivos en circuito integrado.
Realizan el paso de señales analógicas a digitales asignando a cada nivel de tensión un número digital para ser utilizado por el sistema de procesamiento. Las características fundamentales de un convertidor AD son la precisión y la velocidad. En el ámbito industrial son bastante comunes los conversores de 4, 8, 10 y 12 bits aunque la tendencia es a convertidores de mayor precisión (14 ó 16 bits). La velocidad de conversión depende de las necesidades de la aplicación pero hay que tener en cuenta que está en contraposición con la precisión. Por último, un factor a tener en cuenta en la elección de un convertidor AD es la tecnología utilizada (aproximación sucesiva, Flash, Pipeline, Sigma-Delta) que dependerá de las necesidades de precisión y velocidad.
CONVERTIDOR ANALÓGICO A DIGITAL .-
Los convertidores de este tipo se representan en un grafico de, voltaje de entrada analógica Vs. Palabra en la salida digital, y esta palabra dependerá del numero de bits del convertidor.
SÍMBOLO DE UN ADC 4 Bits.
V entrada
Analógico
D3 D2 D1 D0
Conociendo el numero de Bits, se puede encontrar el numero máximo de palabras diferentes que puede proporciona la salida digital.
La Resolución es entonces = 2ª
Donde a = numero de bits. Así que para un convertidor de 4 Bits en la salida a = 4 : Y serán 16 diferentes palabras incluyendo el cero.
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Nota: Es el número de bits que tiene la palabra de salida del convertidor, y por tanto es el número de pasos que admite el convertidor. Así un convertidor de 8 bits sólo podrá dar a la salida 28 = 256 valores posibles.
Existe otra resolución que se define como la razón de cambio del valor en el voltaje de entrada, Vent. Que se requiere para cambiar en 1LSB la salida digital. Esto es cuando se conoce el valor de Vin, a escala completa. El voltaje de entrada a escala completa Vin, es proporcionado por el fabricante en sus hojas de especificaciones.
Entonces Vin es el valor máximo presente en la entrada análoga, para proporcionar UNOS lógicos en todas las salidas de Bit digitales.
Vin Resolución =
2ª - 1
Restando solo la manera de encontrar una ecuación de entrada – salida, para facilitar rápidamente la palabra digital, incluso en forma decimal, que entrega el convertidor.
Vent
D = Vent = voltaje análogo presente en el instante Resolución D = Valor decimal de la salida digital
Nota: La tensión de fondo de escala depende del tipo de convertidor, pero normalmente se fija a nuestro gusto, en forma de una tensión de referencia externa, (aunque en algunos casos, como el del convertidor ADC 0804 la tensión de fondo de escala es el doble de la tensión de referencia). Por ejemplo, un convertidor de 8 bits con una tensión de fondo de escala de 2V tendrá una resolución de:
paso mV V 0 . 0784
1 2
2
8
En cambio, para el mismo convertidor, si cambiamos la tensión de referencia, y por tanto la de fondo de escala, la resolución será de:
Paso mV V 0 . 019
1 2
5
8
EJEMPLO:
Un convertidor analógico a digital de 4 bits, genera solamente “unos” cuando Vi = 2.55 V. Encuentre la resolución en sus dos formas, y su salida digital cuando Vi = 1.28V a).- 24= 16 salidas diferentes incluyendo 0000.
b).- Resolución = LSB mV V 10
1 2
55 . 2
4
c).- Ecuación D = solución Vi
Re = mV LSB
V / 10
28 . 1
= 128 LSB CARACTERÍSTICAS BASICAS.
Impedancia de entrada Rango de entrada Número de bits Resolución
Tensión de fondo de escala Tiempo de conversión Error de conversión
Tiempo de conversión: Es el tiempo que tarda en realizar una medida el convertidor en concreto, y dependerá de la tecnología de medida empleada. Evidentemente nos da una cota máxima de la frecuencia de la señal a medir.
Este tiempo se mide como el transcurrido desde que el convertidor recibe una señal de inicio de conversión (normalmente llamada SOC, Start of Conversión) hasta que en la salida aparece un dato válido. Para que tengamos constancia de un dato válido tenemos dos caminos:
Esperar el tiempo de conversión máximo que aparece en la hoja de características.
Esperar a que el convertidor nos envíe una señal de fin de conversión.
