PUNTA DE PRUEBA

CONSTRUCCIÓN DE UNA PUNTA DE PRUEBA

COMPENSADAS EN FRECUENCIA

· ¿QÚE ES UNA PUNTA DE PRUEBA?

Una punta de prueba ó simplemente una punta, es un dispositivo que permite realizar una conexión física entre una fuente de señal ó punto de prueba y un instrumento de medición electrónico, como ejemplo el osciloscopio.

Existe una gran variedad de puntas de prueba, desde dispositivos sencillos y resistentes como las puntas directas BNC-caimán, hasta otros más sofisticados, caros y frágiles como las puntas compensadas en frecuencia.

· ¿QÚE ES UNA PUNTA DE PRUEBA IDEAL?

Una punta de prueba ideal tiene las siguientes características:

• Facilidad de conexión al punto de prueba
• Fidelidad absoluta de la señal que mide

o Carga nula presentada a la fuente de señal “carga, se refiere a una resistencia, virtual por decirlo de una forma, no es física ”

• Inmunidad completa al ruido·
  

¿QÚE ES UNA PUNTA DE PRUEBA PARA OSCILOSCOPIO?

Debido a las altas frecuencias que entran en juego, los osciloscopios comúnmente no usan simples cables para conectar al punto de prueba, sino que se usan puntas de prueba de osciloscopio. Dichas puntas de prueba usan un cable coaxial para transmitir la señal desde el extremo de la punta hasta la entrada del osciloscopio, conservando aquellas altas frecuencias importantes para la operación correcta de este instrumento.

Las puntas de prueba de osciloscopio se clasifican en dos grandes grupos: pasivas y activas, que se explican a continuación.

PUNTAS PASIVAS

Cuando existe la necesidad de compensación y atenuación. Es necesario a parte de cables y conectores, el uso de resistores y condensadores. Por tal no contienen componentes electrónicos activos, como transistores ó amplificadores, y por lo tanto no necesitan que se les provea potencia.

El diseño más común, es inserta un resistor de que este en los valores de Mega Ohms en serie con el extremo de la punta. El resistor sirve para minimizar la carga que la capacitancia del cable introduciría en el punto de prueba. Esto en serie con la impedancia del osciloscopio, el resistor crea un divisor de tensión x10, por lo que a estas puntas se las conoce como puntas de baja capacitancia ó puntas X10

PUNTAS ACTIVAS

Este tipo de puntas contienen ó dependen de componentes electrónicos activos, como transistores, para su operación. En la mayoría de los casos, el elemento activo es un transistor de efecto campo (FET) en la forma de un pequeño amplificador, construido a partir de un FET, montado directamente dentro de la extremidad de la punta de prueba. De esta manera se obtienen capacitancias bajas entre el orden de pico faradios hasta menos de un faradio, sin comprometer el valor de la alta resistencia en corriente directa.

· ¿QÚE ES UNA PUNTA DE PRUEBA COMPENSADA EN FRECUENCIA?

Debido a que la entrada en un osciloscopio tiene capacitancias parásitas en paralelo con un resistor del orden de 1 Mega Ohm (aproximadamente), tal capacitor debe encontrarse también en paralelo con un capacitor, llamado capacitor de puente, de manera de evitar que se forme un filtro pasa bajo RC con la capacitancia parásita del osciloscopio como se muestra en la figura 2. El valor de este capacitor de puente ( C_TRIM de la figura 2), debe elegirse de manera tal que, combinado con el capacitor de entrada del osciloscopio, se forme también un divisor de tensión x10. Así la punta provee una atenuación uniforme x10 desde corriente directa, mediante la atenuación que proveen los resistores hasta frecuencias bastante altas de corriente alterna, mediante la atenuación que proveen los capacitores.

Los diseños más modernos de puntas tienen en su extremidad un circuito electrónico de lámina gruesa recortada por láser que combina el resistor del orden de Mega Ohms con el capacitor de puente de valor fijo. Adicionalmente, se agrega un pequeño capacitor ajustable denominado capacitor de compensación en paralelo con la capacitancia de entrada del osciloscopio.

En ambos casos, se debe ajustar la punta de manera que garantice una atenuación uniforme a toda frecuencia. A este proceso se lo conoce como compensación de la punta de prueba en frecuencia, este proceso normalmente se lleva a cabo midiendo una onda cuadrada y ajustando el capacitor de compensación hasta que en el osciloscopio se visualiza una señal lo más cuadrada posible. Si se nota que los bordes son pronunciados ó redondeados, se dice que la punta está sobre-compensada ó subcompensada, respectivamente.

· ¿QÚE VALORES COMERCIALES EXSITEN EN PUNTAS COMPENSADA EN FRECUENCIA?

La tabla que se muestra a continuación, contiene alguno de los valores comerciales que podrá usted encontrar en el mercado.

Ancho de banda	Atenuación	Máxima tensión entrada
60MHz	x1 y x10	600VDC
100MHz	x1 y x10	600VDC
60MHz / 150MHz	x1 y x10	600VDC
60MHz / 250MHz	x1 y x10	600VDC

COMO CONSTRUIR UNA PUNTA DE PRUEBA COMPENSADA EN FRECUENCIA

ARMADO DE LAS PUNTAS BNC-CAIMÁN

Para armar las puntas BNC-Caimán, se requiere aproximadamente un metro y medio de cable coaxial RG-58 A/U, con cable central (no alambre, recordar que el alambre es solo un polo). También requerirá de un conector tipo BNC RG-58 macho con tuerca para el cable coaxial (Figura 1.1). Considerar la compra de 60 centímetros de cable rojo y 60 centímetros de cable negro de preferencia terminados con caimán, de lo contrario comprar los 4 caimanes, 2 de cada color correspondiente a cada cable, como se muestra en la figura 1.

