月: 2023年2月

¿Qué es un Osciloscopio?

Un osciloscopios es un instrumento que emite señales eléctricas como formas de onda en una pantalla y se caracteriza por la capacidad de observar los cambios de la señal a lo largo del tiempo en dos dimensiones.

Los osciloscopios se clasifican a grandes rasgos en osciloscopios analógicos y osciloscopios digitales.

1. Osciloscopios Analógicos

Este término se refiere a los osciloscopios que dibujan formas de onda mediante el barrido de un haz de electrones sobre la superficie de un tubo de rayos catódicos para observar la señal de entrada. La señal de entrada al osciloscopio se muestra inmediatamente como una forma de onda con sólo un pequeño retardo.

2. Osciloscopios Digitales

Los osciloscopios que convierten la señal de entrada en datos digitales mediante un convertidor A/D, almacenan los datos en la memoria y, a continuación, muestran la forma de onda en la pantalla. A diferencia de los osciloscopios analógicos, se trata de una colección de datos discretos, por lo que los datos se complementan entre sí y se muestran como una curva suave.

Usos de los Osciloscopios

Los osciloscopios observan las señales eléctricas como formas de onda, lo que permite al usuario comprobar visualmente el funcionamiento de los circuitos electrónicos. Los osciloscopios pueden utilizarse para comprobar las formas de onda de la señal en circuitos electrónicos y verificar si funcionan según lo previsto en el diseño.

En la verificación del funcionamiento de circuitos digitales de alta velocidad, las señales deben capturarse con una temporización fiable que no se vea afectada por las fluctuaciones de la señal digital (jitter), y los osciloscopios se utilizan para establecer esta temporización.

Los osciloscopios también son un instrumento de medida eficaz para reparar equipos electrónicos, ya que si la causa del fallo del equipo reside en los circuitos electrónicos, se puede localizar la pieza defectuosa trazando las formas de onda de la señal de las distintas partes de los circuitos electrónicos.

Principio de los Osciloscopios

En los osciloscopios analógicos convencionales, la señal de entrada procedente de la sonda se transmite al circuito de amplificación vertical del osciloscopio. La señal se atenúa o amplifica en el circuito amplificador vertical y, a continuación, se transmite a la placa deflectora vertical del tubo de rayos catódicos.

La tensión aplicada a la placa deflectora vertical hace que el haz de electrones se escanee hacia arriba y hacia abajo. Esta secuencia de eventos es el principio de los osciloscopios. La señal de entrada se transmite simultáneamente al circuito de disparo, y el haz de electrones comienza a barrer horizontalmente en el momento en que la señal coincide con la condición de disparo establecida.

En los osciloscopios digitales, la señal de entrada se convierte en datos digitales mediante un convertidor A/D y los datos se almacenan secuencialmente en la memoria. A continuación, una vez transcurrido un tiempo especificado desde el momento en que la señal de entrada cumple la condición de disparo, se detiene el almacenamiento de nuevos datos.

Como resultado, la memoria anterior registra las señales antes y después del momento en que se cumple la condición de disparo, y estas señales se muestran como formas de onda en la pantalla. En otras palabras, también se puede observar la forma de onda de la señal antes del disparo.

Los datos de la memoria también pueden utilizarse para el análisis de formas de onda, por ejemplo, el análisis de frecuencia de señales mediante operaciones FFT. Además, los datos pueden enviarse a una tarjeta de memoria para su análisis y almacenamiento en un PC.

Cómo seleccionar un Osciloscopio

Al seleccionar un modelo, es importante que el osciloscopio tenga especificaciones suficientes para la tarea de medición. En concreto, hay que tener en cuenta la respuesta en frecuencia, la frecuencia de muestreo, el número de canales, la longitud de la memoria y los tipos de sonda disponibles.

