Thread Content
Este artículo presentará los diferentes tipos y usos de las sondas. ¿Qué es una sonda? El osciloscopio es el instrumento de medición más utilizado por los ingenieros electrónicos, y sin duda, las sondas para osciloscopios son los accesorios más comunes en ellos. La sonda del osciloscopio es un componente electrónico que conecta el circuito a probar con la entrada del osciloscopio. Sin sonda, el osciloscopio se convierte en un simple objeto decorativo, que solo sirve para adornar. Antes de elegir la sonda del osciloscopio, es mejor consultar su manual para saber qué tipo de sonda es adecuada para el osciloscopio que vamos a utilizar. A continuación, señalamos algunos puntos que consideramos importantes al elegir un sensor: asegurarse de que la interfaz del sensor sea compatible con la interfaz de nuestro osciloscopio. La mayoría de las interfaces para sondas en los osciloscopios son de tipo BNC. Algunos osciloscopios pueden tener una interfaz SMA. Verifique si la impedancia de entrada y la capacitancia del sensor seleccionado coinciden con las del osciloscopio. Porque todos queremos reducir al mínimo el impacto de la sonda en el circuito que se está probando. El grado de compatibilidad entre la impedancia y la capacitancia de la sonda y el osciloscopio **afectará la precisión de la señal medida**. https://pic3.zhimg.com/80/v2-5bcc1dd26e801a485478a93e375933d6_720w.jpg Conector BNC. https://pic2.zhimg.com/80/v2-9b2be07c20c56635b4b4f44e105f3bd9_720w.jpg Conector SMA. Algunos osciloscopios permiten cambiar la impedancia de entrada entre 50 Ω y 1 MΩ. Pero para la mayoría de las mediciones, 1 MΩ es el valor más común. La impedancia de entrada de 50 Ω se utiliza con frecuencia para medir señales de alta velocidad, como las microondas. También están la demora en la transmisión de señales en los circuitos lógicos y la medición de la impedancia de las placas de circuito impreso, entre otros. La impedancia de entrada del osciloscopio suele poder fijarse en 1 MΩ o 50 Ω. Sin embargo, la capacitancia de entrada del osciloscopio está influenciada por el ancho de banda y otros factores de diseño. Por lo general, el capacitador de entrada típico en un osciloscopio con una impedancia de 1 MΩ es de 14 pF. Este valor también puede estar entre 5 pF y 100 pF. Por lo tanto, para que la sonda se adapte a la capacitancia de entrada del osciloscopio, es necesario conocer el rango de capacitancia de la sonda antes de seleccionarla. Luego, se ajusta la capacitancia de la sonda mediante un bastón de calibración. Este es el proceso de compensación de la sonda, y también es el primer paso que debemos tener en cuenta al utilizarla. https://pic3.zhimg.com/80/v2-14b29ac4ba9de82d2878ffa2b6715896_720w.jpg ¿Cuántos sensores necesitamos y cuáles son? Dependiendo de nuestras necesidades de medición, también varían las cantidades y tipos de sondas requeridas. Es algo similar a lo que hacen quienes usan cámaras réflex: quizás tengan solo una cámara, pero suelen tener muchos objetivos. Por ejemplo, si se trata simplemente de medir la tensión continua, entonces un probador pasivo de 1 MΩ es suficiente. Sin embargo, si en las pruebas del sistema de alimentación es necesario medir la diferencia de voltaje entre cables de fase y entre un cable de fase y el cable neutro, entonces necesitamos utilizar sondas diferenciales. https://pic1.zhimg.com/80/v2-ab82fabf5b83f636af4748700653c0d0_720w.jpg Sonda diferencial, sonda pasiva. La sonda pasiva es la más común; por lo general, el fabricante incluye unas cuantas de ellas al vender un osciloscopio. Las sondas pasivas comunes están compuestas por la cabeza de la sonda, el cable de la sonda, equipos de compensación u otras redes de ajuste de señales, además del conector de conexión de la sonda. En estos tipos de sondas no se utilizan componentes activos, como transistores o amplificadores, por lo que no es necesario alimentarlas con energía. En general, las sondas pasivas son más comunes, fáciles de usar y también más económicas. Las relaciones de atenuación ajustables en las sondas pasivas más comunes son las siguientes: 1×: sin atenuación; 10×: atenuación 10 veces mayor; 100×: atenuación 100 veces mayor; 1000×: atenuación 1000 veces mayor. Las sondas de voltaje pasivas ofrecen diversos coeficientes de atenuación para diferentes rangos de voltaje. Entre estas sondas pasivas, la sonda de voltaje pasiva de 10× es la más utilizada. Para aplicaciones cuya amplitud de la señal es de 1 V pico a pico o inferior, una sonda de 1× puede ser adecuada, e incluso indispensable. En aplicaciones donde se combinan señales de amplitud baja y media (de unos