Osciloscopio

Un osciloscopio es un tipo de instrumento de prueba electrónico que muestra gráficamente voltajes eléctricos variables como un gráfico bidimensional de una o más señales en función del tiempo. Los propósitos principales son mostrar formas de onda únicas o repetitivas en la pantalla que, de lo contrario, se producirían demasiado brevemente para que el ojo humano las perciba. La forma de onda mostrada puede luego analizarse en busca de propiedades tales como amplitud, frecuencia, tiempo de subida, intervalo de tiempo, distorsión y otras. Originalmente, el cálculo de estos valores requería medir manualmente la forma de onda contra las escalas integradas en la pantalla del instrumento. Los instrumentos digitales modernos pueden calcular y mostrar estas propiedades directamente.

Los osciloscopios se utilizan en la industria de las ciencias, la medicina, la ingeniería, la automoción y las telecomunicaciones. Los instrumentos de uso general se utilizan para el mantenimiento de equipos electrónicos y trabajos de laboratorio. Los osciloscopios de propósito especial se pueden usar para analizar un sistema de encendido automotriz o para mostrar la forma de onda del latido del corazón como un electrocardiograma, por ejemplo.

Historia

Las primeras visualizaciones de alta velocidad de voltajes eléctricos se hicieron con un oscilógrafo electromecánico. Estos brindaron información valiosa sobre los cambios de voltaje de alta velocidad, pero tenían una respuesta de frecuencia muy baja y fueron reemplazados por el osciloscopio que usaba un tubo de rayos catódicos (CRT) como elemento de visualización. El tubo de Braun, precursor del tubo de rayos catódicos, se conoció en 1897, y en 1899 Jonathan Zenneck lo equipó con placas formadoras de haz y un campo magnético para desviar la traza, y esto formó la base del CRT.Los primeros tubos de rayos catódicos se habían aplicado experimentalmente a mediciones de laboratorio ya en la década de 1920, pero sufrían de poca estabilidad del vacío y de los emisores catódicos. VK Zworykin describió un tubo de rayos catódicos de alto vacío sellado permanentemente con un emisor termoiónico en 1931. Este componente estable y reproducible permitió a General Radio fabricar un osciloscopio que se podía utilizar fuera de un entorno de laboratorio. Después de la Segunda Guerra Mundial, las piezas electrónicas sobrantes se convirtieron en la base para el renacimiento de Heathkit Corporation, y un kit de osciloscopio de 50 dólares fabricado con esas piezas demostró ser su principal éxito en el mercado.

Características y usos

Un osciloscopio analógico generalmente se divide en cuatro secciones: la pantalla, los controles verticales, los controles horizontales y los controles de disparo. La pantalla suele ser un CRT con líneas de referencia horizontales y verticales denominada retícula. Las pantallas CRT también tienen controles de enfoque, intensidad y buscador de haz.

La sección vertical controla la amplitud de la señal mostrada. Esta sección tiene una perilla selectora de voltios por división (Voltios/Div), un interruptor selector de CA/CC/Tierra y la entrada vertical (primaria) para el instrumento. Además, esta sección suele estar equipada con la perilla de posición del haz vertical.

La sección horizontal controla la base de tiempo o "barrido" del instrumento. El control principal es el interruptor selector de segundos por división (Sec/Div). También se incluye una entrada horizontal para trazar señales de doble eje XY. La perilla de posición del haz horizontal generalmente se encuentra en esta sección.

La sección de activación controla el evento de inicio del barrido. El disparador se puede configurar para que se reinicie automáticamente después de cada barrido, o se puede configurar para responder a un evento interno o externo. Los controles principales de esta sección son los interruptores selectores de fuente y acoplamiento, y una entrada de disparador externo (entrada EXT) y ajuste de nivel.

Además del instrumento básico, la mayoría de los osciloscopios se suministran con una sonda. La sonda se conecta a cualquier entrada del instrumento y normalmente tiene una resistencia de diez veces la impedancia de entrada del osciloscopio. Esto da como resultado un factor de atenuación de 0,1 (-10×); esto ayuda a aislar la carga capacitiva presentada por el cable de la sonda de la señal que se está midiendo. Algunas sondas tienen un interruptor que permite al operador eludir la resistencia cuando corresponda.

Tamaño y portabilidad

La mayoría de los osciloscopios modernos son instrumentos ligeros y portátiles lo suficientemente compactos como para que los lleve una sola persona. Además de las unidades portátiles, el mercado ofrece una serie de instrumentos en miniatura alimentados por batería para aplicaciones de servicio de campo. Los osciloscopios de grado de laboratorio, especialmente las unidades más antiguas que usan tubos de vacío, generalmente son dispositivos de sobremesa o están montados en carros dedicados. Los osciloscopios para propósitos especiales pueden montarse en bastidor o montarse permanentemente en una carcasa de instrumento personalizada.

Entradas

La señal que se va a medir se alimenta a uno de los conectores de entrada, que suele ser un conector coaxial, como un tipo BNC o UHF. Se pueden usar postes de enlace o conectores tipo banana para frecuencias más bajas. Si la fuente de señal tiene su propio conector coaxial, entonces se usa un cable coaxial simple; de lo contrario, se utiliza un cable especializado llamado "sonda de alcance", suministrado con el osciloscopio. En general, para uso rutinario, un cable de prueba de alambre abierto para conectar al punto que se está observando no es satisfactorio y generalmente se necesita una sonda. Los osciloscopios de uso general suelen presentar una impedancia de entrada de 1 megaohmio en paralelo con una capacitancia pequeña pero conocida, como 20 picofaradios. Esto permite el uso de sondas de osciloscopio estándar.Los osciloscopios para usar con frecuencias muy altas pueden tener entradas de 50 Ω. Estos deben conectarse directamente a una fuente de señal de 50 Ω o usarse con Z ₀ o sondas activas.

Las entradas que se usan con menos frecuencia incluyen una (o dos) para activar el barrido, la desviación horizontal para las pantallas del modo X‑Y y el brillo/oscurecimiento de la traza, a veces llamadas entradas del eje z'.

Sondas

Es probable que los cables de prueba abiertos (cables flotantes) detecten interferencias, por lo que no son adecuados para señales de bajo nivel. Además, los cables tienen una alta inductancia, por lo que no son adecuados para altas frecuencias. El uso de un cable blindado (es decir, un cable coaxial) es mejor para señales de bajo nivel. El cable coaxial también tiene una inductancia más baja, pero tiene una capacitancia más alta: un cable típico de 50 ohmios tiene alrededor de 90 pF por metro. En consecuencia, una sonda coaxial directa (1×) de un metro carga un circuito con una capacitancia de alrededor de 110 pF y una resistencia de 1 megaohmio.

Para minimizar la carga, se utilizan sondas atenuadoras (p. ej., sondas 10x). Una sonda típica utiliza una resistencia en serie de 9 megaohmios desviada por un condensador de bajo valor para hacer un divisor RC compensado con la capacitancia del cable y la entrada del osciloscopio. Las constantes de tiempo RC se ajustan para que coincidan. Por ejemplo, la resistencia en serie de 9 megaohmios es desviada por un condensador de 12,2 pF durante una constante de tiempo de 110 milisegundos. La capacitancia del cable de 90 pF en paralelo con la entrada del osciloscopio de 20 pF y 1 megaohmio (capacitancia total de 110 pF) también da una constante de tiempo de 110 milisegundos. En la práctica, hay un ajuste para que el operador pueda igualar con precisión la constante de tiempo de baja frecuencia (llamada compensación de la sonda). Hacer coincidir las constantes de tiempo hace que la atenuación sea independiente de la frecuencia. A bajas frecuencias (donde la resistencia de Res mucho menor que la reactancia de C), el circuito parece un divisor resistivo; a altas frecuencias (resistencia mucho mayor que la reactancia), el circuito parece un divisor capacitivo.

