Funcionamiento del osciloscopio digital: muestreo, interpolación y prestaciones

Resumen

El texto explica cómo funciona un osciloscopio digital, desde la captación de la señal por la sonda y el conversor analógico-digital hasta la generación de muestras. Describe los métodos de muestreo en tiempo real y en tiempo equivalente, y las técnicas de interpolación lineal y senoidal. También enumera las prestaciones habituales, como medidas automáticas, valor eficaz verdadero, captura de transitorios y cálculo de la FFT.

Puntos clave

La sección vertical ajusta la amplitud de la señal y el ADC convierte la tensión continua en muestras digitales.
La velocidad de muestreo se mide en muestras por segundo (Sa/s) y la fija una señal de reloj en la sección horizontal.
El muestreo en tiempo real es el método estándar y el único válido para señales no repetitivas o transitorias.
El muestreo en tiempo equivalente se usa con señales repetitivas, adquiriendo puntos en distintas partes de cada ciclo.
La interpolación lineal une los puntos con rectas; la senoidal (sin(x)/x) los une con curvas y permite visualizar señales rápidas con pocos puntos.
Entre las prestaciones están la medida de pico, máximos y mínimos, el valor eficaz verdadero (RMS), la medida de flancos y la FFT.

Ponte a prueba

Prestaciones y Facilidades de los Osciloscopios Digitales

Medida automática de valores de pico, máximos y mínimos de señal.
Cálculo del Verdadero valor eficaz (RMS).
Medida de flancos de la señal y otros intervalos de tiempo.
Captura de transitorios.
Cálculos avanzados como la FFT (Transformada Rápida de Fourier) para determinar el espectro de la señal.
Incorporan un sistema adicional de proceso de datos que permite almacenar y visualizar la señal de forma digital.

Funcionamiento del Osciloscopio Digital

Cuando se conecta la sonda de un osciloscopio digital a un circuito, la sección vertical ajusta la amplitud de la señal de forma similar a un osciloscopio analógico. El conversor analógico-digital (ADC) del sistema de adquisición de datos muestrea la señal a intervalos de tiempo determinados y convierte la señal de voltaje continuo en una serie de valores digitales llamados muestras.

En la sección horizontal, una señal de reloj determina cuándo el conversor A/D toma una muestra. La frecuencia de este reloj se denomina velocidad de muestreo y se mide en muestras por segundo (Sa/s).

Métodos de Muestreo

A continuación, se explica cómo los osciloscopios digitales adquieren los puntos de muestreo. Para señales de lenta variación, los osciloscopios digitales pueden adquirir más puntos de los necesarios para reconstruir posteriormente la señal en la pantalla.

No obstante, para señales rápidas, el osciloscopio puede no ser capaz de adquirir muestras suficientes a la velocidad requerida, por lo que debe recurrir a una de las siguientes técnicas:

Interpolación: Estimación de puntos intermedios de la señal basándose en los puntos adquiridos anterior y posterior.
Muestreo en tiempo equivalente: Si la señal es repetitiva, es posible muestrear durante varios ciclos, adquiriendo puntos en diferentes partes de la señal en cada ciclo, para después reconstruir la forma de onda completa.

Muestreo en Tiempo Real con Interpolación

El método estándar de muestreo en los osciloscopios digitales es el muestreo en tiempo real: el osciloscopio adquiere suficientes puntos en una única adquisición como para reconstruir la señal. Para señales no repetitivas o la parte transitoria de una señal, este es el único método válido de muestreo.

Los osciloscopios utilizan la interpolación para poder visualizar señales que son más rápidas que su velocidad de muestreo máxima en tiempo real. Existen principalmente dos tipos de interpolación:

Lineal: Simplemente conecta los puntos muestreados con líneas rectas.
Senoidal (Sin(x)/x): Conecta los puntos muestreados con curvas según un proceso matemático. De esta forma, los puntos intermedios se calculan para rellenar los espacios entre los puntos reales de muestreo. Usando este proceso, es posible visualizar señales con gran precisión disponiendo de relativamente pocos puntos de muestreo.

Osciloscopio Digital

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Osciloscopio Analógico

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Preguntas frecuentes

¿Qué es la velocidad de muestreo de un osciloscopio digital?

Es la frecuencia del reloj que determina cuándo el conversor A/D toma una muestra, y se mide en muestras por segundo (Sa/s).

¿Cuándo se usa el muestreo en tiempo equivalente?

Se usa con señales repetitivas: el osciloscopio muestrea durante varios ciclos, adquiriendo puntos en distintas partes de la señal, y luego reconstruye la forma de onda completa.

¿Qué diferencia hay entre interpolación lineal y senoidal?

La lineal une los puntos muestreados con líneas rectas, mientras que la senoidal (sin(x)/x) los une con curvas calculadas matemáticamente, lo que permite visualizar señales con gran precisión con pocos puntos.