Los osciloscopios no son sustituibles. Sólo ellos posibilitan una presentación completa de una señal de medida. Sólo éstos presentan en el dominio del tiempo las variaciones de las tensiones. La importancia que tiene una presentación de la forma de una señal se entiende cuando se comparan las dos alternativas a los osciloscopios -los multímetros y los contadores de frecuencia: ambos ofrecen una precisión de medida superior, pero la falta de una presentación de la señal lleva fácilmente a interpretaciones erróneas.
Hameg Ibérica


Las interpretaciones erróneas se dan, por ejemplo, en las mediciones de tensiones de señales con forma de pulso y cuya frecuencia de repetición no tiene una relación exacta de 1:1. Estos errores se agudizan cuando se miden señales complejas.
En mediciones de frecuencia aparecen problemas similares: para obtener mediciones de precisión, se requieren señales idóneas con forma de onda senoidal, triangular o cuadrada. Un ejemplo para este tipo de señales complejas es la señal FBAS. Contiene impulsos de sincronismo de imagen de 50Hz, impulsos de sincronismo de línea de 15,625kHz y el contenido de la imagen con frecuencias de unos pocos Hz hasta 5MHz.
Si se mide así una señal con un frecuencímetro, se capturará y presentará una frecuencia, dependiendo del punto de disparo casual del equipo. Según se haya elegido el punto de disparo, se medirá la frecuencia de los pulsos de sincronismo o del contenido de la imagen. Esto se puede demostrar especialmente bien con los osciloscopios HM504 y HM507, ya que no solo muestran la señal, sino también disponen de un contador de frecuencias. El ajuste del inicio de disparo es el mismo en osciloscopio y contador de frecuencias, pero en el frecuencímetro no se ve el punto de disparo.
Una señal FBAS no la puede capturar ni presentar ningún frecuencímetro, tampoco el incorporado en un osciloscopio. El resultado de la medida se presenta por lectura en pantalla (readout) con 16.00kHz, aunque debería indicar 15.625kHz (frecuencia de líneas). La causa de esta diferencia son los impulsos previos y posteriores del sincronismo de imagen, así como la distancia de las medias líneas de los impulsos del sincronismo de imagen. El resultado que se obtiene mediante una medición por cursores de forma manual, es de 64,0µs y con ello resulta una frecuencia de líneas de 15,625kHz.
Si el punto de disparo se encuentra a la altura del contenido de imagen o de línea, las variaciones pueden ser aún más importantes. Según el ajuste se pueden obtener valores de medida diferentes. En la imagen 1 se presentan por ejemplo 1,76MHz aunque en esta señal domina la frecuencia de 4,43MHz. La causa es que la señal de color de 4,43MHz no se tiene de forma constante, sino que queda interrumpida por impulsos de sincronismo y otras señales. Aquí sólo podrá obtenerse la medición correcta de la frecuencia de la señal, ajustando de forma manual los cursores.
Sin osciloscopio, se deberá confiar ciegamente de los resultados de las mediciones que se obtienen de los multímetros y frecuencímetros, en el real sentido de la palabra, lo que puede ser un grave error. Esto puede ser así incluso con señales “simples”, como una señal senoidal de 50Hz que proviene de la red eléctrica, que en muchas ocasiones ha mutado a una señal compleja, a causa de sobreposiciones con otras tensiones y porciones de señales desfasadas.
El significado de la presentación de la señal es por lo tanto muy relevante.

La presentación de la señal
Debe presentar la señal de medida tal como existe en el punto de medida, para que la información sea lo más completa y exacta posible. Lamentablemente esta exigencia es en principio inalcanzable; aunque los ingenieros de I+D de Hameg intentan estar lo más cerca posible de esta exigencia. Existen múltiples criterios, pero por razones de espacio se nombrarán los más importantes:

Tiempo de subida propio
No se puede evitar que, con un ancho de banda limitado, también los amplificadores de medida de los osciloscopios Hameg presenten un tiempo de subida propio. No obstante, se puede minimizar el tiempo de subida propio adquiriendo un osciloscopio con un ancho de banda superior, de forma que las mediciones de tiempo de subida en objetos bajo medida, se realicen de forma más precisa. La imagen 2 presenta un ejemplo de aplicación.