El resultado es una sonda de frecuencia compensada para frecuencias modestas. Presenta una carga de unos 10 megaohmios desviada por 12 pF. Tal sonda es una mejora, pero no funciona bien cuando la escala de tiempo se reduce a varios tiempos de tránsito del cable o menos (el tiempo de tránsito suele ser de 5 ns). En ese período de tiempo, el cable parece tener su impedancia característica y los reflejos de la línea de transmisión no coinciden en la entrada del osciloscopio y la sonda provoca un timbre. La sonda de osciloscopio moderna utiliza líneas de transmisión de baja capacitancia con pérdidas y redes de modelado de frecuencia sofisticadas para hacer que la sonda 10x funcione bien a varios cientos de megahercios. En consecuencia, existen otros ajustes para completar la compensación.

Las sondas con atenuación de 10:1 son, con mucho, las más comunes; para señales grandes (y una carga capacitiva levemente menor), se pueden usar sondas 100:1. También hay sondas que contienen interruptores para seleccionar relaciones de 10:1 o directas (1:1), pero la última configuración tiene una capacitancia significativa (decenas de pF) en la punta de la sonda, porque la capacitancia de todo el cable se conecta directamente.

La mayoría de los osciloscopios proporcionan factores de atenuación de sonda y muestran la sensibilidad efectiva en la punta de la sonda. Históricamente, algunos circuitos de detección automática usaban luces indicadoras detrás de ventanas translúcidas en el panel para iluminar diferentes partes de la escala de sensibilidad. Para ello, los conectores de la sonda (BNC modificados) tenían un contacto extra para definir la atenuación de la sonda. (Un determinado valor de resistencia, conectado a tierra, "codifica" la atenuación.) Debido a que las sondas se desgastan y a que los circuitos de detección automática no son compatibles entre diferentes marcas de osciloscopios, el escalado de la sonda de detección automática no es infalible. Del mismo modo, configurar manualmente la atenuación de la sonda es propenso a errores del usuario. Establecer la escala de la sonda incorrectamente es un error común y desvía la lectura por un factor de 10.

Las sondas especiales de alto voltaje forman atenuadores compensados ​​con la entrada del osciloscopio. Estos tienen un cuerpo de sonda grande y algunos requieren llenar parcialmente un recipiente que rodea la resistencia en serie con fluorocarbono líquido volátil para desplazar el aire. El extremo del osciloscopio tiene una caja con varios ajustes de recorte de forma de onda. Por seguridad, un disco de barrera mantiene los dedos del usuario alejados del punto que se está examinando. El voltaje máximo está en las decenas bajas de kV. (La observación de una rampa de alto voltaje puede crear una forma de onda de escalera con pasos en diferentes puntos en cada repetición, hasta que la punta de la sonda esté en contacto. Hasta entonces, un pequeño arco carga la punta de la sonda y su capacitancia mantiene el voltaje (circuito abierto). Como el voltaje continúa subiendo, otro arco diminuto carga aún más la punta).

También existen sondas de corriente, con núcleos que rodean al conductor que transporta la corriente a examinar. Un tipo tiene un orificio para el conductor y requiere que el cable pase a través del orificio para un montaje semipermanente o permanente. Sin embargo, otros tipos, utilizados para pruebas temporales, tienen un núcleo de dos partes que se puede sujetar alrededor de un cable. Dentro de la sonda, una bobina enrollada alrededor del núcleo proporciona una corriente a una carga adecuada, y el voltaje a través de esa carga es proporcional a la corriente. Este tipo de sonda solo detecta CA.

Una sonda más sofisticada incluye un sensor de flujo magnético (sensor de efecto Hall) en el circuito magnético. La sonda se conecta a un amplificador, que alimenta corriente (de baja frecuencia) a la bobina para cancelar el campo detectado; la magnitud de la corriente proporciona la parte de baja frecuencia de la forma de onda actual, hasta CC. La bobina todavía capta frecuencias altas. Hay una red de combinación similar a un cruce de altavoces.

Controles del panel frontal

Control de enfoque

Este control ajusta el enfoque CRT para obtener el trazo más nítido y detallado. En la práctica, el enfoque debe ajustarse ligeramente cuando se observan señales muy diferentes, por lo que debe ser un control externo. El control varía el voltaje aplicado a un ánodo de enfoque dentro del CRT. Las pantallas planas no necesitan este control.

Control de intensidad

Esto ajusta el brillo de la traza. Los trazos lentos en los osciloscopios CRT necesitan menos, y los rápidos, especialmente si no se repiten con frecuencia, requieren más brillo. Sin embargo, en las pantallas planas, el brillo de la traza es esencialmente independiente de la velocidad de barrido, porque el procesamiento interno de la señal sintetiza de manera eficaz la pantalla a partir de los datos digitalizados.

Astigmatismo

En cambio, este control puede denominarse "forma" o "forma puntual". Ajusta el voltaje en el último ánodo CRT (inmediatamente al lado de las placas de desviación Y). Para un punto circular, el ánodo final debe tener el mismo potencial que ambas placas en Y (para un punto centrado, los voltajes de la placa en Y deben ser los mismos). Si el ánodo se hace más positivo, el punto se vuelve elíptico en el plano X, ya que las placas Y más negativas repelerán el haz. Si el ánodo se hace más negativo, el punto se vuelve elíptico en el plano Y, ya que las placas Y más positivas atraerán el haz. Este control puede estar ausente de los diseños de osciloscopios más simples o incluso puede ser un control interno. No es necesario con pantallas planas.

Buscador de haz

Los osciloscopios modernos tienen amplificadores de deflexión de acoplamiento directo, lo que significa que la traza podría desviarse fuera de la pantalla. También pueden tener su rayo en blanco sin que el operador lo sepa. Para ayudar a restaurar una pantalla visible, el circuito del buscador de haz anula cualquier supresión y limita la desviación del haz a la parte visible de la pantalla. Los circuitos buscadores de haz a menudo distorsionan la traza mientras están activados.

Retícula

La retícula es una cuadrícula de líneas que sirven como marcas de referencia para medir la traza mostrada. Estas marcas, ya sea que estén ubicadas directamente en la pantalla o en un filtro de plástico extraíble, generalmente consisten en una cuadrícula de 1 cm con marcas más cercanas (a menudo a 2 mm) en el centro del eje vertical y horizontal. Uno espera ver diez divisiones principales en la pantalla; el número de divisiones principales verticales varía. La comparación de las marcas de la cuadrícula con la forma de onda permite medir tanto el voltaje (eje vertical) como el tiempo (eje horizontal). La frecuencia también se puede determinar midiendo el período de la forma de onda y calculando su recíproco.

En los osciloscopios CRT antiguos y de menor costo, la retícula es una hoja de plástico, a menudo con marcas que difunden la luz y lámparas ocultas en el borde de la retícula. Las lámparas tenían un control de brillo. Los instrumentos de mayor costo tienen la retícula marcada en la cara interior del CRT, para eliminar errores de paralaje; los mejores también tenían iluminación de borde ajustable con marcas difusoras. (Las marcas difusoras aparecen brillantes.) Sin embargo, los osciloscopios digitales generan las marcas de retícula en la pantalla de la misma manera que la traza.