Además del uso básico de los osciloscopios para observar formas de onda, las aplicaciones actuales de los osciloscopios se están ampliando para incluir la verificación de temporización, el análisis de formas de onda y las pruebas de conformidad, y el rango de medición y la funcionalidad están aumentando en consecuencia. En consecuencia, es necesario seleccionar un modelo con funciones adecuadas al propósito de uso.

Cómo utilizar los Osciloscopios

Además de observar las variaciones de tensión a lo largo del tiempo, los osciloscopios también pueden medir la frecuencia de señales repetidas y dibujar curvas de Lissajous. Se utilizan ampliamente para pruebas de evaluación de circuitos electrónicos, observación de formas de onda de señales de vídeo y audio, comprobación de las características de respuesta de dispositivos de potencia, medición del margen de temporización de circuitos digitales de alta velocidad y evaluación en productos mecatrónicos.

La preparación para la medición incluye el ajuste de fase de las sondas y el ajuste de desviación entre sondas. El ajuste de la inclinación es particularmente esencial cuando se utilizan conjuntamente sondas de corriente y tensión, ya que la sonda de corriente tiene un gran tiempo de retardo. También es esencial esperar unos 30 minutos después de conectar la fuente de alimentación antes de medir para garantizar una precisión de medición suficiente.

El truco para observar realmente la forma de onda deseada es el ajuste del disparo. En los osciloscopios analógicos, los únicos factores de ajuste son la selección de la pendiente, el nivel de disparo y el retardo de disparo, pero en los osciloscopios digitales, además de éstos, pueden ajustarse diversas condiciones de disparo, como la anchura de impulso y el intervalo.

Además, también está disponible el disparo secuencial, en el que las señales se capturan cuando se cumplen varias condiciones de disparo. Se requieren técnicas para utilizarlos con el fin de capturar la señal que se desea observar.

Más Información sobre los Osciloscopios

1. Características y Diferencias entre Osciloscopios Analógicos y Digitales

Las características de ambos tipos de osciloscopios pueden resumirse como sigue

Osciloscopios Analógicos

• Excelentes prestaciones en tiempo real, con un tiempo muerto corto entre la captura y la visualización de una nueva señal.
• La frecuencia de aparición de formas de onda idénticas puede determinarse por el brillo de la señal.
• No es adecuado para observar fenómenos puntuales o de baja frecuencia de repetición.
• Requiere equipo fotográfico para guardar los resultados de la observación.
• No es posible el análisis mediante formas de onda.

Osciloscopios Digitales

• Permite visualizar información complementaria sobre fenómenos puntuales.
• Los resultados de la observación pueden tratarse como datos electrónicos, lo que facilita su almacenamiento.
• Las formas de onda pueden tratarse como datos digitales y analizarse mediante un procesador.
• El tiempo real de observación es relativamente corto debido al largo tiempo muerto necesario para el procesamiento de la señal.
• La información sobre la frecuencia de las formas de onda se pierde en las formas de onda repetidas

Hoy en día, no existen osciloscopios analógicos disponibles únicamente para aplicaciones de medida industriales, y los osciloscopios digitales son casi el 100% de la elección.

<p.Esto se debe a la amplia disponibilidad de convertidores A/D y procesadores de alta velocidad para el procesamiento de formas de onda, así como a los avances tecnológicos que compensan las deficiencias de los osciloscopios digitales, lo que ha llevado a la disponibilidad de productos altamente funcionales a precios relativamente bajos.

2. Puntos a Tener en Cuenta sobre los Osciloscopios

A la hora de utilizar un osciloscopio para observar formas de onda correctas, hay que tener en cuenta varios puntos, y es especialmente importante seleccionar un modelo con una respuesta en frecuencia que cubra suficientemente la banda de frecuencias que se va a medir.

La respuesta en frecuencia de un osciloscopio se define como la frecuencia a la que la amplitud cae a -3 dB, por lo que para una medición precisa de la amplitud, se debe seleccionar un modelo con una respuesta en frecuencia de aproximadamente cinco veces la frecuencia de la señal bajo prueba.

