Si voleu muntar un laboratori d'electrònica, una de les eines imprescindibles que no haurien de faltar són els oscil·loscopis. Amb ells no només pots prendre algunes mesures com amb els polímetres, sinó que també veuràs resultats molt gràfics sobre senyals analògics i digitals. Sens dubte una de les eines més professionals i usades als laboratoris electrònics, i que aquí et mostrarem què és exactament, com triar el més adequat per a tu, i et recomanem algunes marques i models amb la millor relació qualitat-preu.
Els millors oscil·loscopis
Si no saps quin aparell comprar, aquí tens una selecció amb els millors oscil·loscopis que pots comprar. I n'hi ha per a principiants, makers i professionals, amb rangs de preus molt variats. Per a aquesta selecció, he seleccionat les 3 millors marques, i de cadascuna s'ofereixen 3 models diferents: una opció més barata i econòmica per a principiants i aficionats, una gamma intermèdia i una opció més cara per a professionals.
Marca Rigol
Rigol DS1102Z-E (millor preu)
Rigol té alguns dels millors oscil·loscopis digitals que pots trobar, com aquest model de tipus digital, amb 2 canals, 100 Mhz, 1 GSa/s, 24 Mpts i 8-bits. Permet fer zoom en una part seleccionada, capacitat per desplaçar-se, fantàstica connectivitat, velocitat de captura d'ona fins a 30.000 wfms/s, capacitat per mostrar i analitzar fins a 60.000 formes d'ona registrades. Tot visible a la seva gran pantalla de 7″ a color amb panell TFT i resolució WVGA (800×480 px), brillantor ajustable, rang d'escala vertical 1mV/div a 10V/div, connexió USB, 2 sondes i cables inclosos, etc. .
Rigol DS1054Z (gamma intermèdia)
No s'ha trobat cap producte.
Aquest és un altre dels millors oscil·loscopis digitals. Rigol ha creat un aparell fantàstic amb 4 canals en comptes de dos com l'anterior. Amb característiques realment interessants, com els seus 150 Mhz, 24Mpts, 1Gsa/s, 30000 wfms/s, a més de disposar de triggers, descodificació, suport per a diferents trets, connexió USB, i compartint moltes altres característiques amb l'anterior, com la seva pantalla de 7 polzades i resolució de 800×480 px, rang d'escala, etc. Mesurarà automàticament fins a 37 paàmetres de la forma d'ona, amb estadístiques sobre temps de pujada i baixada, amplitud d'ona, amplada dels polsos, cicle de treball, etc.
Rigol MSO5204 (millor per a ús professional)
Rigol MSO5204 és un altre dels oscil·loscopis professionals més interessants. Aquest aparell ve amb 4 canals, 200 Mhz, 8 GSa/s, 100 Mpts, i 500000 wfms/s. Inclou pantalla tàctil (multitàctic) de 9″ a color, amb panell LCD capacitiu, i un fantàstic maquinari potent. Captarà i representarà fins al detall més mínim. Aquesta pantalla té una magnífica resolució, amb estabilitat de color, i fins a 256 nivells per ajustar. Podrà mesurar automàticament en memòria fins a 41 paràmetres de forma d'ona diferents. En aquest cas, podràs fer servir diferents interfícies, com LAN, USB, HDMI, etc.
Marca Hantek
Hantek 6022BE (digital barat)
Aquest Hantek és molt barat, digital, i que es connecta mitjançant USB al PC. No inclou pantalla, però sí un programari (inclòs en un CD) per instal·lar al Windows i poder fer les visualitzacions a través de la pantalla del teu ordinador amb aquest programari. Està dissenyat en alumini anoditzat de gran qualitat. Té 48 MSa/s, ample de banda de 20 Mhz, i 2 canals (16 lògics).
Hantek DSO5102P (gamma intermèdia)
Aquest altre oscil·loscopi de la marca Hantek sí que té pantalla a color, amb una mida de 17,78 cm de diagonal i resolució WVGA de 800×480 px. Té connector USB, 2 canals, 1GSa/s per mostreig en temps real, 100 Mhz d'amplada de banda, longitud de fins a 40 K, quatre funcions matemàtiques per triar, modes de tret vora/amplada de pols/línia seleccionable/bazofia/overtime , etc. Sinclou un programari per a PC danàlisi en temps real.