Las retículas externas también protegen la cara de vidrio del CRT de impactos accidentales. Algunos osciloscopios CRT con retículas internas tienen un filtro de luz de plástico de hoja tintada sin marcar para mejorar el contraste de trazas; esto también sirve para proteger la placa frontal del CRT.

La precisión y la resolución de las mediciones que utilizan una retícula son relativamente limitadas; Los mejores instrumentos a veces tienen marcadores brillantes móviles en el trazo. Estos permiten que los circuitos internos realicen mediciones más refinadas.

Tanto la sensibilidad vertical calibrada como el tiempo horizontal calibrado se configuran en 1 – 2 – 5 – 10 pasos. Esto lleva, sin embargo, a algunas interpretaciones incómodas de divisiones menores.

Los osciloscopios digitales generan la retícula digitalmente. Por lo tanto, se puede variar la escala, el espaciado, etc., de la retícula y se puede mejorar la precisión de las lecturas.

Controles de base de tiempo

Estos seleccionan la velocidad horizontal del punto del CRT a medida que crea la traza; este proceso se conoce comúnmente como el barrido. En todos los osciloscopios modernos, excepto en los menos costosos, la velocidad de barrido se puede seleccionar y calibrar en unidades de tiempo por división de retícula principal. En general, se proporciona una amplia gama de velocidades de barrido, desde segundos hasta picosegundos (en el más rápido) por división. Por lo general, un control variable continuo (a menudo una perilla frente a la perilla selectora calibrada) ofrece velocidades no calibradas, generalmente más lentas que las calibradas. Este control proporciona un rango algo mayor que los pasos calibrados, haciendo disponible cualquier velocidad entre los pasos.

Control de retención

Algunos osciloscopios analógicos de gama alta tienen un control de retención. Esto establece un tiempo después de un disparo durante el cual el circuito de barrido no puede volver a dispararse. Ayuda a proporcionar una visualización estable de eventos repetitivos en los que algunos disparadores crearían visualizaciones confusas. Por lo general, se establece al mínimo, porque un tiempo más largo disminuye el número de barridos por segundo, lo que da como resultado una traza más tenue. Consulte Holdoff para obtener una descripción más detallada.

Controles de sensibilidad vertical, acoplamiento y polaridad

Para adaptarse a una amplia gama de amplitudes de entrada, un interruptor selecciona la sensibilidad calibrada de la desviación vertical. Otro control, a menudo frente a la perilla selectora calibrada, ofrece una sensibilidad continuamente variable en un rango limitado de configuraciones calibradas a menos sensibles.

A menudo, la señal observada está compensada por un componente constante, y solo los cambios son de interés. Un interruptor de acoplamiento de entrada en la posición "CA" conecta un capacitor en serie con la entrada que bloquea las señales de baja frecuencia y CC. Sin embargo, cuando la señal tiene un desplazamiento fijo de interés, o cambia lentamente, el usuario generalmente preferirá el acoplamiento "CC", que pasa por alto cualquier capacitor de este tipo. La mayoría de los osciloscopios ofrecen la opción de entrada de CC. Para mayor comodidad, para ver dónde se muestra actualmente la entrada de cero voltios en la pantalla, muchos osciloscopios tienen una tercera posición de interruptor (generalmente etiquetada como "GND" para tierra) que desconecta la entrada y la pone a tierra. A menudo, en este caso, el usuario centra la traza con el control de posición vertical.

Los mejores osciloscopios tienen un selector de polaridad. Normalmente, una entrada positiva mueve la traza hacia arriba; el selector de polaridad ofrece una opción de "inversión", en la que una señal positiva desvía la traza hacia abajo.

Control de posición vertical

El control de posición vertical mueve todo el trazo mostrado hacia arriba y hacia abajo. Se utiliza para establecer el trazo sin entrada exactamente en la línea central de la retícula, pero también permite el desplazamiento vertical en una cantidad limitada. Con acoplamiento directo, el ajuste de este control puede compensar un componente de CC limitado de una entrada.

Control de sensibilidad horizontal

Este control se encuentra solo en osciloscopios más elaborados; ofrece sensibilidad ajustable para entradas horizontales externas. Sólo está activo cuando el instrumento está en modo XY, es decir, el barrido horizontal interno está apagado.

Control de posición horizontal

El control de posición horizontal mueve la pantalla hacia los lados. Por lo general, establece el extremo izquierdo del trazo en el borde izquierdo de la retícula, pero puede desplazar el trazo completo cuando se desee. Este control también mueve las trazas del modo XY hacia los lados en algunos instrumentos y puede compensar un componente de CC limitado en cuanto a la posición vertical.

Controles de doble trazo

Cada canal de entrada suele tener su propio conjunto de controles de sensibilidad, acoplamiento y posición, aunque algunos osciloscopios de cuatro trazas solo tienen controles mínimos para el tercer y cuarto canal.

Los osciloscopios de doble trazo tienen un interruptor de modo para seleccionar un solo canal, ambos canales o (en algunos) una pantalla X-Y, que usa el segundo canal para la desviación X. Cuando se muestran ambos canales, se puede seleccionar el tipo de cambio de canal en algunos osciloscopios; en otros, el tipo depende de la configuración de la base de tiempo. Si se puede seleccionar manualmente, el cambio de canal puede ser de funcionamiento libre (asincrónico) o entre barridos consecutivos. Algunos osciloscopios analógicos de doble traza de Philips tenían un multiplicador analógico rápido y proporcionaban una visualización del producto de los canales de entrada.

Los osciloscopios de trazas múltiples tienen un interruptor para cada canal para habilitar o deshabilitar la visualización de la traza del canal.

Controles de barrido retardado

Estos incluyen controles para la base de tiempo de barrido retardado, que está calibrada y, a menudo, también es variable. La velocidad más lenta es varios pasos más rápida que la velocidad de barrido principal más lenta, aunque la más rápida suele ser la misma. Un control de tiempo de retardo de varias vueltas calibrado ofrece una amplia gama de ajustes de retardo de alta resolución; abarca la duración completa del barrido principal y su lectura corresponde a las divisiones de la retícula (pero con mucha más precisión). Su precisión también es superior a la de la pantalla.

Un interruptor selecciona los modos de visualización: solo barrido principal, con una región iluminada que muestra cuándo avanza el barrido retrasado, solo barrido retrasado o (en algunos) un modo combinado.

Los buenos osciloscopios CRT incluyen un control de intensidad de barrido retrasado, para permitir la traza más tenue de un barrido retrasado mucho más rápido que, sin embargo, ocurre solo una vez por barrido principal. También es probable que estos osciloscopios tengan un control de separación de trazas para la visualización multiplexada de los barridos principal y retardado juntos.

Controles de gatillo de barrido

Un interruptor selecciona la fuente de activación. Puede ser una entrada externa, uno de los canales verticales de un osciloscopio de trazo doble o múltiple, o la frecuencia de línea (red) de CA. Otro interruptor activa o desactiva el modo de disparo automático, o selecciona un barrido único, si se proporciona en el osciloscopio. Ya sea una posición de interruptor de retorno por resorte o un botón pulsador arma barridos individuales.

