El osciloscopio: ese gran desconocido

Seguro que alguna vez has visto, ya sea en películas de ciencia ficción o en algún documental, esa típica pantalla oscura en la que aparece una línea verde fósforo bailando una intrincada danza o mostrando, sencillamente, una onda. Se trata del osciloscopio. Pero ¿para qué sirve realmente éste enigmático (o no tanto) cacharro?

En primer lugar conviene que definamos qué es una señal. Una señal es una característica que cambia con el tiempo: la temperatura en tu cocina, la velocidad del viento en una calle, etc. La voz, una de las señales más típicas, es también una señal: la variación de la presión del aire a lo largo del tiempo. Usaremos como ejemplo la señal de una voz. O de un sonido audible cualquiera, que para el caso que nos ocupa son lo mismo.

Hace ya unos años, unos tipos se dieron cuenta que era posible pasar esta señal a un formato eléctrico y enviarla por radio, grabarla, o hacerle otro tipo de perrería, gracias a un elemento llamado micrófono. Lo que hace el micrófono es transformar la variación de la presión en una señal eléctrica de igual forma - esto es, análoga en forma, y de aquí lo de "electrónica analógica"- y grabarlara, retransmitirla, ecualizarla, filtrarla, distorsionarla o hacerle cualquiero otro tipo de perrería.

Partes íntimas de un osciloscopio:
3 es el chorro de electrones,
1 los electrodos deflectores y
5 la pantalla de fósforo

El osciloscopio sirve para "ver" estas señales electrónicas analógicas. Un osciloscopio -hablo ahora de los más antiguos, los modernos son digitales y más complejos- está formado por un cañon de electrones, dos pares de electrodos de defección y una pantalla de fósforo verde. Bastante parecido, en esencia a una tele en blanco y negro de las del año de la pera.

En el tubo de rayos catódicos se genera un chorro de electrones -desde el cañón de electrones- que impacta contra la pantalla de fósforo, iluminándola por el lado del espectador. Si los electrodos de deflección están apagados, el rayo de electrones impacta en el punto central de la pantalla durante todo el tiempo, dibujando un punto verde brillante en el fósforo. Pero -aquí está la gracia- si aplicamos dos voltajes de control a cada uno de los pares de electrodos de deflección, se generan dos campos eléctricos -el de las placas verticales en el "eje y" y el de las horizontales en el "eje x"- que permiten mover el "chorro" de electrones, y por tanto el punto verde por la pantalla, dibujando formas. Si tenemos en cuenta el fenómeno de la persistencia de la visión, la trayectoria formada por el punto nos parecerá formar una línea sólida.

Voltajes de control aplicados a los electrodos de
defleccion para poder ver, en este caso, una señal senoidal.
Debajo se puede ver la "señal rampa" que controla el eje temporal
del osciloscopio

Retomando la señal de voz, que era lo que queríamos ver en el osciloscopio, para visualizarla podemos aplicarla -recordemos que la señal de voz es un voltaje que cambia análogo a la presión del sonido- como voltaje de control a los electrodos de control verticales -eje Y-. De esta forma, el punto verde bailará en una línea horizontal al son que le marque la voz. Sin embargo, esto no es útil, ya que de esta forma nosotros sólo veríamos en realidad una línea verde horizontal de longitud variable y poco más.

Para poder visualizar la señal de voz hay que aplicar un voltaje "en rampa" a las pantallas deflectoras horizontales, de tal forma que hagan que a la vez que el punto se mueve en el eje Y al son de la señal tambíen lo haga en el eje X, de tal forma que dibuje una curva del valor de la señal en función del tiempo. Lo que en las matemáticas de la escuela era un diagrama cartesiano, vamos: en el eje X tenemos el tiempo y en el eje Y el valor de la señal.

Pero tenemos el problema de que la pantalla del osciloscopio es finita. Así pues, sólo podemos ver un tramo temporal de la señal, más bien corto, tras lo que el punto retorna a la parte izquierda de la pantalla y vuelve a pintar la señal una vez más. En este caso, pueden ocurrir dos cosas: que la señal sea periódica- esto es, que se repita su forma cada cierto periodo de tiempo- o que no lo sea. Si es periódica, el punto volverá a recorrer en el nuevo "barrido" por la pantalla el mismo camino una y otra vez, por lo que tendremos una señal estática. Por ejemplo, si la entrada es un tono puro, un seno, se verá algo así:

Aspecto de un tono en la pantalla de un osciloscopio

Sin embargo, si la señal no es periódica veremos una "cosa rara" en la pantalla. Como lo mejor es observarlo, ahí va un vídeo de YouTube en el que se aprecia bien todo esto que comento:



Por cierto, me encanta la que tiene montada el tipo del vídeo en su cuarto.

PD.- Dedicado a Astur, a su "pasión" por los osciloscopios y a su incredulidad ;)