Osciloscopio de Muestreo

Antes de discutir osciloscopio de muestreo, debemos conocer el principio básico y el funcionamiento de un osciloscopio ordinario. Es un instrumento que recibe una o más señales eléctricas y luego produce la forma de onda en la pantalla simultáneamente. El osciloscopio de muestreo es una versión avanzada del osciloscopio digital con algunas características adicionales y usos para propósitos especiales.

Está diseñado para proporcionar una función de alta frecuencia mediante el muestreo de varias formas de onda sucesivamente. Este tipo de osciloscopio utiliza el teorema de muestreo para fabricar la forma de onda a partir de varias señales de entrada. Usando luz estroboscópica, se puede ver una fracción del movimiento, pero cuando se toman una serie de imágenes, se observa un movimiento mecánico muy rápido. El osciloscopio de muestreo funciona similar a la técnica estroboscópica y se usa para observar señales eléctricas muy rápidas. Se requieren aproximadamente 1000 puntos para crear la forma de onda.

Funcionamiento del osciloscopio de muestreo

Como su nombre lo indica, recopila muestras de varias formas de onda sucesivas y construye una imagen completa de la forma de onda a partir de los datos reunidos. La forma de onda resultante se amplifica con un filtro de paso bajo y luego se muestra en la pantalla. Esta forma de onda se crea uniendo muchos puntos asociados entre sí para construir la forma completa.

Cada punto de la onda es la deflexión vertical del punto de la capa progresiva en cada ciclo sucesivo de una forma de onda en escalera. Se utilizan para monitorear señales de alta frecuencia de hasta 50 GHz o más. La frecuencia de la forma de onda mostrada es mayor que la tasa de muestreo del osciloscopio. Es de alrededor de 10 piezas por división o más, junto con un ancho de banda amplificador de aproximadamente 15 GHz. En la etapa de muestreo, las señales tienen baja frecuencia y para lograr un ancho de banda grande, se combina con un atenuador.

Aunque, esto reduce el rango dinámico del instrumento. El osciloscopio de muestreo está limitado a señales repetitivas y no responde a eventos transitorios. Solo muestran alta frecuencia dentro del límite de rango.

Método de muestreo

Antes de cada ciclo de muestreo, el pulso de disparo activa un oscilador y se genera un voltaje lineal. Cuando la amplitud de dos voltajes es igual, la escalera avanza un paso y se genera un pulso de muestreo, abriendo la puerta de muestreo para una muestra del voltaje de entrada. La resolución de la forma de onda depende de la dimensión de los pasos del generador de escaleras. Hay diferentes formas de tomar muestras, pero dos son comúnmente utilizadas. Una es el método de muestreo en tiempo real y la otra es el método de muestreo equivalente.

Método de muestreo en tiempo real

En el método de tiempo real, el digitalizador trabaja a alta velocidad para poder registrar el máximo de puntos en un barrido. Su principal propósito es capturar eventos transitorios de alta frecuencia con precisión. La forma de onda transitoria es tan única que su nivel de voltaje o corriente en cualquier instante de tiempo no puede asociarse con los más cercanos. Estos eventos no se repiten, por lo que deben registrarse en el mismo marco de tiempo en que ocurren. La frecuencia de las muestras es muy alta, alrededor de 500 MHz, y la tasa de muestreo es de aproximadamente 100 muestras por segundo. Para almacenar tal forma de onda de alta frecuencia, se requiere una memoria de alta velocidad.

Método de muestreo equivalente

El muestreo en el método equivalente se basa en el principio de predicción y estimación, lo cual es posible solo con formas de onda repetitivas. En el método equivalente, el digitalizador obtiene muestras de muchas repeticiones de las señales. Puede tomar una o más muestras de cada repetición. Al hacerlo, aumenta la precisión en la captura de la señal. La frecuencia de la forma de onda resultante es mucho mayor que la tasa de muestreo del osciloscopio. Este tipo de muestreo se puede realizar mediante dos métodos: el método aleatorio y el método secuencial.

Método aleatorio de muestreo

El método aleatorio de muestreo es el método de muestreo más común. Utiliza un reloj interno que se ajusta de tal manera que funcione con respecto a las señales de entrada y las muestras de la señal de disparo se toman continuamente, sin importar dónde se haya disparado. Las muestras que se recopilan son regulares con respecto al tiempo, pero aleatorias con respecto al disparo.

Método secuencial de muestreo

En esta técnica, las muestras se toman con respecto al disparo y es independiente de la configuración de tiempo. Cada vez que se detecta el disparo, se registra la muestra con un pequeño retraso. Asegúrate de que el retraso sea muy corto pero bien definido. Cuando ocurra el siguiente disparo, se registra con un ligero retraso incremental con respecto al anterior. El barrido retrasado puede tener un rango desde pocos microsegundos hasta pocos segundos. Supongamos que el retraso para la primera vez es 't', entonces el retraso para la segunda vez será un poco más que 't' y de esta manera se toman muestras muchas veces con retraso adicional hasta que se llena la ventana de tiempo.

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