Si deseas montar un laboratorio de electrónica, una de las herramientas imprescindibles que no deberían faltar son los osciloscopios. Con ellos no solo puedes tomar algunas mediciones como con los polímetros, sino que también verás resultados muy gráficos sobre señales analógicas y digitales. Sin duda una de las herramientas más profesionales y usadas en los laboratorios electrónicos, y que aquí te mostraremos qué es exactamente, cómo elegir el más adecuado para ti, y te recomendamos algunas marcas y modelos con la mejor relación calidad-precio.
Los mejores osciloscopios
Si no sabes qué aparato comprar, aquí tienes una selección con los mejores osciloscopios que puedes comprar. Y los hay para principiantes, makers y profesionales, con rangos de precios muy variados. Para esta selección, he seleccionado las 3 mejores marcas, y de cada una de ellas se ofrecen 3 modelos diferentes: una opción más barata y económica para principiantes y aficionados, una gama intermedia, y una opción más cara para profesionales.
Marca Rigol
Rigol DS1102Z-E (mejor precio)
Rigol tiene algunos de los mejores osciloscopios digitales que puedes encontrar, como este modelo de tipo digital, con 2 canales, 100 Mhz, 1 GSa/s, 24 Mpts y 8-bits. Permite hacer zoom en una parte seleccionada, capacidad para desplazarse, fantástica conectividad, velocidad de captura de onda de hasta 30.000 wfms/s, capacidad para mostrar y analizar hasta 60.000 formas de onda registradas. Todo visible en su gran pantalla de 7″ a color con panel TFT y resolución WVGA (800×480 px), brillo ajustable, rango de escala vertical 1mV/div a 10V/div, conexión USB, 2 sondas y cables incluidos, etc. .
Rigol DS1054Z (gama intermedia)
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Este es otro de los mejores osciloscopios digitales. Rigol ha creado un fantástico aparato con 4 canales en vez de dos como el anterior. Con características realmente interesantes, como sus 150 Mhz, 24Mpts, 1Gsa/s, 30000 wfms/s, además de disponer de triggers, decodificación, soporte para diferentes disparos, conexión USB, y compartiendo otras muchas características con el anterior, como su pantalla de 7 pulgadas y resolución de 800×480 px, su rango de escala, etc. Medirá automáticamente hasta 37 paámetros de la forma de onda, con estadísticas sobre tiempo de subida y bajada, amplitud de onda, anchura de los pulsos, ciclo de trabajo, etc.
Rigol MSO5204 (mejor para uso profesional)
Rigol MSO5204 es otro de los osciloscopios profesionales más interesantes. Este aparato viene con 4 canales, 200 Mhz, 8 GSa/s, 100 Mpts, y 500000 wfms/s. Incluye pantalla táctil (multitáctil) de 9″ a color, con panel LCD capacitivo, y un fantástico hardware potente. Captará y representará hasta el más mínimo detalle. Esta pantalla posee una magnífica resolución, con estabilidad de color, y hasta 256 niveles para ajustar. Podrá medir de forma automática en memoria hasta 41 parámetros de forma de onda diferentes. En este caso, podrás usar diferentes interfaces, como LAN, USB, HDMI, etc.
Marca Hantek
Hantek 6022BE (digital barato)
Este Hantek es muy barato, digital, y que se conecta mediante USB al PC. No incluye pantalla, pero sí un software (incluido en un CD) para instalar en Windows y poder hacer las visualizaciones a través de la pantalla de tu ordenador con este software. Está diseñado en aluminio anodizado de gran calidad. Tiene 48 MSa/s, ancho de banda de 20 Mhz, y 2 canales (16 lógicos).
Hantek DSO5102P (gama intermedia)
Este otro osciloscopio de la marca Hantek sí que tiene pantalla a color, con un tamaño de 17,78 cm de diagonal y resolución WVGA de 800×480 px. Tiene conector USB, 2 canales, 1GSa/s para muestreo en tiempo real, 100 Mhz de ancho de banda, longitud de hasta 40 K, cuatro funciones matemáticas para elegir, modos de disparo borde/ancho de pulso/línea seleccionable/bazofia/overtime, etc. Se incluye un software para PC de análisis en tiempo real.
