Punta de prueba

Punta de prueba.

Una punta de prueba (o simplemente una punta) es undispositivo que permite realizar una conexión física en-tre una fuente de señal o punto de prueba (DUT) y uninstrumento de medición electrónico, como por ejemploun osciloscopio.Existe una gran variedad de puntas de prueba, desde dis-positivos sencillos y resistentes hasta otros más sofistica-dos, caros y frágiles.

1 La punta de prueba ideal

Una punta de prueba ideal tiene las siguientes caracterís-ticas:

• Facilidad de conexión al punto de prueba

• Fidelidad absoluta de la señal que mide

• Carga nula presentada a la fuente de señal

• Inmunidad completa al ruido

1.1 Facilidad de conexión al punto deprueba

Un requerimiento esencial para poder realizar una medi-ción, es la capacidad de conectar la punta de prueba alpunto que se está interesado medir. Con una punta ideal,uno sería capaz, además, de realizar esta conexión confacilidad.Para circuitos en miniatura, tales como los de tecnolo-gía de montado de superficie (SMT) de alta densidad, la

facilidad de conexión está brindada a través de cabezasde puntas de prueba miniatura y distintos adaptadoresde extremos de puntas de prueba diseñados para este ti-po de dispositivos. Estas puntas de prueba, sin embargo,son muy pequeñas para un uso práctico en, por ejemplo,circuitos de potencia industriales, donde es común teneraltas tensiones y cables de referencia más largos. Paraaplicaciones de potencia, se necesitan puntas de pruebamás grandes con mayores márgenes de seguridad.Del párrafo anterior debe quedar claro que no existe unúnico tamaño o configuración ideal de puntas de pruebapara todas las aplicaciones. Por esta razón, se han dise-ñado puntas de prueba de distintos tamaños y configura-ciones para cumplir con los requerimientos de conexiónde distintas aplicaciones.

1.2 Fidelidad absoluta de la señal quemide

La punta de prueba ideal debe ser capaz de transmitircualquier señal desde su extremo hasta la entrada del ins-trumento de medición(el Osciloscopio de rayos catodicosen general) con una fidelidad absoluta. Dicho de otra for-ma, la señal, tal como se manifiesta en el punto de prueba,debería ser replicada fielmente a la entrada del instrumen-to de medición.Para ello, la circuitería de la punta de prueba debe poseeratenuación nula, ancho de banda infinito y fase lineal entodas las frecuencias. No solo se trata de requerimientosideales imposibles de alcanzar en un esquema real, sinoque además son imprácticos. Por ejemplo, no tiene senti-do hablar de un ancho de banda infinito, si lo que se estámidiendo son frecuencias de audio.

1.3 Carga nula presentada a la fuente deseñal

Cualquier dispositivo externo, como una punta de pruebaen este caso, que se conecte a un punto de prueba, apa-recerá como una carga adicional a esa fuente de señal.El dispositivo externo actúa como una carga al tomar co-rriente del circuito (es decir, de la fuente de señal). Estanueva carga modifica la operación del circuito que se estámidiendo, y por lo tanto modifica la señal original en elpunto de prueba.Una punta de prueba ideal presenta una carga nula a lafuente de señal o, dicho de otra forma, no toma corrientealguna de ella. Para que esto suceda, la punta de prueba

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2 3 PUNTAS DE PRUEBA DE OSCILOSCOPIOS

debe tener impedancia infinita, cosa que no puede darseen la práctica. Una punta de prueba siempre tomará algode corriente para poder generar una tensión a la entradadel instrumento de medición.

1.4 Inmunidad completa al ruido

Siempre existen fuentes de ruido en el medio ambiente,tales como tubos fluorescentes y equipos de ventilaciónde motores. Estas fuentes pueden inducir su ruido en cir-cuitos y cables en sus cercanías, provocando que su ruidose sume a la señal original. Es por esta razón que un sim-ple cable no se usa como punta de prueba, pues un cablees susceptible al ruido.Una punta de prueba ideal es inmune a cualquier fuentede ruido y por lo tanto la señal que entrega a la entradadel instrumento de medición no agrega ruido a la señalque mide, más allá del que la señal ya tenía en el puntode prueba.