Hantek 6254BD (millor digital per a ús professional)
Hantek també té aquest altre model, un dels millors oscil·loscopis per a ús professional. Una opció digital, amb connexió USB, 250 Mhz, 1 GSa/s, 4 canals, forma d'ona arbitrària, sensibilitat de la seva entrada de fins a 2 mV-10V/div, fàcil de portar, fàcil d'instal·lar (Plug & Play), molt complet i amb funcions avançades, creat amb alumini anoditzat per a la carcassa, i amb possibilitat de visualitzar, emmagatzemar, i realitzar tot tipus d'operacions a la pantalla del PC gràcies al seu programari.
Marca Siglent
Siglent SDS 1102CML (opció més assequible)
Aquest altre és dels més assequibles que pots aconseguir sota la marca Siglent. Aquests models d'oscil·loscopis compten amb una pantalla LCD TFT de 7″ a color, amb resolució de 480×234 px, interfície USB, amb programari per a PC per poder visualitzar i analitzar-ho tot a través de la pantalla de forma remota, 150 Mhz d'amplada de banda, 1 GSa/s, 2 Mpts, i amb doble canal.
Siglent Sèrie SDS1000X-U (gamma intermèdia)
És el model intermedi de Siglent, amb 4 canals, tipus digital, 100 Mhz d'amplada de banda, 14 Mpts, 1 GSa/s, una pantalla de 7 polzades tipus TFT LCD amb resolució de 800×480 px, superfosforat, amb descodificadors per diverses interfícies, molt fàcil d'usar gràcies al seu panell frontal, nou sistema amb tecnologia SPO per millorar la fidelitat i el rendiment, sensibilitat elevada, baixa fluctuació, captures de fins a 400000 wfmps, ajustable en intensitat en 256 nivells, mode de visualització de la temperatura de color, etc.
Siglent Serie SDS2000X Plus (millor per a ús professional)
Si voleu un Siglent d'ús professional, aquest altre model és el que busqueu. Un aparell amb una enorme pantalla de 10.1″ multitàctil per monitoritzar els senyals i dades. Amb disparador intel·ligent (vora, pendent, pols, finestra, runt, interval, abandó, patró i vídeo). Posseeix 4 canals i 16 bits digitals, 350 Mhz d'amplada de banda, 200 Mpts de profunditat de memòria, precisió de voltatges d'entre 0.5 mV/div a 10V/div, diverses maneres, 2 GSa/s, i capacitat per a 500.000 wfm/ s, 256 nivells d'intensitat graduables, visualització de temperatura de color, tecnologia SPO per millorar-ne la fiabilitat, i ple de funcions avançades.
Oscil·loscopis portàtils
Siglent Sèrie SHS800 (oscil·loscopi portàtil professional)
Un oscil·loscopi portàtil professional amb 2 canals, 200 Mhz d'ample de banda, 32 Kpts de profunditat de memòria, pantalla de 6000 comptes per a mesurament precís, gràfics de tendències de fins a 32 mesuraments, abast de 800 K punts, 24 hores de temps d'enregistrament , i una gran autonomia. A més, té un temps d'enregistrament de 0.05 Sa/s.
HanMatek H052 (millor relació qualitat-preu)
Un oscil·loscopi de mida mini amb pantalla TFT de 3.5″, amb funció de multímetre (2 en 1). La pantalla està retroil·luminada, té funció d'autocalibració, amb fins a 7 mitges automàtiques, fins a 10000 wfms/s, 50 Mhz, 250 MSa/s, 8K punts d'enregistrament, valors efectius en temps real, entrades independents de multímetre i oscil·loscopi, interfície USB -C per a alimentació i càrrega, etc.
Què és un oscil·loscopi?
