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Cómo usar el osciloscopio: escalas, disparo y mediciones
Lectura de 7 min · Equipo bitGateLab
El multímetro te da un número; el osciloscopio te muestra la forma de la señal en el tiempo. Con él ves si una senoidal está recortada, cuánto rizado tiene una fuente o cuánto se atrasa la salida de un filtro respecto a su entrada. Al principio la cantidad de perillas intimida, pero todo se reduce a cuatro ideas: la escala vertical, la escala horizontal, el disparo y el acoplamiento. Aquí aprenderás a ajustarlas y a medir amplitud, periodo, frecuencia y desfase con números concretos.
La pantalla: una gráfica de voltaje contra tiempo
La pantalla del osciloscopio está dividida en una retícula, por lo general de 10 divisiones horizontales y 8 verticales. El eje vertical representa voltaje y el horizontal, tiempo. Toda medición consiste en contar divisiones y multiplicarlas por la escala correspondiente:
voltaje = divisiones verticales × (V/div) tiempo = divisiones horizontales × (s/div)
Cada división suele tener cinco subdivisiones marcadas sobre los ejes centrales, lo que permite leer con resolución de 0.2 divisiones.
Escala vertical (V/div) y posición
El control de escala vertical fija cuántos volts representa cada división. Los valores siguen la secuencia 1-2-5: 10 mV, 20 mV, 50 mV, 100 mV, 200 mV, 500 mV, 1 V, 2 V, 5 V… El control de posición mueve la traza hacia arriba o abajo sin cambiar la escala; con él colocas la referencia de 0 V donde te convenga.
La regla práctica es elegir la escala más sensible con la que la señal completa todavía cabe en pantalla. Una señal que ocupa 6 divisiones se mide con mucha más precisión que una que ocupa media división.
Escala horizontal (s/div)
La base de tiempo indica cuánto tiempo representa cada división horizontal. Toda la pantalla abarca 10 × (s/div). Para medir el periodo con precisión conviene ver entre dos y cinco ciclos completos: con menos de uno no puedes medir el periodo, y con decenas de ciclos los detalles se amontonan.
Ejemplo 1: amplitud, periodo y frecuencia. En la figura, la escala vertical es de 2 V/div y la horizontal de 0.5 ms/div.
- CH1 va de +3 a −3 divisiones: 6 div × 2 V/div = 12 V pico a pico.
- Amplitud: 12/2 = 6 V pico. Si es senoidal, su valor RMS es 6/√2 = 4.24 V.
- Un ciclo completo ocupa 4 divisiones: T = 4 × 0.5 ms = 2 ms.
- Frecuencia: f = 1/T = 1/0.002 s = 500 Hz.
- CH2 mide 4 divisiones pico a pico: 8 V pico a pico, o 4 V pico.
El disparo (trigger)
El osciloscopio dibuja la señal barriendo la pantalla una y otra vez. Si cada barrido empezara en un punto distinto de la onda, verías las trazas encimadas y "corriendo". El disparo resuelve esto: el barrido arranca solo cuando la señal cruza un cierto voltaje en una cierta dirección, así que todos los barridos coinciden y la imagen queda quieta. Sus ajustes principales son:
- Fuente: qué canal vigila el disparo. Al comparar dos señales, dispara con la de referencia.
- Nivel: el voltaje que debe cruzar la señal. Tiene que estar dentro del rango de la señal; si lo pones por encima de su pico, nunca dispara.
- Pendiente: flanco de subida o de bajada.
- Modo: en automático el osciloscopio barre aunque no haya disparo, útil para encontrar la señal; en normal solo dibuja cuando hay disparo, mejor para señales irregulares; en único captura un solo evento y se detiene, ideal para transitorios como el encendido de una fuente.
Desfase entre dos canales
Con dos señales de la misma frecuencia en pantalla, mide la separación en tiempo Δt entre dos puntos equivalentes, por ejemplo los cruces por cero de subida, y conviértela a grados:
φ = 360° × Δt / T
Si la segunda señal llega después que la de referencia, está atrasada; si llega antes, está adelantada. Para mayor precisión, amplía la base de tiempo alrededor de los cruces o usa la misma escala vertical en ambos canales y centra las trazas en cero.
Ejemplo 2: desfase. En la figura, CH2 cruza cero subiendo 0.4 divisiones después que CH1.
- Δt = 0.4 div × 0.5 ms/div = 0.2 ms.
- φ = 360° × 0.2 ms/2 ms = 36°.