pocos decenas de milivoltios a unas pocas decenas de voltios), es mucho más práctico utilizar un probador con capacidad de cambio entre 1× y 10×. Sin embargo, la sonda 1×/10× intercambiable es, en esencia, dos sondas diferentes dentro de una sola sonda; no solo sus coeficientes de atenuación son distintos, sino que también lo son sus características de ancho de banda, tiempo de subida y resistencia e impedancia (R y C). Por lo tanto, estas sondas no pueden adaptarse perfectamente a la entrada del osciloscopio, y no pueden ofrecer el rendimiento óptimo que se logra con las sondas estándar de 10×. La atenuación de la sonda se logra mediante resistencias internas, las cuales sirven para ampliar el rango de medición de voltaje del osciloscopio. Estas resistencias internas, junto con la resistencia de entrada del osciloscopio, forman un divisor de voltaje. Por ejemplo, una sonda típica de 10x cuenta con un resistor interno de 9 MΩ. Cuando se utiliza con un osciloscopio que tiene una impedancia de entrada de 1 MΩ, se produce una relación de atenuación de 10:1 en los canales de entrada del osciloscopio. Esto significa que la señal que se muestra en el osciloscopio será 1/10 de la amplitud real de la señal medida, por lo que a menudo también es necesario ajustar el factor de atenuación en las configuraciones del canal del osciloscopio a 10X. https://pic1.zhimg.com/80/v2-b1c2775303d05ff02ac85cd6ae76e714_720w.jpg Esta función de atenuación nos permite medir señales que superan los límites de voltaje del osciloscopio. Además, los circuitos de atenuación causan una mayor resistencia (lo cual suele ser algo positivo) y una menor capacidad, lo cual es importante para las mediciones en frecuencias altas. https://pic1.zhimg.com/80/v2-84e3eaf69fc42a325ca52b2120dacee8_720w.jpg. Diagrama de principio del sensor pasivo 10X. El sensor activo, al contener componentes activos como transistores y amplificadores, necesita alimentación eléctrica, por lo que se le denomina sensor activo. En la mayoría de los casos, el dispositivo activo es un transistor de efecto de campo (FET), el cual ofrece una capacitancia de entrada muy baja. Dicha baja capacitancia permite que la impedancia de entrada sea alta en un rango de frecuencias más amplio. El ancho de banda especificado para las sondas FET activas suele estar entre 500 MHz y 4 GHz. Además de tener una mayor ancho de banda, la alta impedancia de entrada de las sondas FET activas permite realizar mediciones en puntos de prueba cuya impedancia es desconocida, con un riesgo mucho menor de que se genere un efecto de carga. Además, como la baja capacitancia reduce la influencia de la pista de tierra, se pueden utilizar pistas de tierra más largas. Las sondas FET activas no tienen el mismo rango de voltaje que las sondas pasivas. El rango dinámico lineal de las sondas activas suele estar entre ±0,6 V y ±10 V. https://pic2.zhimg.com/80/v2-e96bb886ab825fb325891a67bd2763dd_720w.jpg Sonda activa, sonda diferencial: la sonda diferencial mide señales diferenciales. Las señales diferenciales se refieren entre sí, y no a la tierra. La sonda diferencial puede medir las señales de los dispositivos flotantes; en esencia, está compuesta por dos sondas de voltaje simétricas, las cuales ofrecen un buen aislamiento eléctrico y una alta impedancia. La sonda diferencial puede ofrecer un alto índice de supresión de modo común (CMRR) en un rango de frecuencias más amplio. En comparación con los cables de señales simples, los cables de señales diferenciales presentan tres ventajas principales: una mayor resistencia a las interferencias. Esto se debe a que existe una buena acoplación entre los dos cables diferenciales; cuando hay ruidos externos, estos se transmiten casi al mismo tiempo a ambos cables. El receptor solo necesita conocer la diferencia entre las dos señales, por lo que el ruido en modo común puede ser eliminado en la mayor medida posible. Puede inhibir eficazmente las emisiones electromagnéticas no deseadas. Por la misma razón, dado que la polaridad de las dos señales es opuesta, los campos electromagnéticos que emiten pueden anularse mutuamente. Cuanto mayor sea el acoplamiento entre ellas, menor será la cantidad de energía electromagnética que se libera al exterior. La localización en el tiempo es precisa, ya que los cambios en la señal diferencial ocurren en el punto de intersección de las dos señales. A diferencia de las señales simples, que dependen de dos voltajes umbral para determinar su estado, esto reduce la influencia del proceso de fabricación y de la temperatura. Asimismo, se reducen los errores en el tiempo de respuesta, lo que