En el caso de los osciloscopios digitales, también debe prestarse atención a la frecuencia de muestreo de los datos. Si la frecuencia de muestreo es inferior al doble de la frecuencia de la señal bajo prueba, se producirá aliasing y se mostrarán formas de onda falsas.

¿Qué es un Analizador Lógico?

Analizador lógico (en inglés: Logic analyzer) es un analizador dedicado a las señales digitales y es un instrumento de medida cuyo principal objetivo es verificar el funcionamiento de los circuitos digitales. Como dispositivo para analizar señales, a veces se compara con un osciloscopio, que se utiliza principalmente para analizar señales analógicas.

Usos de los Analizadores Lógicos

Los analizadores lógicos son herramientas esenciales en la verificación y localización de averías de circuitos digitales y se utilizan en el desarrollo y fabricación de productos.

En el caso de las entradas de señales múltiples, las características analógicas no se miden, sino que se convierten en 0 y 1 mediante valores umbral antes de procesarlas. Como las señales se tratan como datos digitales, se utilizan en circuitos digitales para lo siguiente:

• Depuración y verificación del funcionamiento del sistema.
• Seguimiento y correlación simultáneos de múltiples señales digitales.
• Detección de violaciones de temporización y transitorios en buses
• Seguimiento de la ejecución de software embebido

Principio de los Analizadores Lógicos

Se coloca una sonda en el punto de medición del sistema bajo prueba (SUT: system under test) y las señales se introducen en el analizador lógico. Las señales captadas se introducen primero en un comparador.

El comparador compara la señal con una tensión umbral (valor umbral) fijada arbitrariamente por el usuario, y si es superior o inferior a la tensión umbral, la señal se transmite a la etapa siguiente como un “1” o un “0”. En otras palabras, tras pasar por el comparador, la señal se trata como una señal digital.

La salida del comparador se emite como una señal digital correspondiente a las condiciones de reloj y disparo. El reloj puede ser el reloj de muestreo interno del analizador lógico o un reloj externo del SUT, dependiendo de la aplicación.

El primero se realiza para obtener información de temporización entre cada señal, el segundo para obtener el estado. Las condiciones de disparo pueden establecerse para varios elementos, como patrones lógicos específicos, recuentos de cualquier número de eventos y duraciones de eventos.

Es importante fijar el umbral adecuado en función del nivel de señal del circuito bajo prueba y establecer las condiciones de reloj y disparo apropiadas para la información que se desea obtener.

Cómo utilizar los Analizadores Lógicos

Conecte la sonda al SUT y establezca nombres para las señales de entrada individuales. En este punto, cuando se miden varias señales, como buses, es más fácil observar los resultados de la medición si se agrupan y registran.

A continuación, determine el tiempo de muestreo de la señal. Cuanto mayor sea la frecuencia del reloj de muestreo, más detallada podrá ser la medición de la señal. Por otro lado, la cantidad de datos que se pueden capturar es constante, por lo que el intervalo de tiempo que se puede observar se hace más estrecho. El intervalo de muestreo de la señal puede calcularse a partir de la siguiente fórmula

Intervalo de Muestreo (seg) = 1/frecuencia (Hz)

Por último, está el ajuste de la condición de disparo. Además de iniciar la medición, el ajuste de la condición de disparo también permite especificar cómo se muestra la pantalla cuando se produce un disparo. Para el método de visualización de la pantalla, puede especificar si se detiene después de un disparo o si actualiza los resultados de la medición cada vez que se produce un disparo.

Más Información sobre los Analizadores Lógicos

1. Diferencias entre Analizadores Lógicos y Osciloscopios

Mientras que los osciloscopios pueden observar características analógicas como las formas de onda de las señales, los analizadores lógicos manejan datos digitales (información) de las señales.