Sobreoscilación
Una muestra de que los osciloscopios Hameg presenta señales de forma fidedigna, es la respuesta de los amplificadores de medida con señales cuadradas. Se efectúa una comprobación con una señal cuadrada, que no tiene sobreoscilación propia, aunque su tiempo de subida sea inferior a 1ns.
Si esta señal cuadrada se presenta con una sobreoscilación, existe un fallo de diseño del amplificador de medida con cualquier osciloscopio del mercado el usuario no tendrá la posibilidad de controlar la calidad de una señal cuadrada respecto a su sobreoscilación, ya que las porciones de la sobreoscilación de la señal y del osciloscopio no se pueden separar en la presentación.
Así, un osciloscopio Hameg con el mismo ancho de banda muestra, en cambio, la misma señal sin sobreoscilación y ofrece así la base para una evaluación fundamentada de la señal. Si el osciloscopio Hameg muestra una sobreoscilación, ésta no proviene del propio equipo.

Jitter
En un equipo estándar la pantalla muestra el acho del flanco de subida, que indica que hay un jitter, aunque en realidad no exista. A causa del jitter del osciloscopio se pierde la información del jitter original de la fuente de la señal. Pero la magnitud del jitter es, en muchos casos prácticos, una fuente de información importante.
Lamentablemente no se puede evitar el jitter y en los osciloscopios se genera por ejemplo por ruidos, comparadores de disparo y el generador de la base de tiempos. Si el jitter no es lo más bajo posible, no se podrán separar las partes que provienen del osciloscopio y las que provienen de la señal de entrada. Un HM2005 presentaría la misma señal sin jitter.

Ruidos
Hameg da mucha importancia a la fabricación de osciloscopios con amplificadores de medida con bajo ruido.
La utilización de convertidores costosos flash A/D en los osciloscopios combinados analógicos/digitales, lleva a que en la mayoría de veces se deba controlar en el readout, si se está trabajando en modo analógico o digital. Con osciloscopios digitales sencillos, no se tiene ese tipo de “problemas”, ya que emiten ruido contínuamente. En cambio en el trazo en modo digital de un osciloscopio Hameg casi no hay ruido visible.
Naturalmente, el ruido puede eliminarse efectuando promedios, pero así se elimina también la información del ruido real de la fuente de la señal.

Captura de señales y frecuencia de presentación
Otro de los criterios es la frecuencia con la que se captura y presenta una señal. Una mayor frecuencia aumenta la posibilidad de poder visualizar informaciones adicionales. La cantidad de presentaciones de señal por segundo depende de la frecuencia de la señal y el ajuste de la base de tiempos del osciloscopio. En modo analógico pueden ejecutarse desde 500.000 hasta 2,5 millones de presentaciones de señales por segundo. Este número explica las ventajas de un tubo de rayos catódicos. Estos valores no los alcanza ninguna tarjeta gráfica o ningún LCD. Con un número inferior de presentaciones de señal por segundo los sobreposicionamientos de una señal no se presentarían de forma completa en modo digital. La misma señal en modo analógico mostraría las condiciones reales.
Si la captura de la señal de modulación en amplitud (AM) se realiza en modo envolvente (envelope) parece, como se presenta en la imagen 3, que se ha resuelto el problema del reconocimiento de la señal. Pero esto sólo es válido cuando no varían el grado de modulación y la frecuencia de modulación, ya que en el modo envelope se presenta siempre el valor máximo capturado (por lo que tampoco es una solución para realizar mediciones en señales moduladas).
Las desventajas sobre el modo digital corresponden a equipos “sólo digitales”, que no se pueden conmutar a modo analógico.