Hantek 6254BD (mejor digital para uso profesional)
Hantek también tiene este otro modelo, uno de los mejores osciloscopios para uso profesional. Una opción digital, con conexión USB, 250 Mhz, 1 GSa/s, 4 canales, forma de onda arbitraria, sensibilidad de su entrada de hasta 2 mV-10V/div, fácil de llevar, fácil de instalar (Plug & Play), muy completo y con funciones avanzadas, creado con aluminio anodizado para la carcasa, y con posibilidad de visualizar, almacenar, y realizar todo tipo de operaciones en la pantalla del PC gracias a su software.
Marca Siglent
Siglent SDS 1102CML (opción más asequible)
Este otro es de los más asequibles que puedes conseguir bajo la marca Siglent. Estos modelos de osciloscopios cuentan con una pantalla LCD TFT de 7″ a color, con resolución de 480×234 px, interfaz USB, con software para PC para poder visualizar y analizar todo a través de la pantalla de forma remota, 150 Mhz de ancho de banda, 1 GSa/s, 2 Mpts, y con doble canal.
Siglent Serie SDS1000X-U (gama intermedia)
Es el modelo intermedio de Siglent, con 4 canales, tipo digital, 100 Mhz de ancho de banda, 14 Mpts, 1 GSa/s, una pantalla de 7 pulgadas tipo TFT LCD con resolución de 800×480 px, superfosforado, con decodificadores para varias interfaces, muy fácil de usar gracias a su panel frontal, nuevo sistema con tecnología SPO para mejorar la fidelidad y el rendimiento, sensibilidad elevada, baja fluctuación, capturas de hasta 400000 wfmps, ajustable en intensidad en 256 niveles, modo de visualización de la temperatura de color, etc.
Siglent Serie SDS2000X Plus (mejor para uso profesional)
Si quieres un Siglent de uso profesional, este otro modelo es lo que buscas. Un aparato con una enorme pantalla de 10.1″ multitáctil para monitorizar las señales y datos. Con disparador inteligente (borde, pendiente, pulso, ventana, runt, intervalo, abandono, patrón y vídeo). Posee 4 canales y 16 bits digitales, 350 Mhz de ancho de banda, 200 Mpts de profundidad de memoria, precisión de voltajes de entre 0.5 mV/div a 10V/div, varios modos, 2 GSa/s, y capacidad para 500.000 wfm/s, 256 niveles de intensidad graduables, visualización de temperatura de color, tecnología SPO para mejorar la fiabilidad, y repleto de funciones avanzadas.
Osciloscopios portátiles
Siglent Serie SHS800 (osciloscopio portátil profesional)
Un osciloscopio portátil profesional con 2 canales, 200 Mhz de ancho de banda, 32 Kpts de profundidad de memoria, pantalla de 6000 cuentas para medición precisa, gráficos de tendencias de hasta 32 mediciones, alcance de 800 K puntos, 24 horas de tiempo de grabación, y una gran autonomía. Además, tiene un tiempo de grabación de 0.05 Sa/s.
HanMatek H052 (mejor relación calidad-precio)
Un osciloscopio de tamaño mini con pantalla TFT de 3.5″, con función de multímetro (2 en 1). La pantalla está retroiluminada, tiene función de autocalibración, con hasta 7 medias automáticas, hasta 10000 wfms/s, 50 Mhz, 250 MSa/s, 8K puntos de grabación, valores efectivos en tiempo real, entradas independientes de multímetro y osciloscopio, interfaz USB-C para alimentación y carga, etc.
¿Qué es un osciloscopio?