Los osciloscopios proporcionan una mayor cantidad de información a partir de una sola señal, pero sólo pueden observar unas cuatro señales (cuatro canales) simultáneamente, mientras que los analizadores lógicos se caracterizan por su capacidad para manejar un gran número de señales de entrada simultáneamente. 

2. Puntos a Tener en Cuenta al utilizar un Analizador Lógico

Al utilizar un analizador lógico deben tomarse una serie de precauciones que conviene conocer para evitar fallos de funcionamiento del TUE o del analizador lógico y obtener resultados de medida correctos.

Asegúrese de que el USE esté apagado
Al conectar una sonda al terminal, existe el riesgo de contacto entre el punto de medición y su entorno a través de la sonda; si el terminal está bajo tensión, puede fluir una corriente importante en ese momento y provocar un fallo. Por lo tanto, tenga siempre en cuenta que el USE debe recibir tensión después de conectar las sondas.

Selección de la Sonda Adecuada para la Aplicación
Las sondas incluyen sondas de cable volante, en las que se conecta un cable independiente para cada señal que se va a medir, sondas de conector, que se conectan a un conector dedicado del analizador lógico, y sondas sin conector, que se conectan directamente a la huella de la placa. Seleccione la sonda en función de la aplicación.

Configure las Condiciones de Medida en Función de la Aplicación
Ajustar el reloj de muestreo y el tiempo de registro en función de la frecuencia de cambio de la señal a medir y del rango de medida. En función de las prestaciones del analizador lógico, seleccionar los ajustes y el modelo para obtener resultados de medida correctos en función de la resolución y la capacidad de memoria.

¿Qué es un Transformador de Alta Tensión?

Un transformador de alta tensión es un dispositivo que tiene la capacidad de transformar una tensión de entrada elevada en una tensión de salida reducida o aumentada.

El transformador, también conocido como transformador eléctrico, es un dispositivo diseñado para cambiar la tensión de una corriente eléctrica de entrada y convertirla en una tensión de salida diferente. Cuando la tensión de salida es menor que la de entrada, se dice que el transformador actúa como reductor de tensión. Por otro lado, cuando la tensión de salida es mayor que la de entrada, el transformador se denomina elevador de tensión. Las tensiones de alimentación se dividen en categorías, como baja tensión, alta tensión y alta tensión especial. La alta tensión se refiere a tensiones de corriente alterna (CA) que oscilan entre 600 V y 7 kV.

Usos de los Transformadores de Alta Tensión

Por lo general, los transformadores de alta tensión se utilizan para suministrar energía a grandes instalaciones con un elevado consumo eléctrico, como fábricas, hospitales e instalaciones comerciales.

La electricidad generada en las centrales eléctricas es de muy alta tensión, con tensiones de decenas de miles de voltios. No puede utilizarse si se transmite directamente al usuario. Sin embargo, desde el punto de vista de la eficacia de la transmisión, la energía se transmite a alta tensión y baja corriente en las proximidades de la fuente de suministro, y luego se reduce a una tensión que pueda ser utilizada por un transformador.

Los transformadores de alta tensión suelen estar integrados en instalaciones receptoras de energía de alta tensión denominadas celdas y se sitúan en los tejados.

Principio de los Transformadores de Alta Tensión

Un transformador consta de dos bobinas. Las dos bobinas están separadas eléctricamente pero conectadas magnéticamente por un núcleo de hierro.

La bobina del lado de entrada es la bobina primaria y la del lado de salida es la bobina secundaria. Cuando circula corriente por la bobina primaria, se genera un flujo magnético según la ley de Ampere. Este flujo magnético se transmite a través del núcleo de hierro a la bobina secundaria, donde se genera una tensión en función del número de espiras de la bobina según la ley de Faraday de inducción electromagnética. Así, utilizando la bobina y el núcleo de hierro, se puede convertir la tensión entre la fuente de alimentación de entrada y la de salida.