Un control de nivel de disparo varía el voltaje requerido para generar un disparo, y el interruptor de pendiente selecciona la polaridad positiva o negativa en el nivel de disparo seleccionado.

Tipos básicos de barrido

Barrido desencadenado

Para mostrar eventos con formas de onda que no cambian o que cambian lentamente (visiblemente), pero que ocurren en momentos que pueden no estar espaciados uniformemente, los osciloscopios modernos han disparado barridos. En comparación con los osciloscopios más antiguos y sencillos con osciladores de barrido de funcionamiento continuo, los osciloscopios de barrido disparado son mucho más versátiles.

Un barrido desencadenado comienza en un punto seleccionado de la señal, proporcionando una visualización estable. De esta manera, la activación permite la visualización de señales periódicas, como ondas sinusoidales y ondas cuadradas, así como señales no periódicas, como pulsos únicos o pulsos que no se repiten a una tasa fija.

Con los barridos activados, el visor borra el haz y comienza a restablecer el circuito de barrido cada vez que el haz llega al extremo derecho de la pantalla. Durante un período de tiempo, llamado retención (ampliable mediante un control del panel frontal en algunos osciloscopios mejores), el circuito de barrido se restablece por completo e ignora los disparos. Una vez que expira el retraso, el siguiente disparador inicia un barrido. El evento de activación suele ser la forma de onda de entrada que alcanza un voltaje de umbral especificado por el usuario (nivel de activación) en la dirección especificada (hacia positivo o negativo: polaridad de activación).

En algunos casos, el tiempo de retención variable puede ser útil para hacer que el barrido ignore los desencadenantes de interferencia que ocurren antes de los eventos que se van a observar. En el caso de formas de onda repetitivas pero complejas, la retención variable puede proporcionar una visualización estable que de otro modo no podría lograrse.

Esperar

El retraso del disparador define un cierto período después de un disparador durante el cual el barrido no se puede disparar de nuevo. Esto hace que sea más fácil establecer una vista estable de una forma de onda con múltiples bordes, que de otro modo provocaría activaciones adicionales.

Ejemplo

Imagine la siguiente forma de onda repetitiva:la línea verde es la forma de onda, la línea parcial vertical roja representa la ubicación del disparo y la línea amarilla representa el nivel de disparo. Si el osciloscopio simplemente se configurara para disparar en cada flanco ascendente, esta forma de onda causaría tres disparos para cada ciclo:Suponiendo que la señal es de frecuencia bastante alta, la pantalla del osciloscopio probablemente se vería así:En un osciloscopio real, cada disparo sería el mismo canal, por lo que todos serían del mismo color.

Es deseable que el osciloscopio dispare en un solo borde por ciclo, por lo que es necesario establecer el retardo en un poco menos que el período de la forma de onda. Esto evita que se active más de una vez por ciclo, pero permite que se dispare en el primer flanco del siguiente ciclo.

Modo de barrido automático

Los barridos activados pueden mostrar una pantalla en blanco si no hay activadores. Para evitar esto, estos barridos incluyen un circuito de temporización que genera disparadores de ejecución libre para que siempre haya un rastro visible. Esto se denomina "barrido automático" o "barrido automático" en los controles. Una vez que llegan los disparadores, el temporizador deja de proporcionar pseudo-disparadores. El usuario generalmente deshabilitará el barrido automático cuando observe bajas tasas de repetición.

Barridos recurrentes

Si la señal de entrada es periódica, la tasa de repetición de barrido se puede ajustar para mostrar algunos ciclos de la forma de onda. Los primeros osciloscopios (de tubo) y los osciloscopios de menor costo tienen osciladores de barrido que funcionan continuamente y no están calibrados. Dichos osciloscopios son muy simples, comparativamente económicos y fueron útiles en el servicio de radio y algunos servicios de televisión. Es posible medir el voltaje o el tiempo, pero solo con equipo adicional, y es bastante inconveniente. Son principalmente instrumentos cualitativos.

Tienen unos pocos rangos de frecuencia (ampliamente espaciados) y un control de frecuencia continuo de rango relativamente amplio dentro de un rango determinado. En uso, la frecuencia de barrido se establece ligeramente por debajo de algún submúltiplo de la frecuencia de entrada, para mostrar típicamente al menos dos ciclos de la señal de entrada (para que todos los detalles sean visibles). Un control muy simple alimenta una cantidad ajustable de la señal vertical (o posiblemente, una señal externa relacionada) al oscilador de barrido. La señal activa la supresión del haz y un retroceso de barrido antes de lo que ocurriría en funcionamiento libre, y la pantalla se estabiliza.

Barridos individuales

Algunos osciloscopios los ofrecen. El usuario arma manualmente el circuito de barrido (normalmente mediante un botón pulsador o equivalente). "Armado" significa que está listo para responder a un disparador. Una vez que se completa el barrido, se reinicia y no vuelve a barrer hasta que se vuelve a armar. Este modo, combinado con una cámara de osciloscopio, captura eventos de disparo único.

Los tipos de disparadores incluyen:

• disparador externo, un pulso de una fuente externa conectada a una entrada dedicada en el osciloscopio.
• disparador de borde, un detector de borde que genera un pulso cuando la señal de entrada cruza un voltaje de umbral específico en una dirección específica. Estos son los tipos de desencadenantes más comunes; el control de nivel establece el voltaje de umbral y el control de pendiente selecciona la dirección (negativa o positiva). (La primera oración de la descripción también se aplica a las entradas de algunos circuitos lógicos digitales; esas entradas tienen un umbral fijo y una respuesta de polaridad).
• disparador de video, también conocido como disparador de TV, un circuito que extrae pulsos de sincronización de formatos de video como PAL y NTSC y dispara la base de tiempo en cada línea, una línea específica, cada campo o cada cuadro. Este circuito se encuentra típicamente en un dispositivo de monitor de forma de onda, aunque algunos mejores osciloscopios incluyen esta función.
• disparador retrasado, que espera un tiempo específico después de un disparador de borde antes de comenzar el barrido. Como se describe en los barridos retardados, un circuito de retardo de disparo (típicamente el barrido principal) extiende este retardo a un intervalo conocido y ajustable. De esta forma, el operador puede examinar un pulso particular en un largo tren de pulsos.

Algunos diseños recientes de osciloscopios incluyen esquemas de activación más sofisticados; estos se describen hacia el final de este artículo.

Barridos retrasados

Los osciloscopios analógicos más sofisticados contienen una segunda base de tiempo para un barrido retardado. Un barrido retrasado proporciona una visión muy detallada de una pequeña porción seleccionada de la base de tiempo principal. La base de tiempo principal sirve como un retraso controlable, después del cual comienza la base de tiempo retrasada. Esto puede comenzar cuando expira el retraso, o puede activarse (solo) después de que expire el retraso. Normalmente, la base de tiempo retrasada se establece para un barrido más rápido, a veces mucho más rápido, como 1000:1. En proporciones extremas, la fluctuación en los retrasos en los barridos principales consecutivos degrada la visualización, pero los activadores de barrido retrasado pueden superar esto.

La pantalla muestra la señal vertical en uno de varios modos: la base de tiempo principal, o la base de tiempo retardada solamente, o una combinación de las mismas. Cuando el barrido retrasado está activo, la traza del barrido principal se ilumina mientras el barrido retrasado avanza. En un modo de combinación, proporcionado solo en algunos osciloscopios, la traza cambia del barrido principal al barrido retrasado una vez que comienza el barrido retrasado, aunque se ve menos del barrido rápido retrasado para retrasos más largos. Otro modo de combinación multiplexa (alterna) los barridos principal y retrasado para que ambos aparezcan a la vez; un control de separación de trazas los desplaza. Los DSO pueden mostrar formas de onda de esta manera, sin ofrecer una base de tiempo retrasada como tal.

