Antes de discutir osciloscopio de muestreodebemos 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 añadidas y usos para el propósito especial.
Está diseñado para proporcionar una función de muy alta frecuencia mediante el muestreo de varias formas de onda sucesivamente. Este osciloscopio utiliza el teorema de muestreo para fabricar formas de onda a partir de varias señales de entrada. Utilizando luz estroboscópica, se puede ver la fracción del movimiento, pero cuando se toma el conjunto de imágenes, se observa un movimiento mecánico muy rápido. El osciloscopio de muestreo funciona de manera similar a la técnica estroboscópica y se utiliza para observar señales eléctricas muy rápidas. Se necesitan aproximadamente 1000 puntos para crear la forma de onda.
Funcionamiento del osciloscopio de muestreo
Como su nombre indica, recoge 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 de banda baja y luego se muestra en la pantalla. Esta forma de onda se hace con la unión de muchos puntos asociados entre sí para construir la forma completa.
Cada punto de la onda es la desviación vertical del punto de la capa progresiva en cada ciclo sucesivo de una onda escalonada. Se utilizan para controlar las señales de alta frecuencia hasta 50 GHz o más. La frecuencia de la forma de onda visualizada es mayor que la tasa de muestreo del osciloscopio. Es de aproximadamente 10 piezas por división o más junto con un gran ancho de banda del amplificador de aproximadamente 15 GHz. En la etapa de muestreo, las señales son de baja frecuencia y para lograr un gran ancho de banda se combina con un atenuador.
Sin embargo, reduce el rango dinámico del instrumento. El osciloscopio de muestreo se limita a señales repetitivas y no responde a eventos transitorios. Sólo muestran alta frecuencia dentro del límite del rango.
Método de muestreo
Antes de cada ciclo de muestreo, el pulso de disparo activa una oscilador y se genera un voltaje de línea. Cuando la amplitud de dos voltajes es igual, la escalera se mueve un escalón y se genera un pulso de muestreo que abre la puerta de muestreo para una muestra del voltaje de entrada. La resolución de la forma de onda depende de la dimensión de los escalones del generador de la escalera. Hay diferentes formas de tomar muestras, pero se suelen utilizar dos. Una es la muestra en tiempo real y la otra es un método de muestreo equivalente.
Método de muestra en tiempo real
El digitalizador del método en tiempo real trabaja a alta velocidad para poder registrar los puntos máximos en un solo 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 ser asociado con los más cercanos. Estos eventos no se repiten, por lo que debe ser registrada en el mismo lapso de tiempo en que ocurren. La frecuencia de las muestras es muy alta, alrededor de 500 MHz, y la frecuencia de muestreo es de unas 100 muestras por segundo. Para almacenar una forma de onda de tan alta frecuencia, se requiere una memoria de alta velocidad.
Método de muestra equivalente
El muestreo en un método equivalente funciona sobre el principio de la profecía y la estimación que sólo es posible con la forma de onda repetitiva. En el método equivalente el digitalizador obtiene muestras de muchas repeticiones de señales. Puede tomar una o más muestras de cada repetición. Al hacerlo, la precisión en la captura de la señal se incrementa. La frecuencia de la forma de onda resultante es mucho mayor que la tasa de muestreo del osciloscopio. Este tipo de muestreo puede realizarse mediante dos métodos: el método aleatorio y el método secuencial.
Método de muestreo aleatorio
El método de muestreo aleatorio es el más común. Utiliza un reloj interno que se ajusta de tal manera que funciona con respecto a las señales de entrada y las muestras de disparo de la señal se toman continuamente, independientemente de dónde se haya disparado. Las muestras que se recogen 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 del ajuste de tiempo. Siempre que se detecta el disparador, la muestra se registra con un pequeño retardo. Hay que asegurarse de que el retardo sea muy corto pero bien definido. Cuando se produce el siguiente disparador, se registra con un pequeño retardo de tiempo incremental con respecto al anterior. El barrido retardado puede tener el rango de unos pocos microsegundos demasiado pocos segundos. Supongamos que el retardo por primera vez es t, entonces el retardo por segunda vez será poco más que t y de esta manera se están tomando muestras muchas veces con un retardo adicional hasta que se llene la ventana de tiempo.