Los osciloscopios son instrumentos electrónicos que se usan para representar en su pantalla LCD las diferentes variables eléctricas de un circuito, generalmente señales que varían con el tiempo representadas en un eje de coordenadas (X para el eje temporal para ver la evolución de la señal y en el eje Y se representa la amplitud de la señal en voltios, por ejemplo). Son imprescindibles en el campo de la electrónica para analizar circuitos y comprobar valores de las señales (analógica o digital), así como el comportamiento que tiene.
Los osciloscopios tienen sondas o puntas con las que poder obtener las señales del circuito que se estudia. La electrónica del osciloscopio se encargará de representarlas de forma visual en la pantalla, comprobando cada cierto tiempo los cambios (muestreo), y mediante los controles de disparo se permitirá estabilizar y mostrar formas de onda repetitiva.
- Muestreo: es el proceso para convertir una parte de una señal entrante en un número de valores eléctricos discretos para poder almacenarla en una memoria, procesarla y visualizarla representándola en la pantalla. La magnitud de cada punto de la muestra será igual a la amplitud de la señal de entrada en el momento en el que la señal es muestreada. Estos puntos marcados en pantalla se pueden interpretar en forma de onda mediante un proceso conocido como interpolación, conectando dichos puntos para formar líneas o vectores.
- Disparos: sirven para estabilizar y mostrar una forma de onda repetitiva. Existen varios tipos como el disparo por flanco, determinando si el flanco es ascendente o descendente en una señal ideal para señales cuadradas o digitales. También se puede emplear disparo por ancho de pulso para analizar señales más complejas. También hay otros modos, como el disparo único, en el que el osciloscopio solo mostrará un trazo cuando la señal de entrada cumpla las condiciones establecidas para el disparo, actualizando la pantalla y congelándola para mantener el trazo.
Parámetros de señal
Los osciloscopios pueden medir una serie de parámetros de señal que debes conocer:
- Valor eficaz
- Valor máximo
- Valor mínimo
- Valor de pico a pico
- Frecuencia de la señal (tanto baja como alta)
- Periodo de la señal
- Suma de señales
- Tiempos de subida y bajada de la señal
- Separar la señal del ruido que pueda tener acoplado
- Calcula tiempos de propagación en circuitos microelectrónicos
- Calcula la FFT de una señal
- Ver cambios de impedancia
Partes del osciloscopio
En cuanto a las partes fundamentales de un osciloscopio que debes conocer para poderlo manejar son:
- Pantalla: es el sistema de representación de las señales y valores. Esta pantalla solía ser CRT en los antiguos osciloscopios, aunque en los modernos ya es una pantalla LCD TFT digital. Estas pantallas pueden ser de diferentes tamaños, y con diferentes resoluciones, como VGA, WXGA, etc.
- Sistema vertical: se encarga de proporcionar al sistema de representación la información de la señal para el eje Y o eje vertical. Se suele representar en el frontal del osciloscopio y tiene su propia zona de controles etiquetada como VERTICAL. Por ejemplo:
- Escala o ganancia vertical: ajusta la sensibilidad vertical o constante en voltios/división. Habrá un control por cada uno de los canales que tenga el osciloscopio. Por ejemplo, si eliges 5 V/div entonces cada una de las divisiones de la pantalla representará 5 voltios. Lo debes ajustar en función del voltaje de la señal, para que se pueda representar adecuadamente en la gráfica.
- Menú: permite elegir entre diferentes configuraciones del canal elegido, como impedancia de entrada (1x, 10x,…), acoplamiento de señal (GND, DC, AC), ganancia, limitaciones de ancho de banda, inversión de canal (invierte la polaridad), etc.
- Posición: es el mando empleado para desplazar la traza de la señal en sentido vertical y situarla donde desees.
- FFT: Transformada Rápida de Fourier, una opción para usar una función matemática para realizar un análisis espectral de la señal. Así podrás ver la señal descompuesta en frecuencia fundamental y armónicos.
- Math: los osciloscopios digitales también suelen incluir este ajuste para elegir varias operaciones matemáticas para aplicar a las señales.