Si no respetamos el tiempo de conversión, en la salida tendremos un valor, que dependiendo de la constitución del convertidor será: Un valor aleatorio, como consecuencia de la conversión en curso
El resultado de la última conversión
OTROS MÉTODOS DE CONVERSIÓN A/D :
Existen varios métodos de conversión A/D cada uno con sus ventajas y sus desventajas, a continuación se describen algunos de ellos.
ADC de rampa digital ascendente / descendente (ADC de seguimiento) : El convertidor ADC de rampa digital es relativamente lento debido a que el contador tiene que volver a ponerse en cero al inicio de cada conversión.
Utiliza un contador ascendente / descendente para reducir este tiempo desperdiciado, el contador reemplaza al contador ascendente que proporciona las entradas al DAC.
ADC de voltaje a frecuencia : Es más sencillo que los otros ADC, debido a que no hace uno de un DAC.
En lugar de éste se emplea un oscilador lineal controlado por voltaje que produce como salida una frecuencia que es proporcional al voltaje aplicado en su entrada.
Una de las principales aplicaciones de este tipo de convertidor se encuentra en ambientes industriales con mucho ruido y donde se tienen que transmitir señales analógicas de poca amplitud desde los circuitos transductores hacia la computadora de
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ADC de doble pendiente : Es uno de los que tienen mayor tiempo de conversión, pero ofrece la ventaja de un costo relativamente bajo ya que no requiere de componentes de precisión tales como un DAC o un VCO.
La operación básica de este convertidor se apoya en la carga y descarga, ambas en forma lineal, de un capacitor mediante el uso de corrientes de valor constante.
Otra ventaja es su baja sensitividad al ruido y las variaciones en los valores de sus componentes causados por los cambios de temperatura.
CONVERTIDOR ANALÓGICO-DIGITAL. A/D
La conversión analógica a digital tiene su fundamento teórico en el teorema del muestreo y en los conceptos de cuantificación y codificación.
Una primera clasificación de los convertidores A/D, es la siguiente:
- a) Convertidores de transformación directa.
- b) Convertidores con transformación D/A intermedia, auxiliar.
CONVERTIDOR A/D DE COMPARADOR EN PARALELO.
Pertenece al grupo de convertidores de transformación directa. Es probablemente, el de más fácil compresión, pues consiste básicamente en detectar cuando una determinada tensión de entrada pasa por unos controles comparadores previamente establecidos, su esquema puede verse en la este esquema.
.
Cuando la señal analógica de entrada Vi exceda a la tensión de referencia de cualquier comparador, éste reflejará en su salida dicho cambio. Un convertidor A/D de dos bits puede ser el anterior circuito:
Este circuito lógico responde a la tabla 1.
NIVEL C1 C2 C3 21 20
0-1/4 V. 0 0 0 0 0
1/4-1/2 V. 1 0 0 0 1
1/2-3/4 V. 1 1 0 1 0
3/4-1 V. 1 1 1 1 1
El circuito lógico del convertidor A/D de dos bits de la figura anterior y que cumple la tabla 1, puede ser algún codificador con prioridad de mercado como, por ejemplo, el 9318, que puede verse en este otro circuito.
Este tipo de convertidor es el más rápido, alcanzando los tiempos de conversión el orden de nanosegundos. La comparación la realiza de forma simultánea y no secuencial.
Por el contrario el principal inconveniente de este convertidor es el gran número de comparadores que se requiere, cuando aumenta el número de bits en la salida digital.
CONVERTIDORES A/D CON INTEGRADOR.
Este tipo de convertidores son más sencillos que los anteriores ya que no utilizan convertidores intermedios D/A. Se emplean en aquellos casos en los que no se requiere una gran velocidad, pero en los que es importante conseguir una buena linealidad. Son muy usados en los voltímetros digitales. Se les conoce también con el nombre de convertidores de rampa.
En la figura, se representa el diagrama de bloques de un convertidor de rampa simple.
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Inicialmente el contador está a cero y el circuito de control tiene inhibido el paso de impulsos al contador. Cuando se aplica una se aplica una señal de inicio (start), el circuito de control dará paso a la señal de reloj hacia el contador y al mismo tiempo irá generando la rampa que se comparará con la señal de entrada de tal forma que, cuando esta señal se iguale a la tensión de entrada Vi, bloqueará el paso de la señal de reloj al contador, correspondiéndose la combinación digital que aparece en la salida del contador con la tensión analógica de entrada.
