Equipos de Prueba y Medida

Cómo equipar su laboratorio de pruebas doméstico con un presupuesto bajo

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A lo largo del último año y medio, un gran número de ingenieros ha trabajado desde casa en vez de hacerlo en su laboratorio de pruebas. En lugar de disponer de un amplio entorno de trabajo y de fácil acceso a equipos de pruebas y mediciones de alta calidad, han tenido que conformarse con una pequeña mesa en la habitación de invitados y adaptarse a la situación.

Los ingenieros aficionados también instalan laboratorios de pruebas en casa para desarrollar nuevas habilidades o probar tecnologías nuevas. Como es natural, no pueden conseguirse las mismas instalaciones que se espera tener en el lugar de trabajo. Entonces, ¿cuáles son los equipos esenciales que hay que comprar si se va a seguir trabajando desde casa y cómo conseguir el equilibro entre tamaño, coste y precisión?

¿Qué equipo de pruebas y mediciones utiliza habitualmente?

El tipo de proyectos en los que un equipo de diseño e ingeniería haya trabajado suele determinar la variedad de equipos de pruebas del entorno de trabajo. Sin embargo, los cuatro dispositivos estándar que se usan en la mayoría de los proyectos son los multímetros digitales (DMM), los osciloscopios, los generadores de funciones y los contadores. A veces son necesarios más equipos especializados, como un analizador de espectro de RF, pero en un laboratorio de pruebas doméstico no suelen hacer falta. Un analizador lógico es el único instrumento adicional que debe tener un ingeniero de desarrollo que esté trabajando en un diseño embebido, aunque esta función suele estar disponible en los osciloscopios de señal mixta. 

A los ingenieros de cierta edad les encanta utilizar equipos de pruebas y mediciones con muchos diales y botones, y actualmente algunos equipos también incluyen una interfaz de pantalla táctil fácil de usar. Sin embargo, el sistema sin pantalla que, en lugar de en una interfaz física, se basa en una aplicación informática para proporcionar las funciones de visualización y control, está ganando popularidad. Este tipo de equipos de pruebas basados en USB, que suelen ser extremadamente compactos, incluyen osciloscopios USB y otros equipos multifunción.

¿Qué prestaciones debe tener un multímetro digital?

Las especificaciones técnicas de un equipo suelen marcar su coste. Por ejemplo, un multímetro digital de sobremesa suele medir valores eléctricos, como voltios (CC/CA), amperios (CC/CA) y ohmios. Los multímetros digitales modernos también pueden medir la capacitancia, la continuidad, la frecuencia y la temperatura y tienen otras funciones de medición, lo que hace que sean muy versátiles. La precisión de la resolución de estos multímetros digitales suele ser de 2½, 5½ o 6½ dígitos, lo que indica el número de dígitos menos significativos y la precisión básica en porcentaje. Los multímetros digitales más caros y con mejores prestaciones suelen ofrecer una medición de la tensión como «True RMS» (verdadero valor eficaz) en lugar de un método de promedio y pueden tener una pantalla de hasta 7½ dígitos con una precisión de la resolución del 0,01 %.

Una alternativa más compacta y práctica a un multímetro digital de sobremesa es un dispositivo portátil que pueda guardarse en un cajón de la mesa cuando no se utilice. Es posible que el multímetro digital de sobremesa del laboratorio de pruebas ofrezca un alto grado de precisión de la resolución, pero este nivel de precisión no se requiere con frecuencia. Si este fuera el caso, un multímetro digital portátil con una precisión menor puede ser suficiente para su laboratorio de pruebas doméstico. Sin embargo, si necesita medir corriente y tensión simultáneamente, tendrá que comprar dos multímetros digitales.

¿Cuáles son las opciones disponibles para un osciloscopio?