Els oscil·loscopis són instruments electrònics que s'usen per representar a la pantalla LCD les diferents variables elèctriques d'un circuit, generalment senyals que varien amb el temps representats a un eix de coordenades (X per a l'eix temporal per veure l'evolució del senyal ia l'eix Y es representa l'amplitud del senyal en volts, per exemple). Són imprescindibles al camp de l'electrònica per analitzar circuits i comprovar valors dels senyals (analògic o digital), així com el comportament que té.
Els oscil·loscopis tenen sondes o puntes amb què poder obtenir els senyals del circuit que s'estudia. L'electrònica de l'oscil·loscopi s'encarregarà de representar-les de forma visual a la pantalla, comprovant cada cert temps els canvis (mostreig), i mitjançant els controls de tret es permetrà estabilitzar i mostrar formes d'ona repetitiva.
- Mostreig: és el procés per convertir una part d'un senyal entrant en un nombre de valors elèctrics discrets per poder emmagatzemar-lo en una memòria, processar-lo i visualitzar-lo representant-lo a la pantalla. La magnitud de cada punt de la mostra serà igual a l'amplitud del senyal d'entrada en el moment en què el senyal és mostrejat. Aquests punts marcats en pantalla es poden interpretar en forma d'ona mitjançant un procés conegut com a interpolació, connectant aquests punts per formar línies o vectors.
- Trets: serveixen per estabilitzar i mostrar una forma d'ona repetitiva. Hi ha diversos tipus com el tret per flanc, determinant si el flanc és ascendent o descendent en un senyal ideal per a senyals quadrats o digitals. També es pot fer servir tret per ample de pols per analitzar senyals més complexes. També hi ha altres maneres, com el tret únic, en què l'oscil·loscopi només mostrarà un traç quan el senyal d'entrada compleixi les condicions establertes per al tret, actualitzant la pantalla i congelant-la per mantenir el traç.
Paràmetres de senyal
Els oscil·loscopis poden mesurar una sèrie de paràmetres de senyal que has de conèixer:
- Valor eficaç
- valor màxim
- valor mínim
- Valor de pic a pic
- Freqüència del senyal (tant baixa com alta)
- Període del senyal
- Suma de senyals
- Temps de pujada i baixada del senyal
- Separar el senyal del soroll que pugui tenir acoblat
- Calcula temps de propagació en circuits microelectrònics
- Calculeu la FFT d'un senyal
- Veure canvis d'impedància
Parts de l'oscil·loscopi
Quant a les parts fonamentals d'un oscil·loscopi que has de conèixer per poder-lo manejar són:
- Pantalla: és el sistema de representació dels senyals i valors. Aquesta pantalla solia ser CRT als antics oscil·loscopis, encara que als moderns ja és una pantalla LCD TFT digital. Aquestes pantalles poden ser de diferents mides, i amb diferents resolucions, com ara VGA, WXGA, etc.
- Sistema vertical: s'encarrega de proporcionar al sistema de representació la informació del senyal per a l'eix Y o l'eix vertical. Se sol representar al frontal de l'oscil·loscopi i té la seva pròpia zona de controls etiquetada com a VERTICAL. Per exemple:
- Escala o guany vertical: ajusta la sensibilitat vertical o constant en volts/divisió. Hi haurà un control per cadascun dels canals que tingui l'oscil·loscopi. Per exemple, si tries 5 V/div llavors cadascuna de les divisions de la pantalla representarà 5 volts. Ho has d'ajustar en funció del voltatge del senyal, perquè es pugui representar adequadament a la gràfica.
- Menú: permet triar entre diferents configuracions del canal triat, com a impedància d'entrada (1x, 10x,…), acoblament de senyal (GND, DC, AC), guany, limitacions d'amplada de banda, inversió de canal (inverteix la polaritat), etc.
- Posició: és el comandament emprat per desplaçar la traça del senyal en sentit vertical i situar-lo on vulguis.
- FFT: Transformada Ràpida de Fourier, una opció per fer servir una funció matemàtica per realitzar una anàlisi espectral del senyal. Així podràs veure el senyal descompost en freqüència fonamental i harmònics.
- Matemàtiques: els oscil·loscopis digitals també solen incloure aquest ajustament per triar diverses operacions matemàtiques per aplicar als senyals.