Osciloscopios de traza dual y múltiple

Los osciloscopios con dos entradas verticales, denominados osciloscopios de doble trazo, son extremadamente útiles y comunes. Usando un CRT de un solo haz, multiplexan las entradas, generalmente cambiando entre ellas lo suficientemente rápido como para mostrar dos rastros aparentemente a la vez. Menos comunes son los osciloscopios con más trazas; cuatro entradas son comunes entre estos, pero algunos (Kikusui, por ejemplo) ofrecieron una visualización de la señal de activación de barrido si se desea. Algunos osciloscopios de trazas múltiples usan la entrada de disparo externo como una entrada vertical opcional, y algunos tienen un tercer y cuarto canal con solo controles mínimos. En todos los casos, las entradas, cuando se muestran de forma independiente, se multiplexan en el tiempo, pero los osciloscopios de doble trazo a menudo pueden sumar sus entradas para mostrar una suma analógica en tiempo real. Invertir un canal mientras los agrega juntos da como resultado una visualización de las diferencias entre ellos, siempre que ninguno de los canales esté sobrecargado. Este modo de diferencia puede proporcionar una entrada diferencial de rendimiento moderado).

Los canales de conmutación pueden ser asíncronos, es decir, de funcionamiento libre, con respecto a la frecuencia de barrido; o se puede hacer después de completar cada barrido horizontal. La conmutación asíncrona generalmente se designa como "Cortada", mientras que el barrido sincronizado se designa como "Alternativo". Un canal determinado se conecta y desconecta alternativamente, lo que lleva al término "cortado". Los osciloscopios de trazas múltiples también cambian de canal en modo cortado o alternativo.

En general, el modo cortado es mejor para barridos más lentos. Es posible que la tasa de corte interno sea un múltiplo de la tasa de repetición de barrido, creando espacios en blanco en las pistas, pero en la práctica esto rara vez es un problema. Los espacios en un trazo se sobrescriben con los trazos del siguiente barrido. Algunos osciloscopios tenían una tasa de corte modulada para evitar este problema ocasional. Sin embargo, el modo alternativo es mejor para barridos más rápidos.

Existían verdaderos osciloscopios CRT de doble haz, pero no eran comunes. Un tipo (Cossor, Reino Unido) tenía una placa divisora ​​de haz en su CRT y una desviación de un solo extremo siguiendo al divisor. Otros tenían dos cañones de electrones completos, lo que requería un control estricto de la alineación mecánica axial (rotacional) en la fabricación del CRT. Los tipos de divisores de haz tenían una desviación horizontal común a ambos canales verticales, pero los osciloscopios de dos cañones podían tener bases de tiempo separadas o usar una base de tiempo para ambos canales. En las últimas décadas se fabricaron CRT de varias armas (hasta diez armas). Con diez cañones, la envolvente (bombilla) era cilíndrica en toda su longitud. (Consulte también "Invención CRT" en la historia del osciloscopio).

El amplificador vertical

En un osciloscopio analógico, el amplificador vertical adquiere la(s) señal(es) que se mostrará(n) y proporciona una señal lo suficientemente grande como para desviar el haz del CRT. En mejores osciloscopios, retrasa la señal en una fracción de microsegundo. La desviación máxima está al menos un poco más allá de los bordes de la retícula y, más típicamente, a cierta distancia fuera de la pantalla. El amplificador debe tener una distorsión baja para mostrar su entrada con precisión (debe ser lineal) y debe recuperarse rápidamente de las sobrecargas. Además, su respuesta en el dominio del tiempo tiene que representar los transitorios con precisión: un mínimo de sobreimpulso, redondeo e inclinación de un pico de pulso plano.

Una entrada vertical va a un atenuador de paso compensado en frecuencia para reducir las señales grandes y evitar la sobrecarga. El atenuador alimenta una o más etapas de bajo nivel, que a su vez alimentan etapas de ganancia (y un controlador de línea de retardo si hay un retardo). Las etapas de ganancia subsiguientes conducen a la etapa de salida final, que desarrolla una gran oscilación de la señal (decenas de voltios, a veces más de 100 voltios) para la desviación electrostática CRT.

En los osciloscopios de trazas duales y múltiples, un interruptor electrónico interno selecciona la salida de nivel relativamente bajo del amplificador de etapa inicial de un canal y la envía a las siguientes etapas del amplificador vertical.

En el modo de ejecución libre ("cortado"), el oscilador (que puede ser simplemente un modo de operación diferente del controlador del interruptor) borra el haz antes de cambiar y lo desactiva solo después de que se hayan asentado los transitorios de conmutación.

En parte a través del amplificador hay una alimentación a los circuitos de activación de barrido, para la activación interna de la señal. Esta alimentación sería del amplificador de un canal individual en un osciloscopio dual o de múltiples trazas, dependiendo el canal de la configuración del selector de fuente de disparo.

Esta alimentación precede al retraso (si lo hay), lo que permite que el circuito de barrido desconecte el CRT y comience el barrido hacia adelante, de modo que el CRT pueda mostrar el evento de activación. Los retardos analógicos de alta calidad agregan un costo modesto a un osciloscopio y se omiten en los osciloscopios sensibles al costo.

El retardo en sí proviene de un cable especial con un par de conductores enrollados alrededor de un núcleo flexible y magnéticamente suave. El bobinado proporciona inductancia distribuida, mientras que una capa conductora cerca de los cables proporciona capacitancia distribuida. La combinación es una línea de transmisión de banda ancha con un retardo considerable por unidad de longitud. Ambos extremos del cable de retardo requieren impedancias coincidentes para evitar reflejos.

Modo XY

La mayoría de los osciloscopios modernos tienen varias entradas para voltajes y, por lo tanto, se pueden usar para trazar un voltaje variable frente a otro. Esto es especialmente útil para graficar curvas IV (características de corriente versus voltaje) para componentes como diodos, así como patrones de Lissajous. Las figuras de Lissajous son un ejemplo de cómo se puede usar un osciloscopio para rastrear las diferencias de fase entre múltiples señales de entrada. Esto se usa con mucha frecuencia en la ingeniería de transmisión para trazar los canales estereofónicos izquierdo y derecho, para garantizar que el generador estéreo esté calibrado correctamente. Históricamente, las figuras estables de Lissajous se usaban para mostrar que dos ondas sinusoidales tenían una relación de frecuencia relativamente simple, una relación numéricamente pequeña. También indicaron la diferencia de fase entre dos ondas sinusoidales de la misma frecuencia.

El modo XY también permite que el osciloscopio sirva como monitor vectorial para mostrar imágenes o interfaces de usuario. Muchos de los primeros juegos, como Tennis for Two, usaban un osciloscopio como dispositivo de salida.

La pérdida completa de la señal en una pantalla CRT XY significa que el haz está estacionario, incidiendo en un punto pequeño. Esto corre el riesgo de quemar el fósforo si el brillo es demasiado alto. Dicho daño era más común en los visores más antiguos, ya que los fósforos que se usaban anteriormente se quemaban más fácilmente. Algunas pantallas XY dedicadas reducen en gran medida la corriente del haz o borran la pantalla por completo, si no hay entradas presentes.