Otro elemento que no puede faltar en el equipo de pruebas de su laboratorio doméstico es un osciloscopio. Existen dos categorías diferentes: los digitales y los de señal mixta. Como su nombre indica, los osciloscopios digitales toman muestras de señales analógicas y digitales y su almacenamiento en memoria funciona de manera digital. En cambio, un osciloscopio de señal mixta también funciona como analizador lógico.

A la hora de seleccionar un osciloscopio, los principales criterios de selección son el ancho de banda, la velocidad de muestreo y el número de canales de entrada disponibles. Aunque el intervalo de tensión de entrada, la resolución y las características de activación también son factores importantes que se deben tener en cuenta, son relativamente secundarios. En un osciloscopio de señal mixta, el número de entradas digitales —que suele ser 8, 16 o 32— y la capacidad de descodificar una serie de protocolos de señal diferentes, como RS-232, I²C y CAN, son otros parámetros esenciales a la hora de elegirlo. Al igual que ocurre con la selección del multímetro digital, es posible que la cantidad de accesorios del osciloscopio de su laboratorio de pruebas no sea necesaria para el de su laboratorio doméstico, ya que, la mayor parte del tiempo, no tendrá que utilizarlos.

Dado que los osciloscopios de sobremesa convencionales ocupan un espacio considerable, considerar una alternativa basada en USB podría ser interesante. Al igual que el multímetro digital, puede guardarse en un cajón de la mesa después de utilizarse.

Cosas que hay que tener en cuenta cuando se busca un generador de funciones/contador

Al montar un laboratorio doméstico, el último elemento que hay que adquirir es un generador de funciones/temporizador. Estas unidades multifunción generan y miden una gran cantidad de patrones de formas de onda. Las señales generadas suelen abarcar un rango de frecuencias que va desde unos cientos de hercios hasta decenas de MHz, con patrones seleccionables y estándar de forma de onda sinusoidal, cuadrada y de sierra. Para las aplicaciones que requieren patrones de forma de onda personalizados se necesita un generador de formas de onda arbitrarias (AWG). En ambos tipos de equipos, los principales criterios de selección a tener en cuenta son el número de canales de salida y el rango de frecuencia/del contador de las señales de entrada. En general, es posible que las funciones que un contador/temporizador deba tener sean escasas. Muchas tareas de diseño de prototipos y de diseño en general pueden requerir generar únicamente una forma de onda simple para emular la entrada de un sensor en un procesador. O bien, en combinación con un osciloscopio, medir el rendimiento de un circuito frontal analógico de acondicionamiento de señales. Un dispositivo de medición basado en USB que incluya un osciloscopio digital, un analizador lógico y un generador/contador de señales multifunción es algo que se debe tener en cuenta al equipar el laboratorio doméstico.

 

Recomendaciones

Como hemos visto hasta ahora en este artículo, en un laboratorio doméstico, el tamaño, la funcionalidad y el precio son elementos fundamentales. Un ejemplo de multímetro portátil profesional es la serie EX400A de Extech.

Multímetros digitales

El EX410A de autorrango de Extech es un magnífico ejemplo de un multímetro digital portátil de uso profesional. Proporciona un rango de medición de CA/CC medio de 1 mV a 600 V y una medición de corriente de hasta 10 A con una precisión de ±0,5 %. Para las mediciones de resistencia, va desde los 0,1 Ω hasta los 20 MΩ. Si su presupuesto es algo mayor, puede plantearse optar por un EX430A. Ofrece una mayor precisión de la medición de la tensión, de ±0,3 % con True RMS, medición de la corriente hasta 0,1 µA y funciones adicionales de medición de la capacitancia (desde 0,01 nF hasta 100 µF) y la frecuencia (desde 0,001 Hz hasta 10 MHz).

Imagen 1: La serie Extech 400 de multímetros digitales portátiles de uso profesional (fuente: Extech)

Combinaciones de osciloscopio y multifunción

El Analog Discovery 2 le permite llevar un laboratorio de electrónica completo en un dispositivo USB de bolsillo. Cuenta con 12 dispositivos, entre los que se encuentran un osciloscopio, un generador de formas de onda arbitrarias, un analizador lógico/de bus digital, un analizador de redes y un analizador de espectro. El Digilent Analog Discovery 2 Pro Bundle incluye sondas para osciloscopio, pinzas y cables de prueba Minigrabber, una placa de adaptador BNC y un cable de interfaz USB.