- CH2 está atrasada 36° respecto a CH1.
Aplicación: en el circuito RC serie de corriente alterna y fasores (1 kΩ, 1 µF, 100 Hz) el voltaje en la resistencia, que tiene la forma de la corriente, se adelanta 57.9° a la fuente. Con T = 10 ms esperarías ver Δt = 57.9/360 × 10 ms = 1.61 ms. Así se mide la fase de una corriente con el osciloscopio: a través del voltaje en una resistencia.
Acoplamiento CD y CA
Cada canal tiene un selector de acoplamiento:
- CD: muestra la señal completa, incluyendo su nivel promedio. Es el modo por defecto y el correcto para medir voltajes de CD, niveles lógicos o señales de baja frecuencia.
- CA: intercala un capacitor que bloquea el nivel de CD, de modo que la traza queda centrada en cero. Equivale a un filtro pasa-altas con frecuencia de corte de pocos hertz.
- Tierra: desconecta la señal y muestra una línea horizontal en 0 V, útil para ubicar la referencia.
Ejemplo 3: medir rizado. Una fuente entrega 5 V de CD con 0.2 V pico a pico de rizado.
- En acoplamiento CD a 2 V/div la traza aparece 2.5 divisiones arriba del centro, y el rizado ocupa apenas 0.1 división: no se distingue.
- Si bajas a 50 mV/div sin cambiar el acoplamiento, los 5 V mandan la traza fuera de la pantalla.
- En acoplamiento CA se elimina el nivel de 5 V. A 50 mV/div el rizado ocupa 0.2/0.05 = 4 divisiones y puedes medir su forma y frecuencia.
Cuidado: como el acoplamiento CA es un pasa-altas, deforma señales de muy baja frecuencia. Una onda cuadrada lenta se ve con la parte plana inclinada.
Errores comunes
- Poner el nivel de disparo fuera del rango de la señal y concluir que "no hay señal".
- Olvidar el factor de atenuación de la punta y reportar un voltaje diez veces menor.
- Medir un voltaje de CD con acoplamiento CA: la traza se queda en cero.
- Medir el desfase entre cruces de pendiente contraria (uno de subida y otro de bajada), lo que agrega 180°.
- Elegir una base de tiempo que muestra menos de un ciclo o decenas de ellos, lo que hace imprecisa la lectura del periodo.
Pruébalo en el simulador
El osciloscopio virtual del simulador tiene los mismos controles conceptuales que uno de laboratorio, así que es buen lugar para practicar sin riesgo.
- Coloca una fuente senoidal de 6 V de amplitud y 500 Hz y conéctala al canal 1.
- Ajusta la escala vertical a 2 V/div y la horizontal a 0.5 ms/div, y comprueba que ves 6 divisiones pico a pico y 4 divisiones por ciclo.
- Mueve el nivel de disparo por encima de 6 V y observa qué pasa con la imagen; regrésalo a 0 V.
- Arma un filtro RC y conecta el canal 2 a su salida; mide Δt entre los cruces por cero y calcula el desfase.
- Agrega un nivel de CD a la fuente y alterna entre acoplamiento CD y CA para ver la diferencia.
Ejercicios
Una senoidal ocupa 3.2 divisiones pico a pico con 5 V/div. Calcula su voltaje pico a pico, pico y RMS.
Ver respuesta
3.2 × 5 = 16 V pico a pico; 8 V pico; 8/√2 = 5.66 V RMS.
Un ciclo ocupa 2.5 divisiones con la base de tiempo en 20 µs/div. ¿Cuál es la frecuencia?
Ver respuesta
T = 2.5 × 20 µs = 50 µs. f = 1/50 µs = 20 kHz.
Dos señales de 1 kHz están separadas 1.5 divisiones a 0.1 ms/div. ¿Cuál es el desfase?
Ver respuesta
Δt = 1.5 × 0.1 ms = 0.15 ms y T = 1 ms. φ = 360° × 0.15/1 = 54°.
Quieres ver al menos tres ciclos completos de una señal de 1 kHz en una pantalla de 10 divisiones. ¿Qué base de tiempo de la secuencia 1-2-5 eliges?
Ver respuesta
Tres ciclos duran 3 ms, así que necesitas al menos 0.3 ms/div. El primer valor de la secuencia que lo cumple es 0.5 ms/div, que muestra 5 ms, es decir, 5 ciclos. Con 0.2 ms/div solo verías 2.