- Sistema horitzontal: són les dades representades de forma horitzontal, amb un generador d'escombratge usat per controlar les velocitats d'escombrada i que es pot ajustar en temps (ns, µs, ms, segons, etc.). Tots els ajustaments o controls per a aquest eix X s'agrupen en una zona etiquetada com a HORITZONTAL. Per exemple, segons el model podeu trobar:
- Posició: permet desplaçar els senyals per l'eix X per ajustar-los, per exemple, situar un senyal a l'inici d'un cicle, etc.
- Escala: aquí és on es pot ajustar la unitat de temps per divisió de pantalla (s/div). Per exemple, en podeu fer servir una de 1 ms/div, cosa que farà que cada divisió de la gràfica representi un lapse d'un mil·lisegon. Es poden fer servir nanosegons, microsegons, mil·lisegons, segons, etc., depenent de la sensibilitat i escala admesa pel model. Aquest control es pot entendre també com una mena de zoom, per analitzar detalls més minuciosos d'un senyal en un moment més petit.
- Adquisició: les dades adquirides es converteixen a format digital, i això es pot realitzar en 3 modes possibles i afectaran el mostreig, és a dir, la rapidesa amb què s'adquireixen les dades. Les tres maneres són:
- Mostreig: pren mostres del senyal dentrada a intervals regulars de temps, però podria perdre algunes variacions ràpides del senyal.
- Mitjana: és una manera molt recomanable per quan s'adquireixen una sèrie formes d'ones, realitzant una mitjana de totes i mostrant a la pantalla el senyal resultant.
- Detecció de becs: l'apropiat si voleu reduir el soroll acoblat que pot tenir un senyal. En aquest cas, l'oscil·loscopi cercarà valors màxims i mínims d'un senyal entrant, representant així el senyal en polsos. No obstant això, cal anar amb compte, ja que en aquest mode el soroll acoblat pot semblar més gran del que realment és.
- gallet: el sistema de tret indica quan volem que comenci a dibuixar el senyal en pantalla. Per exemple, imagina que has fet servir una escala de temps en base 1 µsi la gràfica de l'eix X de temps té 10 divisions horitzontals, llavors l'oscil·loscopi traçarà 100.000 gràfiques per minut, i si cadascú comença en un punt diferent seria un caos. Perquè això no passi, en aquesta secció s'hi pot actuar. Alguns controls són:
- Menú: seleccionador per a les diferents opcions o modes de tret possibles (manual, automàtic,…).
- Level o Nivell: aquest potenciòmetre permet regular el nivell de tret per a un senyal.
- Force Trigger: força el tret en el moment de prémer-lo.
- Sondes: són els terminals o punts de prova que estaran en contacte amb les parts del dispositiu o circuit que es volen analitzar. Han de ser adequades, si no, el mateix cable que connecta la sonda amb l'oscil·loscopi podria actuar d'antena i captar senyals paràsits de telèfons propers, aparells electrònics, ràdio, etc. Moltes sondes vénen amb un potenciòmetre per compensar aquests problemes i necessiten calibratge perquè mostrin valors correctes en pantalla, en consonància amb les escales triades als eixos de la pantalla.
Seguretat dels oscil·loscopis
Un altre aspecte important quan es farà servir un oscil·loscopi en un laboratori és tenir molt presents les mesures de seguretat per no acabar danyant l'aparell o amb accidents que et puguin afectar. Sempre és imprescindible llegir el manual del fabricant per respectar les recomanacions de seguretat i ús. Algunes normes genèriques comunes a tots els models són:
- Evita treballar en ambients amb productes inflamables o explosius.
- Fes servir equip de protecció per evitar cremades o electrocucions.
- Posa a terra totes les masses, tant la de la sonda de l'oscil·loscopi com la del circuit a provar.
- No toquis els components del circuit o les puntes nues de les sondes que tenen càrrega.