Imagen 2: El Digilent Analog Discovery 2 Pro Bundle (fuente: Digilent)

El Analog Discovery 2 y el software gratuito WaveForms que incluye pueden medir, visualizar, generar, registrar y controlar circuitos de señal mixta. Incluye un osciloscopio (dos canales de 30 MHz y 100 M muestras/segundo), un generador de funciones arbitrarias (dos canales, 14 bits y 12 MHz ± 5 V), un analizador lógico digital (100 M muestras/segundo, 3,3 V, 16 canales) y un generador de patrones digital (16 canales). También incluye dos fuentes de alimentación programables de ±5 V CC y un voltímetro CA/CC de ±25 V de un solo canal. La función del analizador lógico incluye la decodificación de bus para protocolos serie habituales como SPI, I²C y UART.

El paquete de software WaveForms ofrece una interfaz virtual para cada dispositivo, lo que le permite cambiar los ajustes y ver los resultados de las mediciones como si se tratase de un dispositivo de sobremesa clásico. Está disponible para Microsoft Windows, Apple Mac OS X y Linux, y además es compatible con JavaScript, lo que le permite automatizar las mediciones y el análisis de los datos. 

Imagen 3: Ejemplo de la aplicación WaveForms en funcionamiento con un osciloscopio, un generador de formas de onda y las funciones de la fuente de alimentación (fuente: Digilent)

Supongamos que está trabajando en un diseño embebido y que necesita un analizador lógico más completo. En ese caso, el Digilent Digital Discovery con un adaptador de alta velocidad y 32 canales le ofrece una frecuencia de muestreo hasta ocho veces superior a la de la función del analizador de Analog Discovery.

Imagen 4: El interior del analizador lógico Digilent Digital Discovery basado en FPGA (fuente: Digilent)

Se adapta a un CMOS de 1,2 V a 3,3 V y dispone de 8 canales de 800 M muestras/s, 16 canales de 400 M muestras/s o 32 canales de 200 M muestras/s. Además, incluye un generador de patrones de 100 M muestras/s y 16 canales. El software WaveForms también dispone de una función de E/S digital virtual de 16 canales con botones, interruptores y LED.

Los dispositivos conectados Digilent Analog Discovery 2 y Digital Discovery USB ofrecen un conjunto integral de funciones en un paquete compacto de 80 mm × 80 mm × 25 mm que no es mayor que un posavasos.

Imagen 5: Ejemplo de una captura de pantalla de una señal VGA realizada con el Digilent Discovery (fuente: Digilent)

Un analizador lógico alternativo basado en USB es el DSLogic U3Pro16. Con 16 canales digitales, puede muestrear 8 canales de hasta 1 G muestras/s y 16 canales de hasta 500 M muestras/s y se adapta a los niveles lógicos más habituales desde 1 V hasta 5 V. A diferencia del dispositivo Digilent Digital Discovery, no incluye un generador de patrones digitales ni otras funciones de E/S programables.

Imagen 6: Ejemplo del analizador lógico DPLogic U3Pro16 en funcionamiento utilizando la aplicación DSLogic View. (Fuente: DreamSourceLab)

Comencemos

Los dispositivos compactos USB y portátiles, como los que se han abordado en este artículo, son una alternativa viable y económica a las versiones caras de sobremesa. Esto significa que instalar un laboratorio en casa no tiene por qué ser costoso, y puede guardarlo en el cajón del escritorio al terminar la jornada. Para obtener más información sobre precios, consulte los enlaces que aparecen en el artículo.

 

Autor: Mark Patrick, Mouser Electronics

Distribuidor autorizado

www.mouser.com

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