Entrada Z

Algunos osciloscopios analógicos cuentan con una entrada Z. Este es generalmente un terminal de entrada que se conecta directamente a la red CRT (generalmente a través de un condensador de acoplamiento). Esto permite que una señal externa aumente (si es positiva) o disminuya (si es negativa) el brillo de la traza, incluso permitiendo que se borre por completo. El rango de voltaje para lograr el corte de una pantalla iluminada es del orden de 10 a 20 voltios, según las características del CRT.

Un ejemplo de una aplicación práctica es si se usa un par de ondas sinusoidales de frecuencia conocida para generar una figura circular de Lissajous y se aplica una frecuencia desconocida más alta a la entrada Z. Esto convierte el círculo continuo en un círculo de puntos. El número de puntos multiplicado por la frecuencia XY da la frecuencia Z. Esta técnica solo funciona si la frecuencia Z es una razón entera de la frecuencia XY y solo si no es tan grande como para que los puntos se vuelvan tan numerosos que sean difíciles de contar.

Banda ancha

Como ocurre con todos los instrumentos prácticos, los osciloscopios no responden por igual a todas las frecuencias de entrada posibles. El rango de frecuencias que un osciloscopio puede mostrar de manera útil se denomina ancho de banda. El ancho de banda se aplica principalmente al eje Y, aunque los barridos del eje X deben ser lo suficientemente rápidos para mostrar las formas de onda de mayor frecuencia.

El ancho de banda se define como la frecuencia en la que la sensibilidad es 0,707 de la sensibilidad en CC o la frecuencia CA más baja (una caída de 3 dB). La respuesta del osciloscopio cae rápidamente a medida que la frecuencia de entrada se eleva por encima de ese punto. Dentro del ancho de banda establecido, la respuesta no es necesariamente exactamente uniforme (o "plana"), pero siempre debe estar dentro de un rango de +0 a −3 dB. Una fuente dice que hay un efecto notable en la precisión de las mediciones de voltaje en solo el 20 por ciento del ancho de banda establecido. Las especificaciones de algunos osciloscopios incluyen un rango de tolerancia más estrecho dentro del ancho de banda establecido.

Las sondas también tienen límites de ancho de banda y deben elegirse y usarse para manejar adecuadamente las frecuencias de interés. Para lograr la respuesta más plana, la mayoría de las sondas deben "compensarse" (un ajuste realizado usando una señal de prueba del osciloscopio) para permitir la reactancia del cable de la sonda.

Otra especificación relacionada es el tiempo de subida. Este es el tiempo que transcurre entre el 10 % y el 90 % de la respuesta de amplitud máxima en el borde de ataque de un pulso. Está relacionado con el ancho de banda aproximadamente por:

Ancho de banda en Hz × tiempo de subida en segundos = 0,35.

Por ejemplo, un osciloscopio con un tiempo de subida de 1 nanosegundo tendría un ancho de banda de 350 MHz.

En los instrumentos analógicos, el ancho de banda del osciloscopio está limitado por los amplificadores verticales y el CRT u otro subsistema de visualización. En los instrumentos digitales, la frecuencia de muestreo del convertidor de analógico a digital (ADC) es un factor, pero el ancho de banda analógico establecido (y, por lo tanto, el ancho de banda general del instrumento) suele ser menor que la frecuencia de Nyquist del ADC. Esto se debe a limitaciones en el amplificador de señal analógica, al diseño deliberado del filtro antisolapamiento que precede al ADC, o a ambos.

Para un osciloscopio digital, una regla general es que la tasa de muestreo continuo debe ser diez veces la frecuencia más alta que se desea resolver; por ejemplo, sería aplicable una velocidad de 20 megamuestras/segundo para medir señales de hasta unos 2 MHz. Esto permite que el filtro antisolapamiento se diseñe con un punto de bajada de 3 dB de 2 MHz y un corte efectivo a 10 MHz (la frecuencia de Nyquist), evitando los artefactos de un filtro muy empinado ("pared de ladrillo").

Un osciloscopio de muestreo puede mostrar señales de una frecuencia considerablemente más alta que la tasa de muestreo si las señales son exactamente, o casi, repetitivas. Lo hace tomando una muestra de cada repetición sucesiva de la forma de onda de entrada, estando cada muestra en un intervalo de tiempo mayor desde el evento de disparo. Luego se muestra la forma de onda de estas muestras recolectadas. Este mecanismo se denomina "muestreo en tiempo equivalente". Algunos osciloscopios pueden operar en este modo o en el modo más tradicional de "tiempo real" a elección del operador.

Otras características

Algunos osciloscopios tienen cursores. Estas son líneas que se pueden mover por la pantalla para medir el intervalo de tiempo entre dos puntos, o la diferencia entre dos voltajes. Algunos osciloscopios más antiguos simplemente iluminaban la traza en ubicaciones móviles. Estos cursores son más precisos que las estimaciones visuales que se refieren a líneas de retícula.

Los osciloscopios de uso general de mejor calidad incluyen una señal de calibración para configurar la compensación de las sondas de prueba; esta es (a menudo) una señal de onda cuadrada de 1 kHz de un voltaje definido de pico a pico disponible en una terminal de prueba en el panel frontal. Algunos osciloscopios mejores también tienen un bucle cuadrado para verificar y ajustar las sondas de corriente.

A veces, un usuario quiere ver un evento que sucede solo ocasionalmente. Para capturar estos eventos, algunos osciloscopios, llamados osciloscopios de almacenamiento, conservan el barrido más reciente en la pantalla. Esto se logró originalmente con un CRT especial, un tubo de almacenamiento, que retenía la imagen incluso de un evento muy breve durante mucho tiempo.

Algunos osciloscopios digitales pueden barrer a velocidades tan lentas como una vez por hora, emulando un registrador gráfico de tiras. Es decir, la señal se desplaza por la pantalla de derecha a izquierda. La mayoría de los osciloscopios con esta función cambian de un modo de barrido a un gráfico de tiras aproximadamente un barrido cada diez segundos. Esto se debe a que, de lo contrario, el alcance se ve roto: está recopilando datos, pero no se puede ver el punto.

Todos los modelos de osciloscopios actuales, excepto los más simples, utilizan con mayor frecuencia el muestreo de señales digitales. Las muestras alimentan convertidores rápidos de analógico a digital, después de lo cual todo el procesamiento (y almacenamiento) de la señal es digital.

Muchos osciloscopios admiten módulos enchufables para diferentes propósitos, por ejemplo, amplificadores de alta sensibilidad de ancho de banda relativamente estrecho, amplificadores diferenciales, amplificadores con cuatro o más canales, complementos de muestreo para señales repetitivas de muy alta frecuencia y complementos para propósitos especiales, incluido el audio. /analizadores de espectro ultrasónico y canales acoplados directos de voltaje de compensación estable con ganancia relativamente alta.

Ejemplos de uso

Uno de los usos más frecuentes de los osciloscopios es la resolución de problemas de equipos electrónicos que funcionan mal. Por ejemplo, donde un voltímetro puede mostrar un voltaje totalmente inesperado, un osciloscopio puede revelar que el circuito está oscilando. En otros casos, es importante la forma precisa o el tiempo de un pulso.