Más Información sobre los Transformadores de Alta Tensión

1. Sistema de Refrigeración de los Transformadores de Alta Tensión

Dado que en el interior del transformador se genera calor como consecuencia de las pérdidas de potencia, se introduce un sistema de refrigeración. Existen dos métodos de refrigeración: el método lleno de aceite, en el que los devanados se refrigeran con aceite aislante, y el método moldeado, en el que no se utiliza aceite.

Los transformadores de alta tensión se utilizan en instalaciones en las que se requieren medidas estrictas de prevención de catástrofes, por lo que se suele emplear el “método moldeado”, ya que presenta un menor riesgo de incendio. En el caso de los transformadores rellenos de aceite, se utiliza petróleo de clase 3 como aceite aislante. Tenga en cuenta que a medida que aumenta la capacidad de los transformadores de alta tensión y la cantidad de aceite supera los 400 litros, el aceite por sí solo está regulado por la Ley de Servicios contra Incendios como sustancia peligrosa.

A medida que aumenta la capacidad, resulta más difícil utilizar transformadores autorrefrigerantes, por lo que se utilizan sistemas de circulación forzada.

2. Precio de los Transformadores de Alta Tensión

Los transformadores de alta tensión son relativamente baratos entre los equipos industriales debido a su sencillo mecanismo. Para los transformadores con una tensión temporal general de 6.600 V/3.300 V y una tensión secundaria de 400 V/200 V/105 V, existen productos de catálogo de diversas empresas de electricidad pesada.

Se considera que los productos de catálogo tienen un límite superior de unos 2.000 kVA, por encima del cual se fabrican por encargo. Los transformadores autorrefrigerantes rellenos de aceite se consideran costosos, con precios que varían desde cantidades significativas para los de varias decenas de kVA, hasta montos considerablemente más altos para los de 2.000 kVA (a partir de 2021). Los sistemas moldeados se encuentran en una categoría aún más cara en comparación.

Los precios anteriores corresponden a transformadores reductores generales, pero como las especificaciones especiales se hacen por encargo, es necesario consultar los precios con las empresas de maquinaria eléctrica pesada.

3. Capacidad de los Transformadores de Alta Tensión

La capacidad de un transformador de alta tensión viene determinada por el valor de corriente admisible de los devanados y la capacidad del núcleo de hierro magnético. Si por los devanados circula una corriente superior al valor admisible, el transformador se protege mediante un relé de sobreintensidad, ya que esto puede provocar la rotura del transformador.

La capacidad de un motor trifásico, por ejemplo, se mide en kW (kilovatios), mientras que la capacidad de un transformador de alta tensión se mide en kVA (kVA). Los productos de catálogo para transformadores de alta tensión monofásicos de tres hilos tienen un límite superior en torno a 300 kVA, mientras que los transformadores trifásicos de 400 V/200 V tienen un límite superior de 2.000 kVA.

Si se utiliza un tipo de cubículo, el límite superior para los productos comerciales es de unos 750 kVA debido al tamaño del recinto y a la capacidad de refrigeración.

4. Factor de Potencia de los Transformadores de Alta Tensión

Es importante tener en cuenta que la capacidad de trabajo de un transformador de alta tensión está influenciada por el factor de potencia de la carga. Cuanto más alejado esté el factor de potencia de 1, menor será la capacidad de trabajo disponible. Para utilizar el transformador de alta tensión a su máxima capacidad sin desperdicio, se recomienda mantener el factor de potencia en el secundario del transformador en 1.

En el caso de maquinaria industrial con múltiples motores, es común que el factor de potencia tienda a ser retardado. Para compensar esto, se suelen utilizar condensadores de potencia conectados en paralelo a la carga como medida general.

Los transformadores de alta tensión están diseñados para lograr una eficiencia óptima con cargas alrededor del 60%. Por lo tanto, es importante seleccionar un condensador con suficiente margen para que la capacidad utilizada se encuentre normalmente en torno al 60%.