- Sempre connectar lequip a una xarxa dalimentació segura i amb presa de terra.
aplicacions
Si encara no el trobes una aplicació a aquest aparell, hauries de saber tot el que et permet realitzar els oscil·loscopis al teu laboratori d'electrònica:
- Mesurar amplitud de senyal
- Mesurar freqüències
- Mesurar impulsos
- Mesurar cicles
- Mitjana del desfasament de dos senyals
- Mesuraments XY usant figures de Lissajous
Bé, i això expressat de manera més pràctica, et pot servir per:
- Comprovar components electrònics, cables o busos
- Diagnosticar problemes en un circuit
- Comprovar els senyals analògics o digitals en un circuit
- Determinar la qualitat dels senyals electrònics en sistemes crítics
- Enginyeria inversa de dispositius electrònics
- I fins i tot els oscil·loscopis poden anar més enllà de l'electrònica i utilitzar les seves propietats de mesurar certs senyals elèctrics per modificar-los i que monitoritzin paràmetres biomèdics de pacients en un hospital, com la seva pressió arterial, ritme respiratori, activitat elèctrica de nervis, etc. També es pot fer servir per mesurar potència de so, vibracions i més
Tipus d'oscil·loscopis
Hi han diferents tipus d'oscil·loscopis. Per exemple, segons segons la forma de prendre els mesuraments del senyal tenim:
- analògics: la tensió que mesura les sondes serà plasmada a la pantalla CRT, sense transformacions d'analògic a digital. En aquests es capten senyals periòdics, mentre els fenòmens transitoris no solen plasmar-se en pantalla, tret que es repeteixin de forma periòdica. A més, aquest tipus d'oscil·loscopi té limitacions, com que no capta senyals que no siguin periòdics, en captar senyals molt ràpids redueixen la brillantor de la pantalla a causa de la disminució de la taxa de refresc, i els senyals massa lents no formaran traços (només es pot als tubs d'alta persistència).
- Digitals: similar als anteriors, però adquireixen el senyal analògic per la sonda i el converteix en digital mitjançant un ADC (Conversor A/D), que serà processat de forma digital i mostrada a la pantalla. Actualment són els més estesos atesos els seus avantatges, com la de poder connectar al PC per analitzar mitjançant programari els resultats, emmagatzemar-los, etc. D'altra banda, gràcies a la seva circuiteria poden afegir funcions de què els analògics no tenen, com el mesurament automàtic de valors pic, de flancs o intervals, captura de transitoris, i càlculs avançats com FFT, etc.
També es poden catalogar segons la seva portabilitat o ús:
- Oscil·loscopi portàtil: són instruments compactes i lleugers, per facilitar portar-los d'un lloc a un altre per fer els mesuraments. Poden ser interessants per a tècnics.
- Oscil·loscopi de laboratori o industrial: són més grans, aparells de banc, molt més potents i pensats per deixar-los en un lloc fix.
D'altra banda, segons la tecnologia emprada, també es podrien distingir entre:
- DSO (Digital Storage Oscilloscope): aquest oscil·loscopi demmagatzematge digital utilitza un sistema de processament en sèrie. És el tipus més comú dins dels oscil·loscopis digitals. Poden capturar esdeveniments transitoris, emmagatzemar-los en fitxers, analitzar-los, etc.
- DPO (Digital Phosphor Oscilloscope): aquests no poden mostrar el nivell d'intensitat d'un senyal en temps real com passa als analògics, però que els DSO no poden. Per això es va crear el DPO que seguia sent digital però solucionava aquest problema. Aquests permeten una captura i anàlisi del senyal més ràpid.
- De mostreig: intercanvia una amplada de banda més alta per un rang dinàmic més baix. L'entrada no està atenuada ni amplificada, podent utilitzar un rang complet de senyal. Aquest tipus d'oscil·loscopi digital només funcionen amb senyals repetitius, i no poden capturar els transitoris més enllà de la freqüència de mostreig normal.
- MSO (Mixed Signal Oscilloscope): són una hibridació entre els DPO i un analitzador lògic de 16 canals, incloent descodificació i activació del protocol de bus paral·lel-sèrie. Són els millors per verificar i depurar circuits digitals.
