Osciloscopio analógico y digital:¿cuál es la diferencia?

Los osciloscopios son importantes herramientas de prueba en la ingeniería electrónica. Especialmente cuando medimos una sección de una forma de onda repetitiva o una señal de alta frecuencia. Sin embargo, hay una pregunta entre los principiantes; Osciloscopio analógico o digital:¿cuál es mejor? En la mayoría de los casos, notará 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 alcance y cómo identificarlo. Al final de esta guía, debe diferenciar entre los dos y cuál es el mejor para su proyecto.

¿Qué es un osciloscopio?

Una mano ajustando un osciloscopio

El osciloscopio tiene muchos nombres. Puede referirse a él como oscilógrafo, o-scopio, CRO (osciloscopio de rayos catódicos), DSO (osciloscopio de almacenamiento digital) o simplemente un osciloscopio. Es un equipo que utiliza 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 de circuito de un solo punto en el tiempo. Por otro lado, los osciloscopios te permiten medir el voltaje de un circuito a lo largo del tiempo. Esencialmente, tomará muchos miles de lecturas y las trazará en su pantalla. Esto le permitirá comparar fácilmente cualquier pico o caída de voltaje de eventos transitorios.

Hay dos tipos principales de osciloscopios; osciloscopios analógicos (u osciloscopios analógicos) y osciloscopios digitales. Prácticamente funcionan igual, pero como verá, los osciloscopios digitales vienen con características adicionales que sus contrapartes analógicas no tienen.

Osciloscopios analógicos

Osciloscopio analógico

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

Los voltajes en las placas horizontales del tubo modificaron la posición de la corriente. Cuando la corriente de electrones golpeó la capa de fósforo en la pantalla, el área de aterrizaje brilló. En consecuencia, esto mostró un punto de luz que finalmente se convertiría en una longitud de onda perceptible.

Había osciloscopios de doble haz que podías usar para comparar dos señales diferentes. Emitirían y mostrarían simultáneamente dos haces de electrones en una sola pantalla plana.

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

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

Osciloscopios digitales

Osciloscopios digitales de la serie Rigol DS2000

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

Además, la llegada de los visores digitales permitió funciones adicionales, como almacenamiento estándar, manipulación mejorada de la pantalla, mejores disparos, etc.

Tipos de osciloscopios digitales

Cuando los fabricantes y las empresas lanzaron los primeros osciloscopios digitales, los introdujeron bajo el osciloscopio de fósforo digital. (DPO) y osciloscopio de almacenamiento digital (DSO). Esto se debe a que los primeros osciloscopios digitales usaban pantallas de fósforo. Un osciloscopio digital moderno utiliza una pantalla LED o LCD.

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

Osciloscopios de señal mixta y dominio mixto (MSO y MDO)

Desmontaje de MSO Agilent 54622D

Fuente:Flickr

Las nuevas capacidades que brindan los osciloscopios digitales fueron mucho más allá de lo que muchos podían imaginar en los días analógicos. Incorporaron capacidades tales como canales de análisis lógico más allá de los dos o más canales de osciloscopio analógico normalmente disponibles. Por ejemplo, los osciloscopios de señal mixta (MSO) están disponibles. Otras capacidades como una salida del 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 realizar mediciones en el dominio de la frecuencia. es decir, análisis de espectro . Esto permite probar circuitos que pueden requerir una combinación de análisis de espectro y las medidas de osciloscopio normales.

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

Osciloscopios de muestreo digital

Osciloscopio de muestreo digital

Fuente:Wikimedia Commons

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

Como resultado, tienen un caso de uso limitado. Los alcances también vienen en una variedad de formatos. Pueden venir en cajas de banco estándar para usar en un laboratorio. Por el contrario, otros son más adecuados para aplicaciones de servicio de campo.

Osciloscopio analógico frente a digital– Osciloscopios USB y basados ​​en PC

Un PicoScope 6000 conectado a un portátil

Fuente:Wikimedia

Un osciloscopio basado en PC puede venir como un osciloscopio independiente o como un osciloscopio externo. Los osciloscopios externos basados ​​en PC requieren una conexión a su PC para funcionar. Además, pueden usar la pantalla, la fuente de alimentación y el procesador de la computadora. A menudo, puede 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, deberá instalar el software y los controladores del osciloscopio en su computadora para que se conecte correctamente.