El preset, mencionado en el diagrama de la Figura 2, es un preset horizontal “de preferencia”.

Figura 1

Recuerde que esta parte es opcional, por si usted desea adquirir experiencia en el armado de las puntas directas de BNC-Caimán, ya que las puede comprar en cualquier tienda de electrónica. Y son de bajo costo. Si usted toma la decisión de comprar la punta, deberá comprar aun así 30 centímetros de cable rojo y negro, y su caimán respectivo a cada color. Ya que serán usados para la conexión del circuito de compensación.

Figura 1.1

DESCRIPCIÓN DEL CABLE RG58 A/U

El cable RG58 A/U, también conocido como núcleo de hilos trenzados o cable coaxial. Es muy utilizado, debido a que asegura un fácil manejo, además de que es barato comparado con otros cables utilizados para conexiones. Este cable está compuesto de un centro que es conocido como núcleo, es aquí de donde se deriva su nombre.

Tal núcleo esta compuesto por varios hilos de cobre fuertemente trenzados, el núcleo esta rodeado de un material aislante, el cual esta rodeado de un conductor cilíndrico, todo esto es para evitar algún corto circuito. Si ese fuera el caso se dañaría la transmisión lo que permitiría la entrada del ruido. (Figura 1.2).

Figura 1.2

ARMADO DEL CIRCUITO DE ATENUACIÓN COMPENSADOR EN FRECUENCIA

El material electrónico para armar su punta de prueba es el siguiente:

• 1 Resistencia de 3.3 MΩ (Mega Ohms), Ra de la figura 2.
• 1 Resistencia de 4.7 MΩ (Mega Ohms), Rb de la figura 2.
• 1 Resistencia de 4.7 Ω (Ohms), Rd de la figura 2.
• 1 Resistencia de 1 MΩ (Mega Ohms), Ri de la figura 2.
• 1 Resistencia de 39 Ω (Ohms), Rc de la figura 2.
• 1 Preset Horizontal de 2.2 MΩ (Mega Ohms), correspondiente a la figura 2.
• 1 Capacitor de 15 pF, C1 de la figura 2.
• 1 Capacitor de 36 pF, Ca de la figura 2.
• 1 Capacitor de 25 pF, Ci de la figura 2.
• 1 Capacitor variable de 6pF a 26 pF correspondiente a C_TRIM de la figura 2.

1 Interruptor de dos posiciones

Figura 2

Circuito de Atenuación Compensador en Frecuencia

De acuerdo a la figura 2, armar solo la parte del inciso “a” ó bien es la parte que esta dentro del rectángulo de color rojo del circuito, ya que esa parte solo constituye el circuito de compensación en frecuencia. Tendrá que construir las puntas ó bien comprarlas como BNC-Caimán directas, estas son representa das como el capacitor del inciso “b”.

El inciso “c” representa la entrada del osciloscopio, como se vio anteriormente, este se considera para cálculos del circuito compensador.

Para calibrar la punta de prueba compensada en frecuencia, tendrá que fijar una señal cuadrada de 12 Vpp a una frecuencia de 1 KHz en el generador de señales (Figura2.1) de su laboratorio ó su equipo. Observar en el osciloscopio por un canal la señal directamente, es la punta X1 Y poner el canal del osciloscopio a 2 Volts/División y el otro canal observar la señal atenuada que es la de X10, se recomienda ponerla este canal en 200mVolts/ División.

La calibración se realiza por medio del preset y el C_TRIM hasta que la señal de ambos canales sea igual (es decir en ambas se ve una señal cuadrada perfecta) a tal grado que se sobre ponen, por tal usted tendrá que disminuir ó por décadas, para visualizar las dos señales, como se muestra en las siguientes figuras.

GENERADOR

Figura 2.1

A continuación se muestran las señales simuladas, por medio del software TINA Demo, en el cual se muestran el canal de X1 (Figura 2.2), X10 (Figura 2.3), y un caso extremo (Figura 2.4) en el cual sé observar, que no están ajustadas las puntas correctamente.

Gráfica de salida correctamente atenuada

Figura 2.2 Atenuación X1

Figura 2.3 Atenuación X10

En la Figura 2.3, la grafica de salida correctamente atenuada (se observa que la señal sólo llega hasta 0.6v debido a que la punta atenúa la señal 10 veces, para recuperar la señal original se debe contar con un osciloscopio que tenga la opción de atenuación X10)

Caso Extremo ó Puntas mal Atenuadas

Figura 2.4

Puntas mal atenuadas. Se puede observar que no se mantiene durante toda la parte alta ni la baja lo que significa que se pierden componentes de alta o baja frecuencia de la señal.

Ya una vez armado el circuito de la figura 2 inciso “a”, conectar la punta BNC-Caimán en paralelo al capacitor variable C_TRIM el caimán rojo a la parte superior y el caimán negro a la parte inferior de la Figura 2. Así mismo conectar al osciloscopio el conector BNC. Así obtendrá su circuito de compensación.

BIBLIOGRAFÍA

· http://es.wikipedia.org/wiki/Punta_de_prueba

· http://www.diotronic.com

· Saber Electrónica

Autores del Articulo:

ILLESCAS NIETO LYSANIA OSVELIA

MARTÍNEZ SÁNCHEZ EMMANUEL

PÉREZ ROJAS CARLOS EDUARDO