Osciloscopio para niños

Un osciloscopio es una herramienta electrónica que nos permite ver cómo cambian las señales eléctricas con el tiempo. Imagina que es como una pantalla de televisión especial que dibuja las ondas de la electricidad. Es muy útil en el mundo de la electrónica para entender cómo funcionan los circuitos.

En la pantalla de un osciloscopio, verás una gráfica. El eje horizontal (de lado a lado) representa el tiempo, y el eje vertical (de arriba a abajo) representa el voltaje (la "fuerza" de la electricidad). La imagen que se forma se llama oscilograma. Los osciloscopios tienen botones para ajustar cuánto tiempo representa cada cuadro en la pantalla y cuánto voltaje representa cada cuadro. Pueden medir desde señales que no cambian (como una pila) hasta señales que cambian muy rápido, millones de veces por segundo.

Existen dos tipos principales de osciloscopios: los analógicos y los digitales. Ambos hacen lo mismo, pero usan tecnologías diferentes por dentro.

Historia del osciloscopio

La idea del osciloscopio nació en 1897, cuando el físico alemán Karl Ferdinand Braun adaptó un tubo de rayos catódicos. Este tubo, inventado antes por William Crookes, usaba un chorro de electrones que se movía y chocaba contra una pantalla que brillaba. Braun logró que este chorro se moviera con campos magnéticos creados por la electricidad, dibujando así las señales.

Al principio, estos tubos eran difíciles de usar y no muy estables. Pero en 1931, Vladimir K. Zworykin creó un tubo de rayos catódicos mejorado, sellado y más confiable. Esto permitió que empresas como General Radio fabricaran osciloscopios que se podían usar fuera de los laboratorios.

Después de la Segunda Guerra Mundial, se hicieron populares los kits para armar tu propio osciloscopio en casa, lo que ayudó a que más gente pudiera tener acceso a esta tecnología.

¿Cómo se usa un osciloscopio?

Oscilamiento de una señal en la pantalla.

Usar un osciloscopio es como dibujar en un plano cartesiano. Tienes dos controles principales:

• El primer control ajusta el eje horizontal (el tiempo). Con él, decides si cada cuadro de la pantalla representa segundos, milisegundos (milésimas de segundo) o microsegundos (millonésimas de segundo).
• El segundo control ajusta el eje vertical (el voltaje). Con este, decides si cada cuadro representa voltios, milivoltios o microvoltios.

Al ajustar estos controles, puedes ver la forma de la señal eléctrica y medir cuánto dura (su período) y qué tan "fuerte" es (su amplitud o voltaje). Si conoces el período de una onda, también puedes calcular su frecuencia, que es cuántas veces se repite en un segundo.

Funciones adicionales de los osciloscopios

Un modelo de ordenador del barrido del osciloscopio.

Muchos osciloscopios modernos tienen funciones que los hacen aún más útiles:

• Cursores: Son líneas que puedes mover en la pantalla para medir con precisión el tiempo entre dos puntos o la diferencia de voltaje entre ellos. Son más exactos que solo mirar los cuadros de la pantalla.
• Señal de calibración: Los osciloscopios de buena calidad suelen tener una señal de prueba (como una onda cuadrada de 1 kHz) para que puedas ajustar tus cables y asegurarte de que las mediciones sean correctas.
• Osciloscopios de almacenamiento: Algunos osciloscopios pueden "guardar" la imagen de una señal en la pantalla, incluso si la señal es muy rápida o solo ocurre una vez. Esto es útil para estudiar eventos eléctricos que no se repiten constantemente. Los osciloscopios digitales modernos hacen esto digitalmente.
• Muestreo digital: La mayoría de los osciloscopios actuales toman "muestras" de la señal eléctrica y las convierten en números. Esto permite que el osciloscopio procese y guarde la señal de forma digital, ofreciendo muchas más posibilidades.

Osciloscopio analógico

Los osciloscopios analógicos usan un tubo de rayos catódicos (CRT), similar a los televisores antiguos.