Un inconveniente del convertidor A/D de rampa simple como el de la figura, es su dependencia de la linealidad de la rampa, y en consecuencia, de los componentes que integran el circuito generador de rampa (circuito integrador formado, por condensador y resistencia). Este problema se resuelve con el convertidor de doble rampa que se indica en el siguiente esquema donde la precisión es muy notable.
En este tipo de convertidor hay dos fases: la primera, que consiste en determinar la rampa para Vi en la entrada, en un tiempo fijo; la segunda, el tiempo que tarda, con pendiente fija y tensión de referencia conocida, VREF, en pasar del valor máximo de la anterior fase a cero figura B).
El ciclo de conversión se inicia con la rampa y contadores a cero y el conmutador electrónico en la entrada analógica Vi. La rampa se genera hasta un punto máximo Vx
que vendrá dado por el nivel de tensión de entrada Vi y siempre en un mismo tiempo t1
Vx = -(Vi / RC).t1
Cuando el detector de cuenta incorporado en el contador detecta que concurre el tiempo predeterminado t1, la unidad de control borra dicho contador y conmuta la entrada a la tensión de referencia VREF. Ahora el integrador generará un rampa desde - Vx a cero, durante un tiempo t2 que será contabilizado por el contador.
Vx = (Vref / RC).t2.
La conversión termina cuando Vx es cero, ya que a través del comparador, bloqueará la puerta del reloj. La combinación del contador se corresponderá con el equivalente digital a la tensión analógica de entrada.
CONVERTIDOR DE APROXIMACIONES SUCESIVAS.
Este tipo de convertidor es el más utilizado cuando se requieren velocidades de conversión entre medias y altas del orden de algunos microsegundos a décimas de microsegundos.
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El diagrama de bloque puede verse en la anterior figura, es muy parecido al convertidor anterior, en el que se ha cambiado el contador y el circuito de control, por un sistema de conteo por aproximaciones sucesivas, que básicamente, está formado por un registro de desplazamiento de n bits controlados por un circuito digital. Estos circuitos suelen suministrarlos los fabricantes de Circuitos Integrados.
El proceso de conversión para este tipo de convertidores se basa en la realización de comparaciones sucesivas de manera descendente o ascendente, hasta que se encuentra la combinación que iguala la tensión entregada por el D/A y la de entrada.
Como el arranque parte siempre de cero, el registro de aproximaciones sucesivas, comienza poniendo a 1 el bit de mas peso (MSB), quedando el resto a cero, o sea, forma el valor 100 (para este ejemplo se utilizarán sólo tres bits), que corresponde a la mitad de la máxima excursión de la tensión de entrad. Este valor es transformado a señal analógica, que a su vez se introduce en el comparador.
Si esta señal es mayor que Vi, el comparador bascula dando lugar a una señal que hace que el registro varíe su contenido, sustituyendo el 1 del bit de más peso por un 0 y colocando en el bit de peso inmediatamente inferior un 1, quedando inalterado el resto de los bits (010).
Por el contrario si la señal fuese menor que Vi, el registro no modifica el bit de más peso inmediatamente inferior a 1, dejado a 0 el resto de los bits (110).
Tanto en un caso como en otro, se efectúa una nueva conversión D/A y luego se modifica el registro con el mismo criterio. El proceso se repite hasta alcanzar el bit de menos peso (LSB).
En el esquema siguiente, se muestra el diagrama de transiciones para 3 bits donde se indica el proceso de búsqueda de la combinación digital. El proceso se repetirá n veces, siendo n el número de bits del registro de aproximaciones sucesivas. Por lo tanto el tiempo empleado en la conversión es independiente del valor de la señal analógica de entrada. El tiempo de conversión de este tipo de convertidores es mucho menor que el anterior.
CONVERTIDOR POR CUENTA CONTINUA.
Teniendo como base el convertidor por contador, bastara con evitar poner a cero el contador para cada conversión de analógico a digital, para acelerar el tiempo en dicha conversión. Bastaría con
añadir un contador reversible y un circuito lógico que detecte el sentido de conteo:
descendente o ascendente (UP/DOWN). El contador en este caso comenzaría la cuenta desde la última conversión. A este tipo de convertidor se le denomina por cuenta continua y su diagrama de bloque se representa en el esquema siguiente.
