Cómo utilizar la sonda del osciloscopio: consejos sobre las sondas para osciloscopios

Realizar la compensación de sondas de osciloscopio pasivas

La compensación de las sondas pasivases fundamental para garantizar la precisión y la fiabilidadde las medidas del osciloscopio. Si el osciloscopio se conecta a una sonda pasiva sin una compensación correcta, esto puede dar como resultado representaciones de distorsionadas e inexactas de la forma de onda. Esta distorsión es especialmente pronunciada a altas frecuencias, y repercute en la fidelidad de las señales medidas. La adaptación precisa de la capacidad eléctrica de la sonda mediante la compensación permite alcanzar una respuesta de frecuencia plana y exacta, especialmente en todo el ancho de banda del osciloscopio.

El proceso de compensación incluye un ajuste de la capacidad eléctrica variabledentro de la sonda pasiva para contrarrestar la capacidad eléctrica inherente de la entrada del osciloscopio. La mayoría de los osciloscopios cuentan con un generador de ondas cuadradas de 1000 Hz integrado para la compensación de sondas.

• Paso 1:conecte la punta de sonda a la fuente de la señal.
• Paso 2:conecte el cable de puesta a tierra de la sonda a la toma de tierra.
• Paso 3:configure el osciloscopio para visualizar la salida de compensación de la sonda.
• Paso 4:inserte una herramienta no conductora en el pequeño orificio del módulo de compensación de sondas.
• Paso 5:gire esta herramienta para ajustar la capacidad eléctrica de la sonda hasta que la onda cuadrada visualizada se muestre lo más rectangular posible.

La sonda está correctamente compensada cuando los extremos superiores de la señal de compensación visualizada se muestran más o menos horizontales. Las sondas sobrecompensadas muestran un sobreimpulso en el flanco delantero de la señal, y las infracompensadas muestran un subimpulso en el flanco delantero. Para solucionarlo hay que ajustar el condensador de compensación hasta que los flancos de la forma de onda se vean claramente rectangulares. Generalmente, para este ajuste fino basta con una pequeña fracción de rotación.

Utilizar cables de puesta a tierra lo más cortos posible con sondas de osciloscopio pasivas

Otra recomendación importante a la hora de utilizar sondas pasivas consiste en reducir al máximo la longitud de la conexión a tierra. Las sondas pasivas funcionan en modo de «terminación única»: miden la tensión en relación a masa y requieren una conexión a tierra sólida. Esta conexión se establece normalmente a través de un cable de puesta a tierra con una pinza de cocodrilo, y es importante que este cable sea lo más corto posible. Los cables de tierra largos provocan una inductancia en la señal medida, lo que repercute en los componentes de frecuencia más alta y puede provocar una sobreoscilación, un sobreimpulso o un subimpulsoen las señales de onda cuadrada. Tenga en cuenta que si hay un punto de puesta a tierra cerca del punto de medida, con un cable de puesta a tierra con resorte insertable puede reducir todavía más la longitud de la conexión a tierra.

Seleccionar la impedancia de entrada correcta

Pasemos ahora a la configuración de la impedancia de entrada del canal. En determinados osciloscopios, el usuario puede elegir flexiblemente entre una impedancia de entrada de 50 ohmios y de 1 megaohmio. La selección de una impedancia de entrada que coincida con la impedancia de la fuente de señal o la configuración de sondeo se denomina «terminación adaptada». Esto se realiza por canales, a través de la interfaz del osciloscopio. La impedancia «estándar» para la entrada de un osciloscopio está ajustada normalmente en 1 megaohmio, que es el ajuste adecuado para trabajar con sondas pasivas.

Sin embargo, si se emplean sondas activaso una conexión directa mediante un cable BNC, entonces entra en juego la terminación adaptada opcional de 50 ohmios. Muchos instrumentos de test y medida, así como equipos de RF, utilizan 50 ohmios como terminación adaptada estándar. Seleccionar la impedancia de entrada correcta es fundamental, ya que un ajuste incorrecto puede afectar a la amplitud de la señal medida. Por ejemplo, si se ajusta la terminación a 1 megaohmio en lugar de 50 ohmios puede provocar que se observe el doble de la tensión esperada.

Como apunte final, es conveniente recordar que la tensión de entrada máxima segura puede diferir considerablemente entre dos terminaciones adaptadas. El ajuste de la terminación adaptada a 50 ohmios en lugar de 1 megaohmio acarrea a menudo un umbral más bajo para la tensión de entrada máxima segura. Algunos osciloscopios no admiten de forma nativa la terminación adaptada de 50 ohmios, pero en estos casos se pueden utilizar adaptadores especiales de conector de pasopara aportar la terminación adaptada de 50 ohmios si es necesario.