Nitidez y luminosidad
Una buena presentación de señal precisa naturalmente de una buena nitidez y luminosidad de imagen para una óptima visualización en pantalla. Hoy en día esto es posible con los tubos de rayos catódicos (TRC) que trabajan con tensiones de aceleración de 2.000 Voltios, como en los HM303-6, HM504 y HM507.
Los osciloscopios HM1004-3, HM2005 y HM1507-3 tienen incluso características superiores, ya que vienen equipados con TRC’s con tensiones de aceleración de 2.000 Voltios y post-aceleraciones de 12.000 Voltios (gran reserva de luminosidad). Es especialmente importante en osciloscopios con una segya base de tiempos, para poder presentar partes de señales muy ampliadas.
La segya base de tiempos es utilizable en el modelo HM1000, HM1008, HM1500 y HM1508, incluso en modo digital y permite una expansión en horizontal (X) de 200.000 veces de una señal senoidal de 10MHz (ver imagen 4), que se presenta con la base de tiempos A con 20ms/cm y con la base de tiempos B con 100ns/cm. Así una expansión, sólo es realizable de forma práctica en modo digital, ya que no se reduce la intensidad del trazo con una extensión superior, como pasaría en el modo analógico. Con un osciloscopio púramente analógico, no se vería prácticamente el trazo bajo estas condiciones.

Resolución
Los límites de la resolución en osciloscopios analógicos quedan marcados por la propia vista del usuario, ya que el rayo de electrones puede ser dirigido a cualquier punto de la pantalla. Por lo tanto no hay limitaciones en resolución X o Y.
En contrapartida, los osciloscopios digitales tienen limitada la resolución, por el propio principio de funcionamiento. La resolución en vertical (Y) se determina por el convertidor analógico /digital de 8 Bit, que es utilizado para el muestreo de la señal de medida. En dirección vertical se dispone por tanto sólo de 256 posiciones, 200 posiciones para el margen completo vertical de reticulación. Esto se corresponde con una resolución en Y de 25 posiciones de señales posibles por reticulación (división de retícula). El gráfico 1 muestra la perspectiva general de una completa retícula de medida de 8 x 10 (pantalla completa) y la gráfica 2 muestra la ampliación de una división de retícula.
Los osciloscopios “sólo digitales”, provistos de pantallas LCD, tienen normalmente una limitación en resolución X para la presentación de la señal de 250 puntos. La resolución de una división de retícula es entonces (como se presenta en el gráfico 2) en dirección X e Y de 25 puntos por división de retícula.
Con 500 puntos de resolución en X, dispersos en las 10 divisiones de reticulación, la presentación con tubos de monitorizado mejora (por división 50 puntos en dirección X- y 25 puntos en dirección Y), pero no alcanza todavía la resolución de los osciloscopios Hameg en modo digital.
La ventaja de un TRC es que permite presentar, también en modo digital, la totalidad del contenido de la memoria, o sea las 2.000 muestras, sobre la totalidad de la retícula de medida. La resolución por división de retícula es entonces de 200 puntos en dirección X y 25 puntos en dirección Y. Como se presenta en la gráfica 3, la resolución en dirección X es 8 veces mayor que en una pantalla LCD, por lo que la frecuencia de muestreo debería ser mayor por ese mismo factor, para obtener la misma resolución.