Este convertidor, cuando la señal analógica procedente de la entrada Vi es superior a la generada por el D/A, como consecuencia de la combinación binaria a su entrada, hace que el comparador habilite la cuenta ascendente, hasta que ambas entradas en el comparador vuelvan a igualarse y para el conteo. Por el contrario, si Vi es inferior a la tensión suministrada por el D/A, el conteo será de forma descendente, hasta igualar nuevamente la tensión de entrada Vi. En definitiva, el contador siempre seguirá a cualquier variación de la tensión analógica a convertir, a partir de la última conversión realizada. El cálculo del tiempo de conversión dependerá de la distancia a recorrer por el contador.
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http://proton.ucting.udg.mx/~cruval/convadc.html
EL OSCILOSCOPIO Agustin Borrego Colomer
El osciloscopio es dispositivo de visualización gráfica que muestra señales eléctricas variables en el tiempo.
El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo.
El osciloscopio se emplea en:
Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal.
Determinar indirectamente la frecuencia de una señal.
Determinar que parte de la señal es DC y cual AC.
Localizar averias en un circuito.
Medir la fase entre dos señales.
Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo.
Los osciloscopios son de los instrumentos más versatiles que existen y lo utilizan desde técnicos de reparación de televisores a médicos. Un osciloscopio puede medir un gran número de fenomenos, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc.
Clases
Los equipos electrónicos se dividen en dos tipos: Analógicos y Digitales . Los primeros trabajan con variables continuas mientras quie los segundos lo hacen con variables discretas. Por ejemplo un tocadiscos es un equipo analógico y un Compact Disc es un equipo digital.
Los Osciloscopios también pueden ser analógicos ó digitales. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvia un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla.
Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real.
Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se producen aleatoriamente).
Controles del osciloscopio
A primera vista un osciloscopio se parece a una pequeña televisión portátil, salvo una rejilla que ocupa la pantalla y el mayor número de controles que posee. En la siguiente figura se representan estos controles distribuidos en cinco secciones:
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** Vertical. ** Horizontal. ** Disparo. ** Control de la visualización ** Conectores.
Funcionamiento
Para entender el funcionamiento de los controles que posee un osciloscopio es necesario deternerse un poco en los procesos internos llevados a cabo por este aparato.
Empezaremos por el tipo analógico ya que es el más sencillo.
Osciloscopios analógicos
Cuando se conecta la sonda a un circuito, la señal atraviesa esta última y se dirige a la sección vertical. Dependiendo de donde situemos el mando del amplificador vertical atenuaremos la señal ó la amplificaremos.
En la salida de este bloque ya se dispone de la suficiente señal para atacar las placas de deflexión verticales (que naturalmente estan en posición horizontal) y que son las encargadas de desviar el haz de electrones, que surge del catodo e impacta en la capa fluorescente del interior de la pantalla, en sentido vertical. Hacia arriba si la tensión es positiva con respecto al punto de referencia (GND) ó hacia abajo si es negativa.
La señal también atraviesa la sección de disparo para de esta forma iniciar el barrido horizontal (este es el encargado de mover el haz de electrones desde la parte izquierda de la pantalla a la parte derecha en un determinado tiempo).
El trazado (recorrido de izquierda a derecha) se consigue aplicando la parte ascendente de un diente de sierra a las placas de deflexión horizontal (las que estan en posición vertical), y puede ser regulable en tiempo actuando sobre el mando TIME-BASE. El retrazado (recorrido de derecha a izquierda) se realiza de forma mucho más rápida con la parte descendente del mismo diente de sierra.
De esta forma la acción combinada del trazado horizontal y de la deflexión vertical traza la gráfica de la señal en la pantalla. La sección de disparo es necesaria para estabilizar las señales repetitivas (se asegura que el trazado comienze en el mismo punto de la señal repetitiva).
En la siguiente figura puede observarse la misma señal en tres ajustes de disparo diferentes: en el primero disparada en flanco ascendente, en el segundo sin disparo y en el tercero disparada en flanco descendente.
Como conclusión para utilizar de forma correcta un osciloscopio analógico necesitamos realizar tres ajuste básicos:
La atenuación ó amplificación que necesita la señal. Utilizar el mando AMPL. para ajustar la amplitud de la señal antes de que sea aplicada a las placas de deflexión vertical. Conviene que la señal ocupe una parte importante de la pantalla sin llegar a sobrepasar los límites.
La base de tiempos. Utilizar el mando TIMEBASE para ajustar lo que representa en tiempo una división en horizontal de la pantalla. Para señales repetitivas es conveniente que en la pantalla se puedan observar aproximadamente un par de ciclos.