En una pieza de equipo electrónico, por ejemplo, las conexiones entre etapas (p. ej., mezcladores electrónicos, osciladores electrónicos, amplificadores) pueden 'probarse' para la señal esperada, utilizando el osciloscopio como un simple rastreador de señales. Si la señal esperada está ausente o es incorrecta, alguna etapa anterior de la electrónica no está funcionando correctamente. Dado que la mayoría de las fallas ocurren debido a un solo componente defectuoso, cada medición puede mostrar que algunas de las etapas de un equipo complejo funcionan o probablemente no causaron la falla.

Una vez que se encuentra la etapa defectuosa, un sondeo adicional generalmente puede decirle a un técnico calificado exactamente qué componente ha fallado. Una vez que se reemplaza el componente, la unidad se puede restaurar al servicio, o al menos se puede aislar la próxima falla. Este tipo de solución de problemas es típico de los receptores de radio y TV, así como de los amplificadores de audio, pero puede aplicarse a dispositivos bastante diferentes, como los accionamientos de motores electrónicos.

Otro uso es comprobar los circuitos de nuevo diseño. A menudo, un circuito recién diseñado se comporta mal debido a errores de diseño, malos niveles de voltaje, ruido eléctrico, etc. La electrónica digital generalmente funciona con un reloj, por lo que es útil un osciloscopio de doble seguimiento que muestre tanto la señal del reloj como una señal de prueba dependiente del reloj. Los osciloscopios de almacenamiento son útiles para "capturar" eventos electrónicos raros que provocan un funcionamiento defectuoso.

Los osciloscopios se utilizan a menudo durante el desarrollo de software en tiempo real para comprobar, entre otras cosas, los plazos incumplidos y las latencias en el peor de los casos.

Fotos de uso

• Heterodino
• Sonido de zumbido de CA
• Suma de una señal de baja y alta frecuencia
• Mal filtro en el seno
• Doble trazo, que muestra diferentes bases de tiempo en cada trazo

Uso automotriz

Apareciendo por primera vez en la década de 1970 para el análisis del sistema de encendido, los osciloscopios para automóviles se están convirtiendo en una importante herramienta de taller para probar sensores y señales de salida en sistemas electrónicos de gestión del motor, sistemas de frenado y estabilidad. Algunos osciloscopios pueden activar y decodificar mensajes de bus serie, como el bus CAN que se usa comúnmente en aplicaciones automotrices.

Selección

Para trabajar a altas frecuencias y con señales digitales rápidas, el ancho de banda de los amplificadores verticales y la frecuencia de muestreo deben ser lo suficientemente altos. Para uso general, un ancho de banda de al menos 100 MHz suele ser satisfactorio. Un ancho de banda mucho más bajo es suficiente solo para aplicaciones de frecuencia de audio. Un rango de barrido útil es de un segundo a 100 nanosegundos, con activación adecuada y (para instrumentos analógicos) retardo de barrido. Se requiere un circuito disparador estable y bien diseñado para una visualización estable. El principal beneficio de un osciloscopio de calidad es la calidad del circuito de disparo.

Los criterios de selección clave de un DSO (aparte del ancho de banda de entrada) son la profundidad de la memoria de muestreo y la frecuencia de muestreo. Los primeros DSO de mediados a finales de la década de 1990 solo tenían unos pocos KB de memoria de muestra por canal. Esto es adecuado para la visualización de forma de onda básica, pero no permite un examen detallado de la forma de onda o la inspección de paquetes de datos largos, por ejemplo. Incluso los DSO modernos de nivel de entrada (<$500) ahora tienen 1 MB o más de memoria de muestra por canal, y esto se ha convertido en el mínimo esperado en cualquier DSO moderno. A menudo, esta memoria de muestra se comparte entre canales y, a veces, solo puede estar completamente disponible a frecuencias de muestreo más bajas. A las frecuencias de muestreo más altas, la memoria puede estar limitada a unas pocas decenas de KB. Cualquier DSO moderno de frecuencia de muestreo en "tiempo real" generalmente tiene de 5 a 10 veces el ancho de banda de entrada en la frecuencia de muestreo. Entonces, un DSO de 100 MHz de ancho de banda tendría una frecuencia de muestreo de 500 Ms/s – 1 Gs/s. La frecuencia de muestreo mínima teórica requerida, utilizando la interpolación SinX/x, es 2,5 veces el ancho de banda.

Los osciloscopios analógicos han sido desplazados casi por completo por osciloscopios de almacenamiento digital, excepto para su uso exclusivo en frecuencias más bajas. Las frecuencias de muestreo mucho mayores han eliminado en gran medida la visualización de señales incorrectas, conocidas como "aliasing", que a veces estaba presente en la primera generación de osciloscopios digitales. El problema todavía puede ocurrir cuando, por ejemplo, se ve una sección corta de una forma de onda repetitiva que se repite a intervalos miles de veces más largos que la sección vista (por ejemplo, un pulso de sincronización corto al comienzo de una línea de televisión en particular), con un osciloscopio. que no puede almacenar la cantidad extremadamente grande de muestras entre una instancia de la sección corta y la siguiente.

El mercado de equipos de prueba usados, particularmente los lugares de subastas en línea, normalmente tiene una amplia selección de osciloscopios analógicos más antiguos disponibles. Sin embargo, cada vez es más difícil obtener piezas de repuesto para estos instrumentos y, por lo general, los servicios de reparación no están disponibles por parte del fabricante original. Los instrumentos usados ​​generalmente no están calibrados, y la recalibración por parte de empresas con el equipo y la experiencia necesarios suele costar más que el valor de segunda mano del instrumento.

A partir de 2007, un osciloscopio de almacenamiento digital de doble canal con un ancho de banda de 350 MHz (BW), 2,5 gigamuestras por segundo (GS/s) cuesta alrededor de 7000 dólares estadounidenses nuevos.

En el extremo más bajo, se podía comprar un DSO de un solo canal de nivel de aficionado económico por menos de $ 90 a partir de junio de 2011. Estos a menudo tienen un ancho de banda limitado y otras instalaciones, pero cumplen las funciones básicas de un osciloscopio.

Software

Muchos osciloscopios de hoy en día proporcionan una o más interfaces externas para permitir el control remoto de instrumentos mediante software externo. Estas interfaces (o buses) incluyen GPIB, Ethernet, puerto serial, USB y Wi-Fi.

Tipos y modelos

La siguiente sección es un breve resumen de varios tipos y modelos disponibles. Para una discusión detallada, consulte el otro artículo.

Osciloscopio de rayos catódicos (CRO)

El tipo de osciloscopio más antiguo y simple constaba de un tubo de rayos catódicos, un amplificador vertical, una base de tiempo, un amplificador horizontal y una fuente de alimentación. Estos ahora se llaman osciloscopios "analógicos" para distinguirlos de los osciloscopios "digitales" que se hicieron comunes en la década de 1990 y más tarde.

Los osciloscopios analógicos no incluyen necesariamente una cuadrícula de referencia calibrada para medir el tamaño de las ondas, y es posible que no muestren las ondas en el sentido tradicional de un segmento de línea que se desplaza de izquierda a derecha. En su lugar, podrían usarse para el análisis de señales alimentando una señal de referencia en un eje y la señal para medir en el otro eje. Para una referencia oscilante y una señal de medición, esto da como resultado un patrón de bucle complejo denominado curva de Lissajous. La forma de la curva se puede interpretar para identificar las propiedades de la señal de medición en relación con la señal de referencia y es útil en una amplia gama de frecuencias de oscilación.

