Osciloscopio Analógico vs. Digital: Cómo Elegir el Adecuado para tus Proyectos

Los osciloscopios son herramientas de prueba importantes en la ingeniería electrónica. Especialmente cuando medimos una sección de una forma de onda repetitiva o una señal de alta frecuencia. Sin embargo, existe una pregunta entre principiantes: osciloscopio analógico vs. digital – ¿cuál es mejor? En la mayoría de los casos, notarás que los osciloscopios digitales cuestan más que sus contrapartes analógicas.

¿Pero por qué? En esta guía, responderemos esta pregunta y más. También cubriremos cómo funciona cada osciloscopio y cómo identificarlo. Al final de esta guía, deberías poder diferenciar entre los dos y cuál es el mejor para tu proyecto.

¿Qué es un Osciloscopio?

El osciloscopio recibe muchos nombres. Puedes referirte a él como oscilógrafo, o-scope, CRO (osciloscopio de rayos catódicos), DSO (osciloscopio de almacenamiento digital) o simplemente scope. Es un equipo que usa una sonda para medir el voltaje de señal variable entre dos puntos de un dispositivo electrónico o circuito eléctrico.

Al medir voltaje, un multímetro toma una lectura del circuito desde un único punto en el tiempo. Por otro lado, los osciloscopios te permiten medir el voltaje de un circuito a lo largo del tiempo. Esencialmente, tomará miles de lecturas y las trazará en tu pantalla. Esto te permitirá comparar fácilmente cualquier pico o caída de voltaje de eventos transitorios.

Existen dos tipos principales de osciloscopios: osciloscopios analógicos y osciloscopios digitales. Virtualmente funcionan igual, pero como verás, los osciloscopios digitales vienen con características adicionales que sus contrapartes analógicas no tienen.

Osciloscopios Analógicos

Cuando los fabricantes introdujeron los osciloscopios analógicos, utilizaron un CRT con placas de deflexión horizontal para mostrar formas de onda.

Los voltajes en las placas horizontales del tubo modificaban la posición del haz. Cuando el haz de electrones golpeaba el recubrimiento de fósforo en la pantalla, el área de aterrizaje brillaba. Consecuentemente, esto mostraba un punto de luz que finalmente se convertía en una longitud de onda perceptible.

Existían osciloscopios de doble haz que podías usar para comparar dos señales diferentes. Emitían y mostraban simultáneamente dos haces de electrones en una sola pantalla plana.

Los osciloscopios analógicos básicos no venían con función de almacenamiento. Sin embargo, podías comprar un osciloscopio analógico de almacenamiento para almacenar una imagen de longitud de onda de entrada. No obstante, estos osciloscopios de almacenamiento analógicos eran costosos y bastante rudimentarios según los estándares modernos.

Originalmente, los osciloscopios analógicos eran comúnmente grandes y voluminosos. Sin embargo, gracias a la tecnología digital, los futuros osciloscopios se volvieron lo suficientemente compactos para aplicaciones de servicio de campo.

Osciloscopios Digitales

Las pantallas de estado sólido sustituyeron a los grandes y voluminosos CRT. En consecuencia, esto hizo que los osciloscopios fueran mucho más pequeños y no casi tan profundos. Además, esto también les proporcionó más funciones de visualización. Hoy en día, los osciloscopios digitales son los tipos más comunes.

Además, la llegada de los osciloscopios digitales permitió características adicionales como almacenamiento estándar, manipulación de visualización mejorada, disparo (triggering) mejorado, etc.

Tipos de Osciloscopios Digitales

Cuando los fabricantes y empresas lanzaron los primeros osciloscopios digitales, los introdujeron bajo osciloscopio de fósforo digital (DPO) y osciloscopio de almacenamiento digital (DSO). Esto es porque los primeros osciloscopios digitales usaban pantallas de fósforo. Un osciloscopio digital moderno usa una pantalla LED o LCD.

En el pasado, el tamaño y la resolución de la pantalla limitaban los osciloscopios analógicos. Inversamente, los osciloscopios digitales modernos no tienen este problema.

Osciloscopios de Señal Mixta y Dominio Mixto (MSO y MDO)

Las nuevas capacidades que proporcionan los osciloscopios digitales van mucho más allá de lo que muchos podían imaginar en los días analógicos. Incorporaron capacidades como canales de análisis lógico más allá de los dos o más canales analógicos normalmente disponibles. Por ejemplo, los osciloscopios de señal mixta (MSO) se volvieron disponibles. Otras capacidades como una salida de generador de funciones y un multímetro digital también fueron posibles.

Casi todos los osciloscopios modernos tienen modelos MSO estándar. Alternativamente, pueden ofrecer múltiples canales digitales como opción. Además, muchos osciloscopios digitales incluyen procesamiento de señales para hacer mediciones en el dominio de frecuencia, es decir, análisis de espectro. Esto permite probar circuitos que pueden requerir una mezcla de análisis de espectro y mediciones normales de osciloscopio.