Resolución de memoria y de presentación, y frecuencia de muestreo
Estos tres parámetros están relacionados directamente. Como se ha descrito en el apartado “Resolución”, la profundidad de memoria en los osciloscopios combinados analógico/ digitales de HAMEG es de 2.000 puntos de muestra (por canal). Esto quiere decir que la profundidad de memoria es igual a la resolución de pantalla. Esto es importante ya que existen equipos que trabajan con una frecuencia de muestreo superior y las memorizan, pero que después sólo muestran cada décimo punto. Esto correspondería a trabajar sólo con una presentación total de una décima parte de la frecuencia de muestreo ofrecida.
La resolución más elevada de la presentación ofrece también la ventaja de que la captura de la señal en osciloscopios Hameg deberá realizarse con una frecuencia de muestreo superior. Con ello se reduce sensiblemente la presentación de señales con deformación de aliasing.
La frecuencia de muestreo, con la que se realiza la captura de una señal, depende en los osciloscopios digitales del ajuste de la base de tiempos, de la profundidad de memoria seleccionada y/o de la cantidad de muestras presentadas (profundidad de presentación). Como la profundidad de memoria y la de presentación quedan predeterminadas, el usuario sólo podrá variar el ajuste de la base de tiempos, y ésta sólo en un margen relativamente reducido. Es la propia señal la que determina el ajuste de base de tiempos utilizable, ya que se deberá presentar al menos un periodo de la señal que se desea visualizar.
Con una profundidad de memoria de 2.000 puntos y su visualización completa, en un TRC la resolución será de 200 puntos por división de retícula en dirección horizontal X. Si la base de tiempos se ha ajustado a10µs/cm (por división), esto quiere decir que cada 200 muestras se deberán realizar en un tiempo de 10µs. El intervalo en tiempo es entonces de 10µs: 200 = 50ns, es decir, se muestrea la señal en intervalos de 50ns. Así la frecuencia de muestreo máxima es 1/50ns = 20MSa/s (20 millones de muestras -samples- por segundo). El proceso de muestreo se realiza en realidad en pocos picosegundos. Las variaciones de señal entre dos procesos de muestreo normalmente no quedan registrados.
Por el contrario, las pantallas de LCD sólo pueden mostrar 25 muestreos por división. Si utilizamos los mismos 10µs/cm de ajuste de base de tiempos, el intervalo de muestreo será de 10µs : 25 = 400ns. Esto se corresponde a una frecuencia de muestreo de 2,5MSa/s. Una profundidad de presentación inferior (resolución) obtiene así una frecuencia de muestreo inferior.
El resultado en la utilización cotidiana se muestra con el ejemplo siguiente, teniendo en cuenta los siguientes factores:
1. El tiempo del período de la señal determina el ajuste de la base de tiempos.
2. Al capturar señales senoidales se deberán realizar por lo menos 10 muestras por periodo de señal, o no sería posible diferenciar entre una señal de forma senoidal y una de forma triangular.
De aquí que la frecuencia de muestreo de una señal senoidal de 5MHz deba ser de 50MSa/s (frecuencia de muestreo de 50MHz). En la mayoría de los casos se registran señales con frecuencias de repetición relativamente bajas, pero que contienen partes o zonas en las que aparecen frecuencias mucho más elevadas.
Un ejemplo sería la señal de vídeo TV, que puede contener señales de 5MHz, aunque su frecuencia de media imagen sólo sea de 50Hz y la frecuencia de línea tenga sólo 15,625kHz (duración de periodo 64µs). Para poder presentar una línea completa, el ajuste en la base de tiempos deberá ser de 10µs/cm. Un osciloscopio de tipo “SóloDigital” con LCD, como se muestra en la imagen 5, tiene una frecuencia de muestreo entonces de 2,5MHz. En consecuencia la frecuencia de señal más elevada sólo puede tener los 250kHz. La imagen 6 presenta la misma señal en modo de presentación por puntos (dots).
En el osciloscopio Hameg, resulta que la resolución de 200 puntos de muestreo/cm en combinación con los 10µs/cm obtienen una frecuencia de muestreo de 20MSa/s, con los que una señal de 2MHz se presentan con 10 puntos por período. Por cierto: al conmutar a modo analógico se dispone de la totalidad del ancho de banda del osciloscopio y con ello se obtiene la presentación óptima de la señal, que naturalmente no depende del tiempo ajustado en la base de tiempos.
Esto es válido no sólo para señales de vídeo, sino también para otro tipo de señales, como las senoidales.

Conclusiones
Toda la exposición técnica realizada anteriormente sólo describe una pequeña parte de las características de calidad más importantes en un osciloscopio. Al mismo tiempo contrarrestan la afirmación de que los osciloscopios analógicos ya no son contemporáneos.
Es natural que un osciloscopio digital ofrezca ventajas en la captura de señales únicas, en el registro de procesos de variación muy lenta y en la documentación de señales en general. La posibilidad de utilizar una segya base de tiempos sin pérdida de luminosidad con una señal muy expandida, así como disponer de funciones de pre- y post-disparo en los osciloscopios digitales, son características a las que el usuario ya no quiere/ puede renunciar. Pero ello ha creado desventajas en la presentación de señales repetitivas. Eliminar esas desventajas es en muchas ocasiones imposible o se tiene que pagar muy caro, en el real sentido de la palabra.
Esta es la razón por la que un osciloscopio combinado, con modos de funcionamiento en analógico y digital, resulta ser la mejor solución técnica mejor y al mismo tiempo la más económica. La combinación de osciloscopio analógico/ digital, como la ofrece Hameg, es la solución óptima. Indiferentemente de si se precisa un osciloscopio analógico o uno digital para resolver la medición actual: una simple pulsación sobre una tecla del equipo y el osciloscopio combinado analógico/ digital mide con las características requeridas.