Figura 1. Representación esquemática de un osciloscopio

Así funciona: 1. Un "cañón" dentro del tubo dispara un rayo de electrones. 2. Este rayo pasa por unas placas que lo desvían. 3. La señal eléctrica que quieres medir se aplica a las placas verticales, haciendo que el rayo se mueva hacia arriba y hacia abajo según el voltaje de la señal. 4. Al mismo tiempo, una señal especial en forma de "diente de sierra" se aplica a las placas horizontales, haciendo que el rayo se mueva de izquierda a derecha a una velocidad constante. 5. Cuando el rayo de electrones choca con la pantalla, que está cubierta de un material fluorescente, esta se ilumina, dibujando la forma de la señal.

De esta manera, puedes ver cómo el voltaje de la señal cambia con el tiempo.

Limitaciones del osciloscopio analógico

Los osciloscopios analógicos tienen algunas limitaciones:

• Necesitan señales que se repitan (periódicas) para mostrar una imagen estable.
• Las señales muy rápidas pueden verse tenues porque la pantalla no retiene el brillo por mucho tiempo.
• Las señales muy lentas pueden hacer que solo veas un punto moviéndose lentamente en la pantalla, en lugar de una línea continua.
• Es difícil ver eventos eléctricos que ocurren una sola vez, a menos que se repitan.

Osciloscopio digital

En un osciloscopio digital, la señal eléctrica se convierte primero en números (se "digitaliza") usando un componente llamado conversor analógico-digital. La calidad de este componente es muy importante para que la imagen sea precisa.

Los osciloscopios digitales ofrecen muchas ventajas sobre los analógicos:

• Pueden "disparar" la captura de la señal antes de que ocurra un evento, lo que es útil para ver cosas que duran muy poco.
• Pueden guardar la imagen de la señal y transferirla a una computadora para analizarla o compararla con otras mediciones.
• Realizan mediciones automáticas: pueden decirte el valor máximo, mínimo o promedio de una señal, o cuánto tiempo dura un pulso.
• Pueden capturar eventos que ocurren una sola vez (transitorios).
• Pueden hacer cálculos avanzados, como la FFT, para ver las diferentes frecuencias que componen una señal.

Existen dos tipos principales de osciloscopios digitales:

• De banco: Son más grandes y potentes, diseñados para quedarse en un solo lugar, como un laboratorio.
• Portátiles: Son más pequeños y compactos, ideales para llevarlos a diferentes lugares.

Osciloscopio de Fósforo Digital (DPO)

El osciloscopio de fósforo digital (DPO) combina lo mejor de los osciloscopios analógicos y digitales. Después de convertir la señal a digital, el DPO tiene una "memoria de fósforo digital" que se actualiza constantemente. Esta memoria guarda información sobre cada punto de la pantalla, incluyendo la intensidad con la que la señal pasó por allí.

Esto permite que el DPO muestre las señales con diferentes niveles de brillo, igual que un osciloscopio analógico, lo que ayuda a ver qué partes de la señal ocurren con más frecuencia o son más fuertes. Toda esta información se muestra en una pantalla LCD o se guarda para su análisis.

Ejemplos de uso del osciloscopio

Figuras de Lissajous en un osciloscopio, con una diferencia de fase de 90 grados entre las entradas x e y.

Los osciloscopios son herramientas muy importantes para:

• Resolver problemas en equipos electrónicos: Si un aparato no funciona bien, un osciloscopio puede mostrar si hay una señal inesperada o si un pulso no tiene la forma o el momento correctos. Los técnicos pueden seguir la señal a través de un circuito para encontrar dónde está el problema.
• Probar nuevos diseños de circuitos: Cuando se diseña un nuevo circuito, el osciloscopio ayuda a verificar que todo funcione como se espera, que los voltajes sean correctos y que no haya "ruido" eléctrico.
• Desarrollo de software: En la creación de programas que controlan máquinas en tiempo real, los osciloscopios se usan para asegurarse de que las tareas se ejecuten a tiempo y sin retrasos.

Véase también

En inglés: Oscilloscope Facts for Kids

• Instrumento de medición
• Electrónica de señal
• Analizador de espectro
• Tubo de rayos catódicos