lo hace más adecuado para circuitos con señales de baja amplitud. El LVDS, que es popular en la actualidad, se refiere precisamente a esta tecnología de señales diferenciales de pequeña amplitud. El principio de amplificación diferencial consiste en introducir un par de señales al mismo tiempo en el circuito de amplificación y, a continuación, restarlas entre sí para obtener la señal original. Un amplificador diferencial es un amplificador compuesto por dos transistores con características paramétricas idénticas, conectados entre sí de forma de acoplamiento directo. Si se introducen en las dos entradas señales de igual amplitud y fase, la salida será cero, lo que permite superar el desplazamiento del punto cero. https://pic2.zhimg.com/80/v2-5a7ee42e83fcb4fb943faa210f13ca5d_720w.jpg Diagrama de principio del probe diferencial. Probe de corriente. Quizás pienses que, al medir el valor de voltaje con un probe de voltaje y dividirlo entre el valor de impedancia a medir, se puede obtener fácilmente el valor de la corriente. Entonces, ¿por qué necesitar un probe de corriente especial para hacer esa medición? De hecho, el error que introducen estas mediciones es muy grande, por lo que generalmente no se utiliza el método de convertir la tensión en corriente. La sonda de corriente puede medir con precisión la forma de onda de la corriente. Para ello, se utiliza un transformador de corriente como entrada; el flujo magnético de la corriente de señal se convierte en voltaje a través del transformador, y posteriormente, el amplificador presente en la sonda amplifica esa señal para enviarla al osciloscopio. Las sondas de corriente se dividen, básicamente, en dos categorías: sondas de corriente alterna y sondas de corriente alterna y continua. Las sondas de corriente alterna suelen ser pasivas, es decir, no necesitan alimentación externa, mientras que las sondas de corriente alterna y continua suelen ser activas. Las sondas de corriente tradicionales solo pueden medir señales de corriente alterna, ya que una corriente continua estable no puede generar una corriente inducida en el transformador de corriente. En los transformadores de corriente alterna, a medida que cambia la dirección de la corriente, se produce un cambio en el campo eléctrico, lo que a su vez genera una tensión inducida. Sin embargo, mediante el efecto Hall, los dispositivos semiconductores con desviación de corriente generan una tensión correspondiente al campo eléctrico de corriente continua. Por lo tanto, la sonda de corriente continua es un dispositivo activo que necesita una fuente de alimentación externa. https://pic1.zhimg.com/80/v2-e2c5d62db7fcb382c6c0dad241da0a4c_720w.jpg Sondas de corriente continua y alternada. Por último, veamos algunos consejos relacionados con las sondas: Es necesario compensarlas correctamente. Los capacitores de entrada de los diferentes osciloscopios pueden ser diferentes; incluso en el mismo osciloscopio, los diferentes canales pueden presentar ligeras diferencias. Para resolver este problema, aprender a compensar y ajustar la sonda es la habilidad más básica que los ingenieros deben dominar. Cuando la sonda se conecta al circuito a probar, su terminal de tierra debe estar conectado obligatoriamente con la línea de tierra del circuito en cuestión. De lo contrario, en estado de suspensión, la diferencia de potencial entre el osciloscopio y otros dispositivos o con respecto a la tierra puede causar electrocución o dañar el osciloscopio, las sondas u otros dispositivos. Trate de colocar el cable de tierra de la sonda lo más cerca posible del punto que se va a medir. Si el cable de tierra es demasiado largo, puede causar distorsiones en la forma de onda, como sonidos de zumbido o sobrepasos en los niveles de voltaje. Cuando ninguno de los dos puntos de prueba se encuentra a nivel de tierra, es necesario realizar mediciones “flotantes”, también conocidas como mediciones diferenciales. Para ello, se deben utilizar sondas diferenciales especializadas. La sonda es crucial para las mediciones que realiza el osciloscopio. En primer lugar, es necesario que la sonda tenga el menor impacto posible en el circuito que se está analizando, y además, que se mantenga una fidelidad de señal adecuada en los valores medidos. Si la sonda modifica de alguna manera la señal o el funcionamiento del circuito, la señal real que ve el osciloscopio se distorsionará gravemente, lo que a su vez puede provocar resultados de medición erróneos o engañosos. De lo expuesto anteriormente se deduce que hay muchos aspectos en la selección y uso correcto de las sondas a los que debemos prestar atención.