2 Puntas de prueba de voltímetros

Las puntas de prueba de los voltímetros están compuestassimplemente de cables equipados, en un extremo, con unconector que encaja en el voltímetro y, en el otro extremo,un sostenedor plástico con la punta misma, que permiteal operador sostener la punta y resguardarlo del riesgo deun shock eléctrico. Dentro del cuerpo plástico de la puntade prueba, el cable está conectado a un extremo metálicorídigo y punteagudo que permite la conexión al punto deprueba.Las dos puntas de prueba que utilizan los voltímetros sonpor lo general una roja (para la punta positiva) y otra ne-gra (para la punta negativa). Cualquiera de ellas puedereemplazarse por un cable con terminación de conectorcocodrilo, permitiendo una conexión al punto de pruebaque no necesita ser sostenido por el operador. Algunaspruebas también permiten colocar un conector cocodriloen las extremidades de la punta, cubriendo así la puntametálica.Las dos puntas de los voltímetros comunes pueden sopor-tar tensiones de hasta 1.000 voltios y corrientes de unospoco amperios. Pueden medir corriente continua (DC) oalterna (según modelos, limitados a la frecuencia de red(50Hz ó 60Hz) o con posibilidad de medir de un rangode frecuencias de hasta varios kilohercios).

2.1 Puntas de prueba de alta tensión

Si se inserta una alta resistencia en serie con la punta deprueba, y si se agregan grandes cantidades de aislacióneléctrica, es posible crear una punta de prueba que per-mita que un voltímetro común mida tensiones muy altas(de hasta unos 50kV). El valor del resistor debe ser tal que

forme un divisor de tensión apropiado con la resistenciade entrada del voltímetro. Debido al valor elevado del re-sistor (uno cuantos megohmios), las puntas de prueba dealta tensión sirven solo para medir corriente continua: elcircuito RC que se forma con la capacidad parásita de laentrada del voltímetro atenuará las frecuencias que apa-rezcan en DC.

3 Puntas de prueba de oscilosco-pios

Debido a las altas frecuencias que entran en juego, lososciloscopios comúnmente no usan simples cables paraconectar al punto de prueba (DUT), sino que se usan pun-tas de prueba de osciloscopio. Dichas puntas de pruebausan un cable coaxial para transmitir la señal desde el ex-tremo de la punta hasta la entrada del osciloscopio, con-servando aquellas altas frecuencias importantes para laoperación correcta de este instrumento.Las puntas de prueba de osciloscopio se clasifican en dosgrandes grupos: pasivas y activas.

3.1 Puntas pasivas

Las puntas de prueba de osciloscopio pasivas se cons-truyen con cables y conectores y, cuando existe lanecesidad de compensación y atenuación, resistores ycondensadores. No contienen componentes electrónicosactivos, como transistores o amplificadores, y por lo tan-to no necesitan que se les provea potencia.El diseño más común inserta un resistor de 9 megohm enserie con el extremo de la punta. La señal se transmiteentonces desde la extremidad de la punta hasta la entradadel osciloscopio a través de un cable coaxial especialmen-te diseñado para minimizar la capacitancia y el efecto deringing. El resistor sirve para minimizar la carga que lacapacitancia del cable introduciría en el punto de prueba.En serie con la impedancia de entrada normal de 1 me-gohm del osciloscopio, el resistor de 9 megohm crea unadivisor de tensión x10, por lo que a estas puntas se lasconoce como puntas de baja capacitancia o puntas x10(“puntas por diez”).Debido a que la entrada del osciloscopio tienecapacitancias parásitas en paralelo con el resistorde 1 megohm, el resistor de 9 megohm debe encontrarsetambién en paralelo con un condensador, llamado con-densador de puenteo, de manera de evitar que se formeun filtro pasa bajo RC con la capacitancia parásita delosciloscopio. El valor de este condensador de puenteodebe elegirse de manera tal que, combinado con el con-densador de entrada del osciloscopio, se forme tambiénun divisor de tensión x10. De esta manera, la punta pro-vee una atenuación uniforme x10 desde corriente directa(mediante la atenuación que proveen los resistores) hasta

