En este tutorial aprenderás a medir diferentes magnitudes eléctricas:
- Tensión a través de una resistencia
- Corriente a través de la Ley de Ohms
- Consumo de energía de un condensador
Antes de profundizar en las mediciones, empecemos con información básica sobre los osciloscopios para tener una mejor base.
Información general sobre osciloscopios
Un osciloscopio es un instrumento de laboratorio típico. El propósito de este instrumento es mostrar y analizar la forma de onda de señales electrónicas con frecuencias de 1 hertz (Hz) a varios megahertz (MHz). Normalmente, utiliza el osciloscopio para medir el voltaje en función del tiempo. El osciloscopio muestra el voltaje no como un simple número como un multímetro, sino más bien a lo largo del tiempo de izquierda a derecha. Al igual que un multímetro, un osciloscopio también es capaz de procesar y mostrar corriente alterna (CA) o corriente continua pulsada (CC). El barrido horizontal se mide en tiempos por segundo y la deflexión vertical se mide en voltios por división.
Yo personalmente uso un osciloscopio USB de Pico Technology, el Picoscope 2204 A. Como es un osciloscopio USB, no tiene pantalla. Puedo conectar directamente el osciloscopio a mi computadora y hay un software que me brinda la interfaz de un osciloscopio estándar. La principal ventaja de un osciloscopio USB es que existen dispositivos económicos en el mercado porque no hay necesidad de pantalla ni botones. Ahorra mucho costo en comparación con los osciloscopios sin USB.
La siguiente tabla le ofrece una descripción general de mi Picoscope 2204 A.
Especificación de criterios
| Banda ancha | 10 MHz |
| Número de canales | 2 |
| Rangos de entrada | + – 50 mV a + – 20 V |
| Sensibilidad de entrada | 10 mV / div a 4 V / div |
| Ancho de pulso mínimo detectable | 5 ns |
| Tasa de muestreo máxima | 100 MS. / S |
| Base de tiempo más corta | 10 ns / div |
| Formas de onda máximas por segundo | 2000 |
| Disparadores avanzados | Borde, ventana, ancho de pulso, ancho de pulso de ventana, abortar, abortar ventana, intervalo, lógica |
| Tipos de desencadenantes | Borde ascendente o descendente |
| Señales de salida estándar del generador de funciones | Sinusoidal, cuadrada, triangular, voltaje CC, rampa, sinc, gaussiana, semisinusoidal |
| Canales matemáticos y filtros de software | −x, x + y, x – y, x * y, x / y, x ^ y, sqrt, exp, ln, log, abs, norm, sign, sin, cos, tan, arcsin, arccos, arctan, sinh , cosh, tanh, freq, derivative, integral, min, max, average, peak, delay, duty Paso alto, paso bajo, paso de banda, parada de banda |
La siguiente tabla le brinda una descripción general de todos los componentes y partes que utilicé para este tutorial. Recibo comisiones por compras realizadas a través de los enlaces de esta tabla.
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Medición de voltaje del microcontrolador con un osciloscopio
Medir el voltaje con un osciloscopio es la parte más fácil de usar este dispositivo. Solo necesita conectar una sonda en ambos extremos antes y después del componente eléctrico cuyo voltaje desea medir. La imagen de la derecha muestra que, por tanto, el osciloscopio está en paralelo con el componente eléctrico.
En mi ejemplo, quiero medir el voltaje a través de una resistencia de 10 kΩ. Como fuente de alimentación, uso el NodeMCU V2 porque quiero encender y apagar el circuito durante un tiempo determinado. El siguiente boceto muestra el circuito y el boceto que utilicé.
void setup() {
pinMode(D3, OUTPUT); // LED pin as output
}
void loop() {
digitalWrite(D3, HIGH);
delay(5000);
digitalWrite(D3, LOW);
delay(5000);
}
Luego, las siguientes imágenes muestran la salida del osciloscopio. En los x-dolores ves que el circuito está encendido durante 5 segundos y luego apagado durante otros 5 segundos y así sucesivamente. Lo que es realmente interesante es que aunque configuré el pin de salida en bajo, todavía hay un pequeño voltaje de alrededor de 0.2V en la resistencia que tiene mucha ondulación. Si la salida se establece en ALTA, el voltaje de salida del GPIO es 3.3V, que se muestra en la imagen.
Medición de corriente del microcontrolador con un osciloscopio
Es posible medir la corriente en un circuito directamente con una sonda de corriente. Pero estos son muy caros y no tengo ninguno. Otra posibilidad para medir la corriente es usar una resistencia conocida y la ley de Ohm: U = R * I
Por lo tanto, si podemos medir el voltaje a través de una resistencia conocida, también conocemos la corriente en el circuito. Usamos la misma configuración y el mismo esquema de medición de voltaje con un osciloscopio. Lo único que agregamos es un canal matemático en el osciloscopio. Con un canal matemático, puedo agregar canales virtuales basados en operaciones matemáticas de los canales de entrada reales. La siguiente imagen muestra que agregué el canal matemático: U / 10000 porque usé una resistencia de 10kΩ.
El tiempo en el eje x no es el mismo para el canal matemático porque los valores para el canal matemático se calculan con los valores reales un período antes.
En el software del osciloscopio, puedo medir la corriente mínima y máxima. La corriente mínima es 22 μA y la corriente máxima es 323 μA. También probé el valor mínimo y máximo del osciloscopio en comparación con una medición realizada con un multímetro estándar.
Medición de potencia del microcontrolador con un osciloscopio
Ahora queremos medir el consumo de energía de un condensador. ¿Como podemos hacerlo? No hay problema, porque combinaremos lo aprendido de una manera que lo haga divertido. La potencia se calcula mediante: P = U * I
- Medimos el voltaje en el condensador directamente con el primer canal del osciloscopio.
- Podemos medir la corriente conectando una resistencia en serie con el condensador, midiendo el voltaje a través de la resistencia y calculando la corriente en el circuito.
La siguiente imagen muestra cómo se conectan los componentes eléctricos.
Ahora queremos medir la potencia. La potencia se calcula mediante P_C = U_C * I = U_C * U_R / R donde
- U_C es el voltaje en el condensador
- U_R es el voltaje en la resistencia
- R es la resistencia y 10 kΩ
Verá el consumo de energía en la siguiente imagen como una línea negra.
El consumo de energía mínimo del condensador es de 58,69 μW y el consumo de energía máximo es de 10,62 mW. Nuevamente, tenga en cuenta que el tiempo en el eje x no es el mismo para el canal matemático.
Conclusión
Ahora sabe cómo medir voltaje, corriente y potencia con un osciloscopio. ¿Tiene preguntas sobre las medidas? ¿Está utilizando un osciloscopio o está pensando en adquirir uno? Soy feliz cuando dejas un Comenta abajo.