- Sistema horizontal: son los datos representados de forma horizontal, con un generador de barrido usado para controlar las velocidades de barrido y que se puede ajustar en tiempo (ns, µs, ms, segundos, etc.). Todos los ajustes o controles para este eje X se agrupan en una zona etiquetada como HORIZONTAL. Por ejemplo, según el modelo puedes encontrar:
- Posición: permite desplazar las señales por el eje X para ajustarlas, por ejemplo, situar una señal en el inicio de un ciclo, etc.
- Escala: aquí es donde se pueden ajustar la unidad de tiempo por división de pantalla (s/div). Por ejemplo, puedes usar una de 1 ms/div, lo que hará que cada división de la gráfica represente un lapso de un milisegundo. Se pueden usar nanosegundos, microsegundos, milisegundos, segundos, etc., dependiendo de la sensibilidad y escala admitida por el modelo. Este control se puede entender también como una especie de «zoom», para analizar detalles más minuciosos de una señal en un momento más pequeño.
- Adquisición: los datos adquiridos se convierten a formato digital, y esto se puede realizar en 3 modos posibles y afectarán al muestreo, es decir, a la rapidez con la que se adquieren los datos. Los tres modos son:
- Muestreo: toma muestras de la señal de entrada a intervalos regulares de tiempo, pero podría perder algunas variaciones rápidas de la señal.
- Promedio: es un modo muy recomendable para cuando se adquieren una serie formas de ondas, realizando un promedio de todas ellas y mostrando en la pantalla la señal resultante.
- Detección de picos: el apropiado si quieres reducir el ruido acoplado que puede tener una señal. En este caso, el osciloscopio buscará valores máximos y mínimos de una señal entrante, representando así la señal en pulsos. No obstante, hay que tener cuidado, ya que en este modo el ruido acoplado puede parecer mayor de lo que realmente es.
- Trigger: el sistema de disparo indica cuándo queremos que comience a dibujar la señal en pantalla. Por ejemplo, imagina que has usado una escala de tiempos en base 1 µs y la gráfica del eje X de tiempo tiene 10 divisiones horizontales, entonces el osciloscopio trazará 100.000 gráficas por minuto, y si cada uno comienza en un punto diferente sería un caos. Para que eso no ocurra, en esta sección se puede actuar para ello. Algunos controles son:
- Menú: seleccionador para las diferentes opciones o modos de disparo posibles (manual, automático,…).
- Level o Nivel: este potenciómetro permite regular el nivel de disparo para una señal.
- Force Trigger: fuerza el disparo en el momento de pulsarlo.
- Sondas: son los terminales o puntos de prueba que estarán en contacto con las partes del dispositivo o circuito que se desean analizar. Deben ser adecuadas, de lo contrario, el propio cable que conecta la sonda con el osciloscopio podría actuar de antena y captar señales parásitas de teléfonos cercanos, aparatos electrónicos, radio, etc. Muchas sondas vienen con un potenciómetro para compensar estos problemas y necesitan calibración para que muestren valores correctos en pantalla, en consonancia con las escalas elegidas en los ejes de la pantalla.
Seguridad de los osciloscopios
Otro aspecto importante cuando se va a usar un osciloscopio en un laboratorio es tener muy presentes las medidas de seguridad para no terminar dañando el aparato o con accidentes que te puedan afectar a ti. Siempre es imprescindible leer el manual del fabricante para respetar las recomendaciones de seguridad y uso. Algunas normas genéricas comunes a todos los modelos son:
- Evita trabajar en ambientes con productos inflamables o explosivos.
- Usa equipo de protección para evitar quemaduras o electrocuciones.
- Pon a tierra todas las masas, tanto la de la sonda del osciloscopio como la del circuito a probar.
- No toques los componentes del circuito o las puntas desnudas de las sondas que tienen carga.
- Siempre conectar el equipo en una red de alimentación segura y con toma de tierra.
