Podemos convertir nuestra tarjeta de sonido en un osciloscopio con la ayuda del programa gratuito BIP Oscilloscope 3.0.

 Para estudiar la señal eléctrica necesitamos normalmente una tarjeta convertidora PC-osciloscopio y un programa de software de distribución gratuita. En esta ocasión os contamos detalladamente cómo instalar y utilizar un programa de distribución gratuita, BIP Oscilloscope 3.0, con el que podréis iniciaros en el análisis de señales eléctricas de un modo barato y sencillo.

 

Paso 1

El programa que vamos a utilizar permite visualizar en pantalla las formas de onda reproducidas desde un CD de música o un micrófono. Sin embargo, cuando se desea medir una señal de origen externo, es decir, que no se obtiene a partir de ningún componente del PC, lo que necesitamos es utilizar la entrada de línea.

Las tarjetas de sonido cuentan por lo general con dos entradas accesibles desde la parte trasera del PC, mic y line in. La diferencia fundamental entre estas dos entradas es la sensibilidad que presentan. Así, mientras que un micrófono envía señales de muy bajo nivel de tensión (del orden de milivoltios), por una entrada de línea se pueden llegar a transmitir niveles que superen el voltio de amplitud. Por este motivo, la entrada que vamos a utilizar para nuestro propósito es la marcada como line in.

Los cables disponibles en tiendas de electrónica tienen como conector de entrada uno de tipo BNC. Sin embargo, a nosotros esto no nos sirve, ya que la entrada de la tarjeta de sonido requiere clavijas Jack de 3,5 milímetros. Esta incompatibilidad nos obliga a construir, con nuestras propias manos, los cables de medición.

Lo único que necesitamos es un metro de cable apantallado, dos pinzas metálicas y un conector jack macho de 3,5 mm estéreo (aunque sólo utilizaremos uno de los dos canales). El esquema de conexión, como se puede apreciar en la imagen, únicamente precisa cuatro puntos de soldadura. Así de sencillo.

Paso 2

La entrada de línea, como sucede con la del micrófono, no admite señales de cualquier amplitud, sino que posee un margen de valores que no debemos superar. Este parámetro varía de una tarjeta de sonido a otra por lo que, si no lo conocemos con exactitud, es conveniente que no superemos los seis voltios pico-pico.

Ondas eléctricas como la de la red o similares no deben ser analizadas con este sistema ya que, en el mejor de los casos, destruiremos todos los componentes de nuestro PC.

En caso de querer trabajar con señales mayores que ronden los diez o veinte voltios, podemos recurrir a las resistencias en formación de divisor de tensión. Cualquier aficionado a la electrónica conocerá este montaje, ya que es muy utilizado en gran cantidad de circuitos. No obstante, en la
siguiente figura se muestra un posible diseño con el que pasamos de una señal de entrada «X» a una de «X/2» en el primer esquema y de «X» a «X/3» en el segundo.
Como se puede observar, el divisor aumenta a medida que colocamos más resistencias en serie, por lo que para conseguir un factor de división de 8, por ejemplo, tendremos que colocar ocho resistencias en cadena.

Paso 3

La herramienta que vamos a utilizar en este caso práctico es de libre distribución, por lo que cualquiera puede bajarla de Internet de forma gratuita.

BIP Oscilloscope 3.0 no requiere un proceso de instalación, por lo que basta con hacer doble clic sobre el archivo «scope.exe» para ejecutarlo.

Paso 4
Con este osciloscopio virtual podemos analizar las ondas procedentes del CD, el micrófono o la entrada de línea. Para seleccionar el origen de la señal, debemos acudir al control de volumen de nuestra tarjeta de sonido. Desde aquí, si entramos en «Propiedades» y escogemos «Grabación», llegaremos a una pantalla en la que aparecen los distintos dispositivos de entrada de audio. Lo que debemos hacer es seleccionar el que nos interese (line-in para el ejemplo) y ajustar el nivel de volumen a la mitad.

Paso 5

A continuación, para dibujar las señales en pantalla, el osciloscopio necesita una referencia fiable. El ajuste de volumen realizado en el paso anterior, se comporta como un atenuador de la señal de entrada, por lo que la onda que llega hasta el osciloscopio no tiene la misma amplitud que la señal original. Para compensar esta diferencia de tensiones, debemos ajustar el osciloscopio de modo que las medidas que se muestran por pantalla correspondan con la realidad.

Desde el menú «Options» pulsamos sobre «Calibrate» para acceder al potenciómetro de calibración. A continuación introduciremos una señal de la que conozcamos su amplitud, por ejemplo, la salida de un transformador con relación de tensiones 220 / 5v. Lo único que tendremos que hacer es ajustar el control de calibración hasta que en la pantalla aparezca la señal con la amplitud que realmente tiene, es decir, cinco voltios pico-pico.

Paso 6

A través de la tarjeta de sonido, el funcionamiento del osciloscopio se basa en el muestreo de la señal de entrada. Cada cierto tiempo, el programa hace una captura de la señal, mide su nivel de amplitud y dibuja en pantalla un punto donde corresponda. La imagen resultante se construye uniendo todos estos puntos, por lo que será más precisa cuando el número de capturas sea mayor.

Para ajustar la frecuencia de muestreo, es decir, el número de observaciones en un segundo, disponemos del potenciómetro Sampling Rate. Este valor, medido en milésimas de segundo, indica el tiempo que transcurre entre capturas consecutivas, siendo los valores más bajos los que generan una señal más precisa. No obstante, hay que tener en cuenta que un gran número de muestras requiere una elevada potencia de cálculo por parte del procesador, por lo que no siempre nos lo podremos permitir.

En la imagen se puede observar que la señal muestreada ha quedado «escalonada». Esto se debe a que transcurre un tiempo excesivo entre muestras consecutivas.

Paso 7

Como se podrá observar, la pantalla del osciloscopio está dividida horizontalmente en diez cuadros y verticalmente en ocho. Esta segmentación nos sirve para determinar el nivel de tensión y la frecuencia de la señal sobre la pantalla. Si conocemos el número de divisiones verticales que ocupa una onda, bastará con conocer el nivel de tensión asignado a cada cuadro para poder medir la amplitud de la misma. Igualmente ocurre horizontalmente con respecto al periodo o la frecuencia de la señal.

Por tanto, necesitamos conocer la correspondencia entre divisiones y tensión o tiempo. Para esto, contamos con los potenciómetros Time/Div y Volt/Div que, como su propio nombre indica, expresan la cantidad de tiempo y la diferencia de tensión que simboliza cada cuadro respectivamente. Ajustando estos mandos, podemos hacer que la señal se expanda o se contraiga tanto en el eje vertical como en el horizontal.