Un osciloscopio de dominio mixto verdadero tiene un conector RF dedicado que solo puedes usar para mediciones de dominio de frecuencia. Curiosamente, normalmente tiene una capacidad de análisis de espectro de mayor rendimiento.

Osciloscopios de Muestreo Digital

Otra forma de osciloscopio es el osciloscopio de muestreo digital. Es una forma muy especializada de osciloscopio que se usa para un número limitado de aplicaciones de nicho. Por ejemplo, puede examinar aspectos como jitter en señales bien en la región de decenas de gigahercios. Como tal, no usamos estos osciloscopios para aplicaciones promedio.

Como resultado, tienen un caso de uso limitado. Los osciloscopios también vienen en una variedad de formatos. Pueden venir en estuches de banco estándar para uso en laboratorio. En contraste, otros son más adecuados para aplicaciones de servicio de campo.

Osciloscopios Analógicos vs. Digitales – USB y Basados en PC

Un osciloscopio basado en PC puede venir como osciloscopio independiente o como osciloscopio externo. Los osciloscopios externos basados en PC requieren conexión a tu PC para funcionar. Además, pueden usar la pantalla, la fuente de alimentación y el procesador de la computadora. A menudo, puedes vincularlos a través de una interfaz USB.

Sin embargo, algunos osciloscopios externos pueden usar sistemas de bus de computadora como el sistema PXI. Por supuesto, necesitarás instalar software y controladores de osciloscopio en tu computadora para que interfiera correctamente.

Por otro lado, los osciloscopios independientes internos basados en PC vienen con partes internas de computadora. Tienen microprocesadores internos que les otorgan características adicionales como control de instrumentos, medición automática y gestión de visualización. Además, permiten un procesamiento más complejo de señales digitalizadas. Esto excede las capacidades de las versiones analógicas con CRT de vista directa de almacenamiento.

Existe una enorme variedad de diferentes tipos y modelos de osciloscopios. Conociendo sus características y mirando sus hojas de especificaciones, puedes evaluar su rendimiento, factor de forma y capacidades generales.

Diferencias Clave entre Osciloscopios Analógicos y Digitales

Diferencias en el Funcionamiento

Existe un gran malentendido en la comunidad electrónica novata. Mucha gente asume que solo los osciloscopios analógicos usan pantallas CRT. Esto es falso. Osciloscopios digitales como el Tektronix 2230, osciloscopio de almacenamiento digital, usan una pantalla CRT.

Si compararas un osciloscopio analógico antiguo como el Tektronix 2213 con el Tektronix 2230 DSO, notarías cómo este último tiene más controles en el panel. Por tanto, hay intrínsecamente más complejidad en cómo opera un osciloscopio de almacenamiento digital.

Un osciloscopio digital puede hacer todo lo que un osciloscopio analógico puede. Sin embargo, cuando empiezas a hacer zoom out en un osciloscopio analógico, especialmente si es de baja frecuencia, la imagen de salida comienza a parpadear. Esto se debe a cómo la pantalla CRT muestra las formas de onda.

El osciloscopio de almacenamiento digital soluciona esto proporcionándote una imagen más estable. Así, en lugar de mostrar el voltaje variable, el DSO muestreará las formas de onda en puntos variables, las almacenará y las mostrará. Esto le da una visualización más estable y te facilita ver la forma de onda completa.

El osciloscopio digital logra esto a través de su convertidor analógico-a-digital (ADC). Toma los voltajes medidos como señales analógicas y los traduce a señales digitales.

El osciloscopio analógico no es capaz de la misma persistencia que un digital. Además, puedes ajustar la persistencia efectiva en un osciloscopio digital, permitiéndole captar más ruido. La calibración de visualización te permite ver una medición más precisa y mejor calidad de gráfica. Además, el uso de tecnología LCD hace que los sistemas digitales sean más ligeros y portátiles.

Diferencias en Especificaciones

Otra forma de entender algunas de las diferencias entre osciloscopios es observando sus especificaciones. En esta sección, cubriremos esas especificaciones:

Ancho de Banda (BW):

Esta es la especificación principal de un osciloscopio. Describe qué tan alta frecuencia puede manejar el frontal del osciloscopio y qué tan rápido tiempo de subida puede capturar.

Por tanto, la frecuencia de la señal y el tiempo de subida de esa señal están intrínsecamente relacionados. Para calcular el tiempo de subida más rápido que tu osciloscopio puede ver, divide 0.35 por el ancho de banda especificado del osciloscopio. La fórmula es: tiempo capturable más rápido = 0.35 / ancho de banda.

Tanto los osciloscopios analógicos como digitales tienen especificaciones de ancho de banda. Sin embargo, los osciloscopios digitales modernos superan con creces las capacidades de ancho de banda de los osciloscopios antiguos.

Tasa de Muestreo (Sample/Sampling Rate):

Esta especificación es única de los osciloscopios digitales. Te dice en cuántos puntos por segundo tu osciloscopio está adquiriendo datos. Esencialmente, la señal de entrada pasa por el frontal analógico (de donde viene el ancho de banda), y luego el digitalizador muestrea la forma de onda analógica.