Sondas de corriente con desmagnetización y de puesta a cero

Pasemos ahora a las sondas de corriente: es importante saber que el sensor ferromagnético de una sonda de corriente tiene un potencial de retención del magnetismo o «flujo»incluso sin corriente. Este fenómeno es común y ocurre a menudo cuando se ha utilizado una sonda para medir una corriente que se enciende y apaga. El magnetismo persistente puede provocar una desviación (offset)e influir en la exactitud de medida. Para resolverlo, la mayoría de las sondas de corriente están provistas de una función de desmagnetización o «degauss», que se puede activar directamente en la sonda o a través de la interfaz de usuario del osciloscopio.

Al iniciarla, la función de desmagnetización genera una forma de onda especial, que crea un campo magnético aleatorio que «arrastra» cualquier magnetismo residual de la sonda. Esto suele ser un proceso muy rápidoque finaliza en pocos segundos. Por tanto, es recomendable desmagnetizar las sondas de corriente tanto antes de la puesta a cero como antes de realizar las medidas.

Utilizar varios devanados para mejorar la sensibilidad

Este consejo es también muy útil a la hora de utilizar sondas de corriente: el conductor se puede arrollar a través de la sonda varias veces para mejorar la sensibilidad de medida. La sensibilidad de la sonda aumenta de forma linealcon el número de arrollamientos. Por ejemplo, si se arrolla el conductor cuatro veces, la sensibilidad aumenta en un factor de cuatro. Puesto que el osciloscopio no puede determinar automáticamente el número de arrollamientos, se deberá introducir manualmenteel valor de escala correspondiente.

Estos arrollamientos aumentan la impedancia de inserción de forma considerable (multiplicando al cuadrado el número de arrollamientos), pero el impacto en las medidas con niveles bajos de corriente es insignificante. El aumento de la impedancia de inserción es relativamente bajoy no afecta de forma perceptible a la precisión de medida.

Compensación de sesgo en sondas para medidas de potencia

Para las medidas de potencia se utilizan a menudo sondas de corriente con sondas de tensión. El motivo es que, para obtener evaluaciones precisas de potencia, es necesario medir tanto la tensión como la corriente. Sin embargo, las discrepancias en los tiempos de propagación a través de los conductores de la sonda pueden inducir un offset de tiempo o «sesgo» entre las formas de onda de tensión y corriente medidas, lo que puede dar lugar a una inexactitud de los valores de potencia medidos.

La solución es utilizar adaptadores especiales de compensación de sesgo, que detectan y compensan el sesgo generando pulsos de tensión y de corriente alineados en el tiempo. Estos pulsos sincronizados se miden de forma paralela con sondas de corriente y de tensión conectadas. Si las formas de onda medidas muestran un sesgo, se puede introducir en el osciloscopio un valor de compensación de sesgo o un valor de offset de tiempo adecuado. Esta corrección vuelve a alinear las formas de onda de corriente y tensión, mejorando así la precisión de medida.

Utilizar sondas diferenciales para realizar medidas flotantes

Las sondas para osciloscopios miden generalmente la tensión en relación a masa; esto se denomina una «medida de terminación única». Sin embargo, a veces también es necesario realizar «medidas diferenciales» para medir la tensión en componentes que no están conectados a tierra. Estas medidas se suelen llamar «medidas flotantes».

Una forma de realizar una medida diferencial consiste en utilizar dos sondas de terminación única, que miden con respecto a masa en dos puntos, y a continuación sustraer dichas tensiones en el osciloscopio. Esto se conoce como medida «cuasidiferencial».

Otro método más efectivo es emplear una sonda diferencial dedicada, equipada con un amplificador diferencial interno. Esta sonda produce una tensión correspondiente a la diferencia entre las tensiones de los dos puntos de conexión. Las sondas diferenciales son especialmente eficaces para medidas flotantes por varias razones:

• pueden medir la tensión entre dos puntos aleatorios
• ofrecen una mayor precisión gracias al rechazo de ruido en modo común, es decir, el ruido común en ambas entradas
• son esenciales para proteger a los equipos y a los operarios de altas corrientes resultantes de conexiones a tierra accidentales o involuntarias

Utilizar sondas activas para medidas exigentes

Para finalizar, nuestro último consejo es: utilice una sonda activa para las medidas más exigentes. Como se ha indicado antes, las sondas activas tienen componentes de potencia, generalmente un transistor de efecto de campo (FET)en la punta de sonda. El diseño de las sondas activas da como resultado una capacitancia de entrada considerablemente inferioren comparación con las sondas pasivas. Esta capacidad eléctrica reducida se traduce en dos ventajas sustanciales:

• reduce al mínimo la carga del circuito, y facilita así una reproducción más fidedigna de la señal medida en el osciloscopio con un menor impacto en la operación del circuito
• proporciona un mayor ancho de banda, esencial para medir con precisión señales de alta velocidad, especialmente aquellas que presentan grandes componentes de alta frecuencia, como ondas cuadradas o pulsadas

Además, algunas sondas activas pueden aplicar un offset sustanciala la señal. Esta función resulta sumamente útil al medir señales de CA pequeñas superpuestas a señales de CC más intensas, como el rizado en fuentes de alimentación.