La respuesta de la prueba de pulso del canal vertical es fundamental para la calibración del osciloscopio. Este proceso incluye señales de alta frecuencia y pulsos de tiempo de subida rápida que incorporan un contenido considerable de alta frecuencia. El método de comprobación suele consistir en emplear un flanco rápido y, a continuación, supervisar el tiempo de transición mostrado del 10% al 90% del tamaño de paso.
Las aberraciones en el pulso (preimpulso y sobreimpulso) también se miden con frecuencia. Los reflejos que pueden sesgar la forma del pulso y afectar a los resultados pueden deberse a la discordancia de impedancia entre la fuente del pulso y la entrada del osciloscopio.
Los modernos calibradores de osciloscopios, como el calibrador de osciloscopios de alto rendimiento 9500C de Fluke, están diseñados para reducir los efectos de estas perturbaciones de alta frecuencia. Sin embargo, los técnicos de calibración y los metrólogos deben conocer su influencia, especialmente en el contexto de los análisis de acreditación de laboratorio e incertidumbre de medida.
En qué consiste la adaptación de impedancias
Las fuentes de señal de alta frecuencia, como las que se encuentran en los calibradores de osciloscopios, suelen tener salidas de 50 Ω y se calibran en función del nivel desarrollado a través de una carga correctamente terminada. Cualquier variación de la frecuencia nominal o errores en la impedancia de salida de la fuente o la impedancia de carga puede interrumpir el nivel de señal desarrollado en la carga, que en este caso es la entrada del osciloscopio.
Ecuación para calcular la tensión de carga: VL = VS * RL / (RS + RL)
- VS = fuente de tensión
- RS = impedancia de salida
- RL = carga de impedancia (VS y RS están cada uno conectados a esta carga)
- VL = tensión desarrollada en la carga
A altas frecuencias, las impedancias no son puramente resistivas y no siempre se representan en términos de resistencia, capacidad e inductancia, sino a través de la relación de ondas estacionarias de tensión (VSWR) o las pérdidas de retorno (vinculada a la VSWR).
Estos parámetros son vitales a altas frecuencias y se utilizan para indicar cómo se desvía la impedancia real respecto a la impedancia nominal (50 Ω). La minimización del efecto de VSWR de carga (entrada del osciloscopio) se realiza diseñando la impedancia de la fuente del calibrador del osciloscopio de tal forma que esté muy cerca de un valor perfecto de 50 Ω (VSWR bajo).
Evalúe el efecto de desajuste en la exactitud del nivel de señal considerando el VSWR de la fuente y la carga, parámetros que normalmente se enumeran en las especificaciones del equipo. Esta evaluación debe tenerse en cuenta al realizar un análisis de incertidumbre.
Consideraciones sobre el análisis de incertidumbre
La expresión del error de desajuste a menudo aparece en la literatura teórica sobre RF y microondas, lo que deriva un valor para el error en términos de potencia.
Sin embargo, los osciloscopios están calibrados en términos de tensión, por lo que el error de desajuste también debe expresarse en términos de tensión. Si los errores son mínimos, el error de potencia puede reducirse a la mitad para obtener un error de tensión equivalente sin pérdida significativa de exactitud.
Normalmente, el VSWR de entrada de 50 Ω del osciloscopio puede ser de 1,5 hasta 1GHz Los calibradores de osciloscopios están diseñados para proporcionar salidas de VSWR bajas, y los valores típicos, con el cabezal activo del Fluke 9500C y 9540C de 4 GHz, son de <1,1 hasta 550 MHz, <1,2 para 550 MHz – 3 GHz y <1,35 para 3 GHz – 4 GHz.
Al realizar un análisis de incertidumbre, el efecto del desajuste en la exactitud de la amplitud debe tratarse como una de las contribuciones de tipo B (sistémicas). La incertidumbre debida a desajustes debe calcularse a partir de la información de VSWR y dividirse por la raíz de dos para expresarse en incertidumbre estándar junto con las otras contribuciones de incertidumbre.
Comprobación del ancho de banda del osciloscopio
La influencia de la falta del desajuste en la exactitud del nivel de señal puede examinarse y tenerse en cuenta al medir el ancho de banda. Sin embargo, el método de aplicación depende del enfoque de la prueba de ancho de banda. La técnica más habitual consiste en medir la disminución relativa en la amplitud mostrada, expresada en dB, a la frecuencia de ancho de banda nominal en comparación con la amplitud a una frecuencia de referencia más baja.
También se puede identificar la frecuencia cuando la amplitud de la señal cae 3 dB en relación con una frecuencia de referencia más baja. Realice una conversión de una incertidumbre de amplitud a una incertidumbre de frecuencia considerando la pendiente de la amplitud del osciloscopio.
Comprobación de la respuesta del pulso del osciloscopio
Los efectos de desajuste en las señales de flanco rápido utilizadas para las pruebas de respuesta de pulso pueden generar reflejos. La forma de onda mostrada en el osciloscopio será el efecto acumulativo del flanco del calibrador del osciloscopio y el reflejo de menor amplitud de la entrada del osciloscopio.
El diseño de calibradores de osciloscopios contemporáneos, como el Fluke 9500C, minimiza este efecto al proporcionar una fuente de VSWR baja. Cualquier reflejo suele afectar a las aberraciones de pulso observadas en lugar del tiempo de subida observado.
En conclusión, las soluciones modernas para calibración de osciloscopios, como el 9500C de Fluke, se han diseñado para minimizar el efecto de los desajustes de impedancia. Sin embargo, los técnicos de calibración y los metrólogos deben conocer su impacto y tenerlos en cuenta en sus análisis de incertidumbre. El efecto del desajuste también puede influir en los resultados de pruebas de pulso al causar reflejos. Las anomalías o aberraciones excesivas observadas pueden ser indicativas de daños en la entrada del osciloscopio.