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

Existe una enorme variedad de diferentes tipos y modelos de osciloscopios. Al conocer sus características y mirar sus hojas de especificaciones, puede ver su rendimiento, factor de forma y capacidades generales.

Osciloscopio analógico frente a digital– Diferencias clave entre un osciloscopio analógico y digital

Diferencias en el funcionamiento

Mesa de trabajo de ingeniería electrónica con osciloscopio

Hay un gran malentendido entre la comunidad de principiantes en electrónica. Mucha gente asume que solo los osciloscopios analógicos usan pantallas CRT. Esto es falso. Los osciloscopios digitales como el osciloscopio de almacenamiento digital Tektronix 2230 utilizan una pantalla CRT.

Si compara un osciloscopio analógico antiguo como el Tektronix 2213 con el Tektronix 2230 DSO, notará que este último tiene más controles de panel. Por lo tanto, hay intrínsecamente más complejidad en el funcionamiento de un osciloscopio de almacenamiento digital.

Un osciloscopio digital puede hacer todo lo que puede hacer un osciloscopio analógico. Sin embargo, cuando comienza a alejar el zoom de un osciloscopio analógico, especialmente si se trata de una frecuencia más baja, la imagen de salida comienza a parpadear. Esto se debe a la forma en que la pantalla CRT muestra las formas de onda.

El osciloscopio de almacenamiento digital soluciona esto brindándole una imagen más estable. Por lo tanto, en lugar de mostrar la variación de voltaje, el DSO muestreará las formas de onda en diferentes puntos, las almacenará y las mostrará. Esto le da una visualización más estable y le facilita ver la forma de onda completa.

El osciloscopio digital logra esto a través de su convertidor de 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 osciloscopio digital. Además, puede ajustar la persistencia efectiva en un osciloscopio digital, lo que le permite captar más ruido. La calibración de la pantalla le permite ver una medición más precisa y una mejor calidad de gráficos. Además, el uso de la tecnología LCD hace que los sistemas digitales sean más ligeros y portátiles.

Diferencias en especificaciones

Imagen vectorial de osciloscopio

Fuente:Commons Wikimedia

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

Osciloscopio analógico frente a digital– Ancho de banda (BW):

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

Por tanto, la frecuencia de la señal y el tiempo de subida de esa señal están inherentemente relacionados. Para calcular el tiempo de subida más rápido que puede ver su osciloscopio, divida 0,35 por el ancho de banda especificado del osciloscopio. Entonces, la fórmula se ve así:tiempo de captura más rápido =0.35 / ancho de banda.

Tanto los osciloscopios analógicos como los 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 más antiguos.

Muestra/Frecuencia de muestreo:

Esta especificación es exclusiva de los osciloscopios digitales. Le dice a cuántos puntos por segundo su osciloscopio está adquiriendo datos. Esencialmente, la señal de entrada se enruta a través de la interfaz analógica (de donde proviene el ancho de banda), y luego el digitalizador muestrea la forma de onda analógica.

Si bien la frecuencia de muestreo está relacionada con el ancho de banda, no lo afecta. Todo lo que hace es tomar datos de la interfaz analógica. Sin embargo, el ancho de banda describe la parte analógica del osciloscopio, mientras que la frecuencia de muestreo describe la parte digital. A partir de esto, podemos entender por qué la frecuencia de muestreo es una especificación exclusiva de los osciloscopios digitales.

Profundidad/Tamaño de memoria:

La frecuencia de muestreo y la profundidad de la memoria son atributos que se relacionan estrechamente entre sí en un osciloscopio. La profundidad de la memoria describe la cantidad de datos de forma de onda que puede capturar el osciloscopio. Cuanto más rápida sea la frecuencia de muestreo, más corta será la onda capturada. Por lo tanto, las formas de onda con frecuencias de muestreo más rápidas ocupan más memoria. Además, cuanta más memoria pueda utilizar, más tiempo podrá almacenar.