Aplicaciones
Si aún no le encuentras una aplicación a este aparato, deberías saber todo lo que te permite realizar los osciloscopios en tu laboratorio de electrónica:
- Medir amplitud de señal
- Medir frecuencias
- Medir impulsos
- Medir ciclos
- Media del desfase de dos señales
- Mediciones X-Y usando figuras de Lissajous
Bien, y esto expresado de forma más práctica, te puede servir para:
- Comprobar componentes electrónicos, cables o buses
- Diagnosticar problemas en un circuito
- Comprobar las señales analógicas o digitales en un circuito
- Determinar la calidad de las señales electrónicas en sistemas críticos
- Ingeniería inversa de dispositivos electrónicos
- E incluso los osciloscopios pueden ir más allá de la electrónica y usar sus propiedades de medir ciertas señales eléctricas para modificarlos y que monitoricen parámetros biomédicos de pacientes en un hospital, como su presión arterial, ritmo respiratorio, actividad eléctrica de nervios, etc. También se puede usar para medir potencia de sonido, vibraciones y más
Tipos de osciloscopios
Existen diferentes tipos de osciloscopios. Por ejemplo, según según la forma de tomar las mediciones de la señal tenemos:
- Analógicos: la tensión que mide las sondas será plasmada en la pantalla CRT, sin transformaciones de analógico a digital. En estos se captan señales periódicas, mientras los fenómenos transitorios no suelen plasmarse en pantalla, a no ser que se repitan de forma periódica. Además, este tipo de osciloscopio tiene limitaciones, como que no capta señales que no sean periódicas, al captar señales muy rápidas reducen el brillo de la pantalla debido a la disminución de la tasa de refresco, y las señales demasiado lentas no formarán trazos (solo se puede en los tubos de alta persistencia).
- Digitales: similar a los anteriores, pero adquieren la señal analógica por la sonda y la convierte en digital mediante un ADC (Conversor A/D), que será procesada de forma digital y mostrada en la pantalla. Actualmente son los más extendidos dadas sus ventajas, como la de poder conectar al PC para analizar mediante software los resultados, almacenarlos, etc. Por otro lado, gracias a su circuitería pueden agregar funciones de las que los analógicos carecen, como la medición automática de valores pico, de flancos o intervalos, captura de transitorios, y cálculos avanzados como FFT, etc.
También se pueden catalogar según su portabilidad o uso:
- Osciloscopio portátil: son instrumentos compactos y ligeros, para facilitar llevarlos de un lugar a otro para realizar las mediciones. Pueden ser interesantes para técnicos.
- Osciloscopio de laboratorio o industrial: son de mayor tamaño, aparatos de banco, mucho más potentes y pensados para dejarlos en un lugar fijo.
Por otro lado, según la tecnología empleada, también se podrían distinguir entre:
- DSO (Digital Storage Oscilloscope): este osciloscopio de almacenamiento digital usa un sistema de procesamiento en serie. Es el tipo más común dentro de los osciloscopios digitales. Pueden capturar eventos transitorios, almacenarlos en archivos, analizarlos, etc.
- DPO (Digital Phosphor Oscilloscope): estos no pueden mostrar el nivel de intensidad de una señal en tiempo real como ocurre en los analógicos, pero que los DSO no pueden. Por eso se creó el DPO que seguía siendo digital pero solventaba ese problema. Estos permiten una captura y análisis de la señal más rápida.
- De muestreo: intercambia un ancho de banda más alto por un rango dinámico más bajo. La entrada no está atenuada ni amplificada, pudiendo manejar un rango completo de señal. Este tipo de osciloscopio digital solo funcionan con señales repetitivas, y no pueden capturar los transitorios más allá de la frecuencia de muestreo normal.
- MSO (Mixed Signal Oscilloscope): son una hibridación entre los DPO y un analizador lógico de 16 canales, incluyendo decodificación y activación del protocolo de bus paralelo-serie. Son los mejores para verificar y depurar circuitos digitales.
- Basados en PC: también conocido como osciloscopio USB, ya que no tienen pantalla, sino que se basan en un software para mostrar los resultados desde un PC al que están conectados.