Si bien la tasa de muestreo está relacionada con el ancho de banda, no lo afecta. Todo lo que hace es tomar datos del frontal analógico. No obstante, el ancho de banda describe la parte analógica del osciloscopio, mientras que la tasa de muestreo describe la parte digital. De esto, entendemos por qué la tasa de muestreo es una especificación exclusiva de los osciloscopios digitales.

Profundidad/Tamaño de Memoria (Memory Depth/Size):

La tasa de muestreo y la profundidad de memoria son atributos que se relacionan estrechamente en un osciloscopio. La profundidad de memoria describe cuántos datos de forma de onda puede capturar el osciloscopio. Cuanto más rápida la tasa de muestreo, más corta la onda capturada. Así, las formas de onda con tasas de muestreo más rápidas ocupan más memoria. Además, cuanta más memoria puedas utilizar, más tiempo podrás almacenar.

La profundidad de memoria es la tercera propiedad más importante de un osciloscopio digital. De nuevo, es una especificación única de los osciloscopios de almacenamiento digital. Los osciloscopios analógicos no capturan ni registran formas de onda. Como tal, no tienen propiedades de profundidad de memoria.

Resolución (Bits ADC):

Los osciloscopios modernos vienen con 8, 10 y 12 bits ADC. El convertidor analógico-a-digital toma una señal analógica, la convierte y la cuantiza en información digital. Así, un ADC de 8 bits es capaz de 256 niveles de cuantización (2^8 = 256). Esta es la resolución vertical del ADC.

Cuanto mayor la resolución, más clara será la representación de la forma de onda. Además, los bits ADC dictarán el rango de entrada. Por ejemplo, los osciloscopios con resoluciones más altas serán más adecuados para analizar señales diminutas. Esta es otra especificación única que los osciloscopios analógicos no tienen.

Disparo (Trigger):

• Cada osciloscopio digital viene con una perilla que te permite alterar el nivel de disparo en el osciloscopio. El disparo esencialmente le dice al osciloscopio cuándo tomar una instantánea de la forma de onda.

Tu DSO estándar viene con muchos modos de disparo diferentes, que indican cómo reaccionar cuando encuentra un evento de disparo. Por ejemplo, el modo de disparo por flanco le dice al osciloscopio que capture una instantánea cuando la señal toca el borde de la cuadrícula en la pantalla. Esto te da una forma versátil de medir la forma de onda.

De nuevo, porque los osciloscopios analógicos no capturan y almacenan datos, los disparos son mayormente únicos de los osciloscopios de almacenamiento digital.

Beneficios de los Osciloscopios Analógicos

Hay muchas ventajas en usar osciloscopios digitales sobre analógicos. Pero, ¿cuáles son los beneficios de usar los viejos osciloscopios analógicos?

Más Fáciles de Usar:

Los osciloscopios digitales tienden a ser más elaborados. Inversamente, los osciloscopios analógicos pueden ser más fáciles de usar porque tienen controles mínimos y pantallas menos confusas. Así, puedes usarlos para aprender los fundamentos de la prueba de voltaje. A menudo, menos funciones equivalen a más simplicidad. No tienes que pasar tanto tiempo configurando osciloscopios analógicos.

Menos Costosos:

Los osciloscopios analógicos son menos costosos que los digitales. Esto es porque son más antiguos y tienen menos características, y como puedes encontrar muchos modelos de segunda mano de este tipo, son más baratos.

Mejores para Lecturas Analógicas:

Las lecturas analógicas a menudo se ven mejor en pantallas CRT analógicas. Son más claras y, en algunos casos, pueden parecer menos ruidosas.

Disponibilidad:

De nuevo, porque son más antiguos, hay muchos modelos de segunda mano que puedes comprar. Además, tienen menos demanda. Por tanto, la mayoría de tiendas de electrónica y equipos de renombre tienden a tener stock abundante.

Conclusión

Para la mayoría de pruebas simples en ingeniería electrónica, los osciloscopios analógicos funcionan tan bien como los digitales. Si eres principiante o aficionado, puedes beneficiarte más comprando un osciloscopio analógico en lugar de uno digital. Sin embargo, al comprar un osciloscopio, debes ser claro en tus objetivos y si las características del osciloscopio se alinean con ellos.

Por ejemplo, necesitarás analizar el diseño del osciloscopio, ancho de banda analógico o digital, tiempo de subida, tasa de muestreo, densidad de canales, longitud de registro, tasa de captura de forma de onda, conectividad y expandibilidad. Para osciloscopios digitales, necesitarás preocuparte por memoria por canal y profundidad de memoria. Una vez que entiendas estas especificaciones simples, podrás discernir qué osciloscopio es el mejor para ti. Ahora, cuando la gente pregunte: "osciloscopio analógico vs. digital; ¿cuál es mejor?", podrás darles una respuesta clara. No obstante, esperamos que hayas encontrado esta guía útil. Como siempre, ¡gracias por leer!