La profundidad de la memoria es la tercera propiedad más importante de un osciloscopio digital. Una vez más, es una especificación exclusiva de los osciloscopios de almacenamiento digital. Los osciloscopios analógicos no capturan ni registran formas de onda. Como tales, no tienen propiedades de profundidad de memoria.

Resolución de osciloscopio analógico frente a digital (bits ADC):

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

Cuanto mayor sea 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.

Osciloscopio analógico frente a digital– Activador:

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

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

Una vez más, debido a que los osciloscopios analógicos no capturan ni almacenan datos, los disparadores son en su mayoría exclusivos de los osciloscopios de almacenamiento digital.

Osciloscopio analógico frente a digital:ventajas de los osciloscopios analógicos

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

Más fácil de usar: 

Los osciloscopios digitales tienden a ser osciloscopios más elaborados. A la inversa, los osciloscopios analógicos pueden ser más fáciles de usar porque tienen controles mínimos y pantallas menos confusas. Por lo tanto, puede usarlos para aprender los conceptos básicos de las pruebas de voltaje. A menudo, menos funciones equivalen a más simplicidad. No tiene que dedicar tanto tiempo a configurar osciloscopios analógicos.

Menos costoso:

Los osciloscopios analógicos son menos costosos que los de tipo digital. Esto se debe a que son más antiguos y tienen menos funciones, y dado que puedes encontrar muchos visores de este tipo de segunda mano, son más baratos.

Mejor para lecturas analógicas:

Las lecturas analógicas a menudo aparecen mejor en las pantallas CRT analógicas. Son más claros y, en algunos casos, pueden parecer menos ruidosos.

Disponibilidad:

Nuevamente, debido a que son más antiguos, hay muchos modelos antiguos de segunda mano que puedes comprar. Además, tienen menos demanda. Por lo tanto, la mayoría de las tiendas de electrónica y equipos de buena reputación tienden a estar repletas de existencias.

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

• Más fácil de usar: Los osciloscopios digitales tienden a ser osciloscopios más elaborados. A la inversa, los osciloscopios analógicos pueden ser más fáciles de usar porque tienen controles mínimos y pantallas menos confusas. Por lo tanto, puede usarlos para aprender los conceptos básicos de las pruebas de voltaje. A menudo, menos funciones equivalen a más simplicidad. No tiene que dedicar tanto tiempo a configurar osciloscopios analógicos.
• Menos costoso: Los osciloscopios analógicos son menos costosos que los de tipo digital. Esto se debe a que son más antiguos y tienen menos funciones, y dado que puedes encontrar muchos visores de este tipo de segunda mano, son más baratos.
• Mejor para lecturas analógicas: Las lecturas analógicas a menudo aparecen mejor en las pantallas CRT analógicas. Son más claros y, en algunos casos, pueden parecer menos ruidosos.

Disponibilidad: Nuevamente, debido a que son más antiguos, hay muchos modelos antiguos de segunda mano que puedes comprar. Además, tienen menos demanda. Por lo tanto, la mayoría de las tiendas de electrónica y equipos de buena reputación tienden a estar repletas de existencias.

Conclusión

Para la mayoría de las pruebas simples en ingeniería electrónica, los osciloscopios analógicos funcionan tan bien como los osciloscopios digitales. Si es un principiante o un aficionado, puede beneficiarse más al comprar un visor analógico en lugar de uno digital. Sin embargo, al comprar un osciloscopio, debe tener claros sus objetivos y si las características del osciloscopio se alinean con ellos.

Por ejemplo, deberá analizar el diseño del osciloscopio, el ancho de banda digital o analógico, el tiempo de subida, la frecuencia de muestreo, la densidad del canal, la longitud de registro, la velocidad de captura de forma de onda, la conectividad y la capacidad de expansión. Para los osciloscopios digitales, deberá preocuparse por la memoria por canal y la profundidad de la memoria. Una vez que comprenda estas especificaciones simples, podrá discernir qué osciloscopio es mejor para usted. Ahora, cuando la gente pregunta:“osciloscopio analógico vs. digital; ¿cuál es mejor?" podrás darles una respuesta clara. No obstante, esperamos que esta guía le haya resultado útil. Como siempre, gracias por leer.