Osciloscopio de doble haz

El osciloscopio analógico de doble haz puede mostrar dos señales simultáneamente. Un CRT especial de doble haz genera y desvía dos haces separados. Los osciloscopios analógicos de trazas múltiples pueden simular una pantalla de doble haz con cortes y barridos alternativos, pero esas funciones no proporcionan pantallas simultáneas. (Los osciloscopios digitales en tiempo real ofrecen los mismos beneficios que un osciloscopio de doble haz, pero no requieren una pantalla de doble haz). Las desventajas del osciloscopio de doble trazo son que no puede cambiar rápidamente entre trazos y no puede capturar dos transientes rápidos eventos. Un osciloscopio de doble haz evita esos problemas.

Osciloscopio de almacenamiento analógico

El almacenamiento de seguimiento es una función adicional disponible en algunos osciloscopios analógicos; utilizaron CRT de almacenamiento de visualización directa. El almacenamiento permite que un patrón de seguimiento que normalmente decaería en una fracción de segundo permanezca en la pantalla durante varios minutos o más. Luego, se puede activar deliberadamente un circuito eléctrico para almacenar y borrar el rastro en la pantalla.

Osciloscopios digitales

Mientras que los dispositivos analógicos usan voltajes que varían continuamente, los dispositivos digitales usan números que corresponden a muestras del voltaje. En el caso de los osciloscopios digitales, un convertidor de analógico a digital (ADC) cambia los voltajes medidos en información digital.

El osciloscopio de almacenamiento digital, o DSO para abreviar, es el tipo estándar de osciloscopio hoy en día para la mayoría de las aplicaciones industriales, y gracias a los bajos costos de los osciloscopios de nivel de entrada, incluso para los aficionados. Reemplaza el método de almacenamiento electrostático en osciloscopios de almacenamiento analógico con memoria digital, que almacena datos de muestra durante el tiempo que sea necesario sin degradación y los muestra sin los problemas de brillo de los CRT de almacenamiento. También permite el procesamiento complejo de la señal mediante circuitos de procesamiento de señales digitales de alta velocidad.

Un DSO estándar se limita a capturar señales con un ancho de banda inferior a la mitad de la frecuencia de muestreo del ADC (llamado límite de Nyquist). Hay una variación del DSO llamada osciloscopio de muestreo digital que puede exceder este límite para ciertos tipos de señales, como las señales de comunicaciones de alta velocidad, donde la forma de onda consiste en pulsos repetidos. Este tipo de DSO muestrea deliberadamente a una frecuencia mucho más baja que el límite de Nyquist y luego utiliza el procesamiento de señales para reconstruir una vista compuesta de un pulso típico.

Osciloscopios de señal mixta

Un osciloscopio de señal mixta (o MSO) tiene dos tipos de entradas: una pequeña cantidad de canales analógicos (generalmente dos o cuatro) y una mayor cantidad de canales digitales (generalmente dieciséis). Brinda la capacidad de correlacionar con precisión el tiempo de los canales analógicos y digitales, lo que ofrece una clara ventaja sobre un osciloscopio y un analizador lógico separados. Por lo general, los canales digitales se pueden agrupar y mostrar como un bus con cada valor de bus que se muestra en la parte inferior de la pantalla en hexadecimal o binario. En la mayoría de los MSO, el disparador se puede configurar en canales analógicos y digitales.

Osciloscopios de dominio mixto

Un osciloscopio de dominio mixto (MDO) es un osciloscopio que viene con una entrada de RF adicional que se usa únicamente para la funcionalidad dedicada del analizador de espectro basado en FFT. A menudo, esta entrada de RF ofrece un mayor ancho de banda que los canales de entrada analógicos convencionales. Esto contrasta con la funcionalidad FFT de los osciloscopios digitales convencionales, que utilizan las entradas analógicas normales. Algunos MDO permiten la correlación temporal de eventos en el dominio del tiempo (como un paquete de datos en serie específico) con eventos que ocurren en el dominio de la frecuencia (como transmisiones de RF).

Osciloscopios portátiles

Los osciloscopios portátiles son útiles para muchas aplicaciones de prueba y servicio de campo. Hoy en día, un osciloscopio portátil suele ser un osciloscopio de muestreo digital que utiliza una pantalla de cristal líquido.

Muchos osciloscopios portátiles y de banco tienen el voltaje de referencia de tierra común a todos los canales de entrada. Si se utiliza más de un canal de medición al mismo tiempo, todas las señales de entrada deben tener la misma referencia de voltaje y la referencia predeterminada compartida es la "tierra". Si no hay un preamplificador diferencial o un aislador de señal externo, este osciloscopio de escritorio tradicional no es adecuado para mediciones flotantes. (Ocasionalmente, un usuario de osciloscopio rompe la clavija de tierra en el cable de alimentación de un osciloscopio de sobremesa en un intento de aislar la señal común de la conexión a tierra. Esta práctica no es confiable ya que toda la capacitancia parásita del gabinete del instrumento se conecta al circuito. También es un peligro romper una conexión a tierra de seguridad, y los manuales de instrucciones lo desaconsejan).

Algunos modelos de osciloscopio tienen entradas aisladas, donde los terminales del nivel de referencia de la señal no están conectados entre sí. Cada canal de entrada se puede utilizar para realizar una medición "flotante" con un nivel de referencia de señal independiente. Las mediciones se pueden realizar sin vincular un lado de la entrada del osciloscopio al común de la señal del circuito o la referencia a tierra.

El aislamiento disponible se clasifica como se muestra a continuación:

Categoría de sobrevoltaje	Tensión de funcionamiento (valor efectivo de CA/CC a tierra)	Voltaje pico instantáneo (repetido 20 veces)	Resistencia de prueba
CAT I	600 V	2500 V	30 Ω
CAT I	1000 V	4000 V	30 Ω
CATII	600 V	4000 V	12 Ω
CATII	1000 V	6000 V	12 Ω
CAT III	600 V	6000 V	2 Ω

Osciloscopios basados ​​en PC

Algunos osciloscopios digitales se basan en una plataforma de PC para mostrar y controlar el instrumento. Esto puede ser en forma de osciloscopio independiente con plataforma de PC interna (placa base de PC), o como osciloscopio externo que se conecta a través de USB o LAN a una PC o computadora portátil separada.

Instrumentos relacionados

Una gran cantidad de instrumentos utilizados en una variedad de campos técnicos son realmente osciloscopios con entradas, calibración, controles, calibración de pantalla, etc., especializados y optimizados para una aplicación particular. Ejemplos de tales instrumentos basados ​​en osciloscopios incluyen monitores de forma de onda para analizar niveles de video en producciones de televisión y dispositivos médicos tales como monitores de funciones vitales e instrumentos de electrocardiograma y electroencefalograma. En la reparación de automóviles, se utiliza un analizador de encendido para mostrar las formas de onda de la chispa de cada cilindro. Todos estos son esencialmente osciloscopios, que realizan la tarea básica de mostrar los cambios en una o más señales de entrada a lo largo del tiempo en una pantalla X - Y.

Otros instrumentos convierten los resultados de sus medidas en una señal eléctrica repetitiva, e incorporan un osciloscopio como elemento de visualización. Dichos sistemas de medición complejos incluyen analizadores de espectro, analizadores de transistores y reflectómetros en el dominio del tiempo (TDR). A diferencia de un osciloscopio, estos instrumentos generan automáticamente estímulos o barren un parámetro de medición.