3.3 Puntas diferenciales 3

frecuencias bastante altas de corriente alterna (mediantela atenuación que proveen los condensadores).Tiempo atrás, el condensador de puenteo en la extremi-dad de la punta era ajustable, permitiendo configurar laatenuación x10. Los diseños más modernos de puntas tie-nen en su extremidad un circuito electrónico de láminagruesa recortada por láser que combina el resistor de 9megohm con una condensador de puenteo de valor fijo.Adicionalmente, se agrega un pequeño condensador ajus-table (condensador de compensación) en paralelo con lacapacitancia de entrada del osciloscopio. En ambos casos,la punta debe ajustarse de manera tal de que garantice unaatenuación uniforme a toda frecuencia. A este proceso selo conoce como compensación de la punta de prueba, ynormalmente se lleva a cabo midiendo una onda cuadra-da y ajustando el condensador de compensación hasta queen el osciloscopio se visualiza una señal lo más cuadradaposible. En el caso en que la señal tenga los bordes pro-nunciados o redondeados, se dice que la punta está so-brecompensada o subcompensada, respectivamente. Laspuntas de prueba más rápidas y más nuevas poseen es-quemas de compensación más complejos y pueden llegara requerir otro tipo de ajustes.Existen también puntas atenuadoras x100, al igual que al-gunos diseños especiales para uso con altas tensiones (dehasta 25 kV).Las puntas de prueba pasivas se conectan al osciloscopiocon un conector BNC comúnmente. Las mayoría de laspuntas atenuadoras x10 presentan una carga de alrededorde 10 a 15 pF y 10 megohm al punto de prueba (DUT).Puntas atenuadoras x100 presentan una carga más leve.

3.2 Puntas activas

Puntas de prueba de osciloscopio activas contienen o de-penden de componentes eléctricos activos, como transis-tores, para su operación. En la mayoría de los casos, elelemento activo es un transistor de efecto campo (FET)en la forma de un pequeño amplificador, construido a par-tir de un FET, montado directamente dentro de la extre-midad de la punta de prueba. De esta manera se obtie-nen capacitancias parásitas excepcionalmente bajas (tí-picamente entre unos pocos picofaradios hasta menos deun faradio), sin comprometer el valor de la alta resistenciaen corriente directa (DC). Es común ver capacitancias de1 pF o menos con una resistencia de 1 megohm.Se conectan al osciloscopio de la misma manera que laspuntas Z0, es decir, usando un cable coaxial de 50 ohmterminado a la entrada del osciloscopio.Sin embargo, las puntas activas tienen varias desventa-jas, que han evitado que reemplacen completamente a laspuntas pasivas:

• Son varios órdenes de magnitud más caras que laspuntas pasivas

• Requieren que se les entregue potencia (aunque estolo hace el osciloscopio)

• Poseen un rango dinámico limitado, por lo generalllega a bajar hasta los 3 a 5 volts.

• Pueden dañarse por sobretensión o, algunas veces,incluso por descarga electrostática.