Aunque puede haber otros tipos, estos son los más populares, y los que generalmente vas a encontrar.
Cómo elegir el mejor osciloscopio
A la hora de elegir un buen osciloscopio, deberías tener en cuenta algunas de las siguientes características. De esta forma, podrás escoger los mejores y más adecuados para tu uso:
- ¿Para qué quieres el osciloscopio? Es importante determinar para qué lo vas a usar, ya que no es lo mismo un osciloscopio para analizar circuitos digitales a nivel lógico, que uno para RF, o que tienes que transportar de un lugar a otro, etc. Además, también es importante determinar si lo quieres para uso profesional o para uso como aficionado. En el primer caso, merece la pena invertir un poco más para obtener un equipo más profesional y preciso. En el segundo caso es mejor optar por algo con un precio medio-bajo.
- Presupuesto: saber cuánto tienes disponible para invertir en tu equipo te ayudará a descartar muchos modelos que se escapan de presupuesto y te reducirá el rango de posibilidades.
- Ancho de banda (Hz): determina el rango de señales que puede medir. Debes elegir el osciloscopio que tenga suficiente ancho de banda para capturar con precisión las frecuencias más altas de las señales con las que vas a trabajar. Recuerda la regla del 5, que consiste en elegir un osciloscopio que, junto con la sonda, ofrezca al menos 5 veces el ancho de banda máximo de la señal que sueles medir para obtener mejores resultados.
- Tiempo de subida (= 0.35/Ancho de banda): es esencial para analizar pulsos u ondas cuadradas, es decir, señales digitales. Cuanto más rápido sea, más precisión en las mediciones de tiempo. Deberías elegir osciloscopios con tiempos de subida inferiores a 1/5 veces el tiempo de subida más rápido de la señal que vas a usar.
- Sondas: existen algunos osciloscopios que tienen varias sondas especiales para diferentes requisitos. Muchos de los osciloscopios actuales suelen venir con sondas pasivas de alta impedancia y sondas activas para mediciones de mayor frecuencia. Para el medio rango es mejor elegir sondas de cargas capacitivas de < 10 pF.
- Tasa o frecuencia de muestreo (Sa/s o Samples per Second): determinará cuántas veces se capturan detalles o valores de la onda a medir por unidad de tiempo. Mientras mayor sea, mejor será la resolución y más rápido usará la memoria. Deberías elegir un osciloscopio que tenga al menos 5x veces la frecuencia más alta del circuito que vas a analizar.
- Activación o triggering: mejor si ofrece disparos más avanzados para formas de onda complejas. Mientras mejor sea, mejor podrás detectar posibles anomalías difíciles de localizar.
- Profundidad de memoria o longitud de registro (pts): mientras más, mejor resolución para señales complejas. Indica la cantidad de puntos que se pueden almacenar en la memoria, es decir, la capacidad para almacenar resultados previos mientras realizas un experimento. La cantidad de lecturas se podrán registrar y poder ver todos los valores para sacar conclusiones más precisas o hacer un seguimiento.
- Número de canales: elige el osciloscopio con el número adecuado de canales, a mayor cantidad de canales, más detalles se pueden adquirir. Los analógicos solían ser de solo 2 canales, mientras que los digitales pueden ir de 2 en adelante.
- Interfaz: debería ser lo más intuitiva y sencilla posible, especialmente si eres principiante. Algunos osciloscopios avanzados solo son aptos para profesionales, ya que un usuario con menos experiencia necesitaría estar constantemente leyendo el manual.
- Analógico vs digital: los digitales son los actuales dominantes del mercado por sus ventajas, como permitir mayor facilidad, y sin limitaciones en la longitud del registro. Por tanto, la opción preferida sin duda debería ser un osciloscopio digital para casi todos los casos.
- Marcas: las mejores marcas de osciloscopios son Siglent, Hantek, Rigol, Owon, Yeapook, etc. Por tanto, comprar uno de sus modelos será garantía de buenas prestaciones y calidad.