- Basats en PC: també conegut com a oscil·loscopi USB, ja que no tenen pantalla, sinó que es basen en un programari per mostrar els resultats des d'un PC al qual estan connectats.
Encara que hi pot haver altres tipus, aquests són els més populars, i els que generalment trobaràs.
Com triar el millor oscil·loscopi
A l'hora de triar un bon oscil·loscopi, hauríeu de tenir en compte algunes de les següents característiques. D'aquesta manera, podràs escollir els millors i més adequats per al teu ús:
- Per què vols l'oscil·loscopi? És important determinar per què l'usaràs, ja que no és el mateix un oscil·loscopi per analitzar circuits digitals a nivell lògic, que un per a RF, o que has de transportar d'un lloc a un altre, etc. A més, també és important determinar si ho vols per a ús professional o per a ús com a aficionat. En el primer cas, val la pena invertir una mica més per obtenir un equip més professional i precís. En el segon cas, és millor optar per alguna cosa amb un preu mitjà-baix.
- Pressupost: saber quant tens disponible per invertir al teu equip t'ajudarà a descartar molts models que s'escapen de pressupost i et reduirà el rang de possibilitats.
- Ample de banda (Hz): determina el rang de senyals que pot mesurar. Has de triar l'oscil·loscopi que tingui prou amplada de banda per capturar amb precisió les freqüències més altes dels senyals amb què treballaràs. Recorda la regla del 5, que consisteix a triar un oscil·loscopi que, juntament amb la sonda, ofereixi almenys 5 vegades l'amplada de banda màxima del senyal que sols mesurar per obtenir millors resultats.
- Temps de pujada (= 0.35/Amplada de banda): és essencial per analitzar polsos o ones quadrades, és a dir, senyals digitals. Com més ràpid sigui, més precisió en els mesuraments de temps. Hauries de triar oscil·loscopis amb temps de pujada inferiors a 1/5 vegades el temps de pujada més ràpid del senyal que utilitzaràs.
- Sondes: existeixen alguns oscil·loscopis que tenen diverses sondes especials per a diferents requisits. Molts dels oscil·loscopis actuals solen venir amb sondes passives d'alta impedància i sondes actives per a mesuraments de major freqüència. Per al mitjà rang és millor triar sondes de càrregues capacitives de < 10 pF.
- Taxa o freqüència de mostreig (Sa/so Samples per Second): determina quantes vegades es capturen detalls o valors de l'ona a mesurar per unitat de temps. Com més gran sigui, millor serà la resolució i més ràpid utilitzarà la memòria. Hauries de triar un oscil·loscopi que tingui almenys 5x vegades la freqüència més alta del circuit que analitzaràs.
- Activació o triggering: millor si ofereix trets més avançats per a formes d'ona complexes. Com millor sigui, millor podràs detectar possibles anomalies difícils de localitzar.
- Profunditat de memòria o longitud de registre (pts): com més, millor resolució per a senyals complexos. Indica la quantitat de punts que es poden emmagatzemar a la memòria, és a dir, la capacitat per emmagatzemar resultats previs mentre fas un experiment. La quantitat de lectures es podran registrar i poder veure tots els valors per treure'n conclusions més precises o fer-ne un seguiment.
- Nombre de canals: tria l'oscil·loscopi amb el nombre adequat de canals, com més quantitat de canals, més detalls es poden adquirir. Els analògics solien ser de només 2 canals, mentre que els digitals poden anar de 2 en endavant.
- interfície: hauria de ser tan intuïtiva i senzilla com sigui possible, especialment si ets principiant. Alguns oscil·loscopis avançats només són aptes per a professionals, ja que un usuari amb menys experiència necessitaria estar constantment llegint el manual.
- Analògic vs digital: els digitals són els actuals dominants del mercat pels seus avantatges, com permetre més facilitat, i sense limitacions en la longitud del registre. Per tant, l'opció preferida sens dubte hauria de ser un oscil·loscopi digital per a gairebé tots els casos.
- marques: les millors marques d'oscil·loscopis són Siglent, Hantek, Rigol, Owon, Yeapook, etc. Per tant, comprar un dels models serà garantia de bones prestacions i qualitat.