Elegir una sonda de repuesto para un osciloscopio es fácil, si sabe cómo hacerlo

Al inicio de mi trayectoria profesional, estuve a cargo de un departamento de pruebas que contaba con 22 ingenieros y técnicos y alrededor de 35 osciloscopios. La falla más común que tenían los osciloscopios eran las sondas defectuosas. Pines de sondas rotos, conectores con conexión intermitente, cables dañados: existe un sinfín de problemas que puede tener la sonda de un osciloscopio. Así que es muy probable que hayamos tenido que reemplazar más de tres docenas de sondas por año.

No se necesita hacer magia para encontrar sondas de repuesto; todo lo que se necesita saber es cómo funcionan las sondas y en qué se especifican. Casi todos los osciloscopios incluyen una sonda pasiva por canal, por lo que esta sonda es un accesorio de prueba muy común. Las sondas pasivas representan ocho años de desarrollo tecnológico, pero la idea base todavía es bastante simple. En la Figura 1, la sonda pasiva 10:1 es básicamente un atenuador compensado que debe ser conectado a la terminación de entrada de 1 megohmio (MΩ) del osciloscopio. La terminación de 1 MΩ de un osciloscopio puede ser modelada como una resistencia de 1 MΩ con una capacitancia pequeña en paralelo.

Figura 1: Modelo de circuito de una sonda pasiva 10:1 de alta impedancia que opera en conjunto con la terminación de 1 MΩ del osciloscopio. (Fuente de la imagen: Art Pini)

La atenuación de 10:1 se consigue al colocar una resistencia de 9 MΩ en serie con la terminación del osciloscopio, R_IN en la Figura 1. Esta combinación atenuará las señales de baja frecuencia presentes en la terminación de la sonda alrededor de unas 10 veces en la terminación del osciloscopio. Para señales de alta frecuencia, la capacitancia derivada de la terminación del osciloscopio (C_in), sumada a la capacitancia del cable coaxial, funciona como un filtro de paso bajo para las señales de entrada.

Para conseguir una respuesta en frecuencia plana se necesita una ecualización. Si se agrega un filtro de paso bajo en serie con una frecuencia de corte igual a la del filtro mismo, la combinación del osciloscopio y la sonda brindará una respuesta en frecuencia plana. Esto se logra igualando la constante de tiempo R_IN x C_IN a la constante de tiempo Ro x (C_{SCOPE in}+C_CABLE+C _COMP). Ya que la capacitancia de la terminación del osciloscopio varía ligeramente, se agrega el condensador variable C_COMP para ajustar la constante de tiempo del componente de paso bajo. Este condensador se ajusta para establecer la compensación de baja frecuencia según las instrucciones del manual de cada osciloscopio.

A continuación, veremos un ejemplo de cómo encontrar una sonda de repuesto. Supongamos que debemos encontrar una sonda de repuesto para un osciloscopio Teledyne LeCroy HDO4104A de 1 gigahercio (GHz) con cuatro canales. Por lo general, este osciloscopio incluye cuatro sondas PP018 de 500 megahercio (MHz). Algo que necesitamos saber del osciloscopio es la capacitancia de la terminación, C_{SCOPE in}, la cual podemos encontrar en la hoja de datos. En la hoja de datos se expresa que la capacitancia de la terminación es de 16 picofaradios (pF), por lo que puede asumir una tolerancia de ±20 % si no se menciona de manera explícita.

Comience por buscar sondas para osciloscopios en el sitio web de DigiKey. Uno de los resultados de búsqueda es Conductores de prueba: sondas para osciloscopios, tal como se muestra en la Figura 2.

Figura 2: Utilice la página Conductores de prueba: sondas para osciloscopios del sitio de DigiKey para seleccionar el criterio de búsqueda: Sonda pasiva, atenuación 10:1, ancho de banda de 500 MHz y una resistencia de terminación de 10 MΩ para la sonda. (Fuente de la imagen: Art Pini)

La búsqueda arroja los 16 resultados de productos que se ven en la Figura 3.

Figura 3: Los resultados de búsqueda enumeran 16 sondas, y las primeras ocho están en stock. Uno de los resultados es un repuesto exacto, el PP018, pero existen otras sondas adecuadas hechas por otros fabricantes. (Fuente de la imagen: Art Pini)

De los primeros ocho resultados de búsqueda, seis son sondas de Teledyne LeCroy, incluida la PP018 que se suministra con el osciloscopio. También figuran sondas de otros dos fabricantes: la sonda CT4203 de Cal Test Electronics y la sonda P500-010 de Carlisle Interconnect Technologies. Siempre es bueno tener en cuenta otras opciones.

Al consultar la hoja de datos de cada sonda, se puede comparar las especificaciones clave que figuran en la Tabla 1.

Tabla 1: Comparación entre sondas de tres fabricantes diferentes por medio de ocho especificaciones clave de las sondas. (Fuente de la tabla: Art Pini)

Las tres sondas se parecen mucho. Una especificación clave que no ha sido mencionada con anterioridad es el rango de compensación. Este es el rango de alcance de la capacitancia de la terminación con el que es compatible la sonda. Ya que el osciloscopio cuenta con una capacitancia de terminación de 16 pF ±20 %, todas estas sondas son compatibles.

El segundo tema es el diámetro de la punta de la sonda. El diámetro más pequeño de 2.5 milímetros (mm) permite utilizar la sonda en espacios más reducidos sin sufrir interferencias físicas. La punta más grande de 5 mm es más robusta y será menos propensa a romperse. Esta es una decisión de ingeniería que solo puede tomar el usuario.

Conclusión

Aunque los ingenieros saben lo importante que es cuidar las sondas de los osciloscopios, ya que no todos los daños son visibles de inmediato, incluso las sondas más cuidadas pueden fallar a veces. Y como es de esperar, fallarán en el medio de la prueba más importante.

Tal como mostramos anteriormente, al usar el motor de búsqueda de DigiKey y las pautas de selección básicas sugeridas es relativamente sencillo encontrar un repuesto. Aparte del diámetro de la punta de la sonda, las tres sondas aquí elegidas difieren principalmente en el costo (la elección de ingeniería definitiva).

Otra opción es “pedir prestada” una sonda del escritorio de al lado.