Para evitar el algunas veces limitado rango dinámico, mu-chas puntas activas le permiten al operador introducir unatensión de desplazamiento (o tensión de offset). El rangodinámico total estará todavía limitado, pero el operadorpodrá ajustar su punto central de manera tal de que ten-siones en el rango de, por ejemplo, creo a cinco voltiospuedan medirse en lugar de −2.5 a +2.5.Debido a su baja tensión inherente, no hay una necesidadimportante de que se provean grandes cantidades de ais-lante para asegurar la seguridad del operario contra shockeléctrico. Esto permite que la extremidad de la punta enpuntas activas sea extremadamente pequeña, haciéndolasideales para uso en equipos electrónicos modernos de altadensidad. Debido a su tamaño y a sus excelentes carac-terísticas eléctricas, son las preferidas para detección deproblemas en electrónica digital.Antes de la llegada de electrónica del estado sólido de altaperformance, se construyeron unas pocas puntas activasusando tubos de vacío para los amplificadores.

3.3 Puntas diferenciales

Las puntas diferenciales son una variación especial de lasotras familias de puntas, optimizadas para medir señalesdiferenciales, es decir, aquellas que están referenciadasuna a la otra en lugar de estar referenciadas cada una atierra. Para maximizar la relación de rechazo de modocomún (CMRR), las puntas diferenciales deben proveerdos caminos de señal que sean tan idénticas como sea po-sible, coincidiendo en atenuación, respuesta en frecuenciay retraso temporal globales.Tiempo atrás, esto se hacía diseñando puntas pasivas condos caminos de señal, que condujeran a una etapa deamplificador diferencial hasta o hasta cerca del oscilosco-pio. Cons los avances en la electrónica del estado sólido,se ha tornado muy práctico poner el amplificador dife-rencial directamente en la extremidad de la punta, facili-tando enormemente los requerimientos en el resto del ca-mino de señal, que ahora se hace de una sola terminal, enlugar de diferencial y la necesidad de que los parámetrosen el camino de la señal coincidan desaparece. Una puntadiferencial moderna tiene comúnmente dos extensionesmetálicas que pueden ajustarse por el operador para to-car los dos puntos en el punto de prueba (DUT) simultá-neamente. Así se hace posible alcanzar valores de CMRRmuy altos. Se alcanzan por ejemplo anchos de banda de1 GHz con CMRR desde 60 dB (1000:1) a 1 MHz hasta30 dB (32:1) a 1 GHz.

4 5 ENLACES EXTERNOS

3.4 Puntas de prueba elásticas

Puntas con el mismo propósito pero se usan para pruebasde gran volumen, cuentan con una construcción diferentea las puntas de prueba ordinarias, ya que dentro del fun-cionamiento normal de estas puntas se encuentra un mue-lle o resorte que actúa como ajuste perfecto entre la piezaa la cual se le efectúa alguna prueba ICT(In-Circuit-Test)o FCT(Functional-Circuit-Test) y la interface de prueba.

3.5 Puntas de prueba Neumáticas

Puntas de prueba que usan como actuador Aire compri-mido obtenido de un compresor en un cilindro de metal,también usadas para pruebas ICT o FCT, estas puntas sonde alto costo porque se necesita incorporar partes neumá-ticas para que las puntas funcionen correctamente.

4 Referencias• Puntas de prueba elásticas

• Tektronix 60W-6053-8, 02/2004. ABCs of ProbesPrimer.

5 Enlaces externos• Notas de aplicación, manuales y apuntes sobre pun-tas de prueba proveídos por la asignatura 6644 Ins-trumentos Electrónicos de la Facultad de Ingenieríade la Universidad de Buenos Aires.

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6 Text and image sources, contributors, and licenses

6.1 Text• Punta de prueba Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Punta%20de%20prueba?oldid=74404261Colaboradores:Guanxito, CEM-bot, Jor-gelrm, DFTDER, Ignacioerrico, SieBot, Kin cabil, Tirithel, Leonpolanco, AVBOT, DumZiBoT, LightFlare, PatruBOT, UAwiki, Elvisor,Addbot y Anónimos: 11

6.2 Images• Archivo:ScopeProbe.JPG Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/67/ScopeProbe.JPG Licencia: Public domain Co-laboradores: Trabajo propio Artista original: Tobias Radeskog

6.3 Content license• Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0