CAPITULO III

CAPÍTULO III
FUNDAMENTOS DE INSTRUMENTAÇÃO
3.1. INTRODUÇÃO
Em praticamente todos os Laboratórios de Física é necessário medir algumas grandezas
eléctricas básicas, como, por exemplo, tensões, correntes e resistências. Estas grandezas
podem ser originadas directamente pelo funcionamento da experiência ou resultarem da
transdução para sinais eléctricos das medidas de alguns parâmetros físicos1.
Estas grandezas básicas são medidas utilizando:
-
Aparelhos especializados (voltímetros, amperímetros e ohmímetros);
-
Aparelhos integrados (multímetros e osciloscópios);
-
Sistemas de aquisição de dados.
Este capítulo descreve os princípios de funcionamento e de utilização de alguns
aparelhos básicos de um Laboratório de Física. Os sistemas computarizados de controle e
aquisição de dados serão tratados no capítulo seguinte.
3.2. APARELHOS ANALÓGICOS E DIGITAIS
Os primeiros aparelhos de medida foram construidos com base nas leis dos campos eléctrico e
magnético e na electrónica analógica. Os sinais são tratados directamente pelo aparelho e os
resultados das medidas são indicados por um ponteiro numa escala graduada (Figura 3.1a).
Os aparelhos modernos de medida são baseados na electrónica digital. Os sinais
analógicos são convertidos em sinais digitais, por um conversor analógico-digital. Os
resultados das medidas são apresentados num écran (Figura 3.1b).
Os aparelhos digitais têm várias vantagens:
1
Por exemplo, a temperatura de uma componente é medida por um termómetro, que deve ter uma saída eléctrica
cuja intensidade é proporcional à temperatura medida.
25
-
São mais modernos;
-
Não há erros de leitura dos resultados pelo operador;
-
Podem proceder a algum processamento do sinal;
-
Podem ser controlados por computador;
-
Possuem memória própria, o que permite fazer a análise do sinal, mesmo depois do
aparelho ter sido desligado.
(b)
(a)
Figura 3.1 – Aparelhos analógico (a) e digital (b)
3.3. VOLTÍMETROS E AMPERÍMETROS
3.3.1. Introdução
Os voltímetros são aparelhos que servem para medir as diferenças de potencial (tensões) entre
dois pontos de um circuito eléctrico. Estes aparelhos inserem-se em paralelo com o troço aos
terminais do qual pretendemos medir a tensão eléctrica e são caracterizados por uma
resistência interna muito elevada.2
Os amperímetros são aparelhos que servem para medir as correntes que percorrem os
ramos de um circuito eléctrico. Estes aparelhos inserem-se em série com o ramo onde
pretendemos medir a corrente eléctrica e são caracterizados por uma resistência interna muito
baixa.3
Quando pretendemos comprar um voltímetro (amperímetro) devemos fornecer os
seguintes dados ao vendedor: tipo do aparelho4, resistência de entrada, o tipo de medida a
2
A resistência interna do voltímetro deve ser, no mínimo, 10 vezes superior à resistência do troço do circuito
eléctrico que vai ser ligado aos terminais deste aparelho de medida.
3
A resistência interna do amperímetro deve ser, no mínimo, 10 vezes inferior à resistência do ramo do circuito
eléctrico onde vai ser ligado este aparelho de medida.
4
Analógico ou digital
26
efectuar5, valor máximo da tensão (corrente) a medir, número de escalas e precisão.
Poderemos ainda especificar quais os sistemas de segurança que pretendemos6, as fontes de
alimentação do aparelho7 e, no caso dos aparelhos digitais, as ligações a microprocessadores
de controle8.
3.3.2. Constituição de um aparelho de quadro móvel
Um aparelho de quadro móvel, voltímetro ou amperímetro, é constituido por (Figura 3.2):
-
Um íman permanente (I), com um entre-ferro (EF);
-
Uma espira condutora, móvel no entre-ferro do íman (Esp);
-
Um ponteiro ligado à espira (P);
-
Uma escala graduada (Esc);
-
Uma mola para a restituição da espira à sua posição de repouso (M);
-
Resistências de entrada para alteração da escala (Re).
Figura 3.2 – Representação esquemática de um aparelho analógico de quadro móvel
5
DC ou AC, valor máximo ou valor eficaz.
Este tipo de aparelhos possui, normalmene, um fusivel que se funde ou um sistema electrónico que faz saltar
um botão quando os valores máximos da grandeza para que foi projectado o aparelho são excedidos.
7
Baterias ou a rede de energia eléctrica.
8
Como, por exemplo, RS232 ou GPIB.
6
27
3.3.3. Princípio de funcionamento dos aparelhos de quadro móvel
A corrente que entra no aparelho vai percorrer a espira, a qual sofre uma força que a faz
rodar em torno do seu eixo, devido à Lei de Laplace
F = I ds × B
(3.1)
em que B é o campo magnético criado pelo íman. Esta corrente é proporcional à corrente
ou à tensão que desejamos medir.
A espira pára quando a força eléctrica que nela actua é compensada pela força de
restituição da mola.
Quando o aparelho é desligado, o ponteiro regressa à origem (zero) sob a acção da
força de restituição da mola.
Com o decorrer do funcionamento do aparelho, a mola vai-se degradando pelo que,
antes de o ligarmos, é preciso verificar se o ponteiro está situado no zero da escala. Se não, é
necessário proceder a este acerto através da rotação de um parafuso (Pa) (Figura 3.2)
localizado no centro do aparelho junto à escala graduada.
3.4. OHMÍMETRO
3.4.1. Introdução
Os ohmímetros são aparelhos que permitem medir a resistência de um condutor eléctrico.
Devido ao seu princípio de funcionamento, um ohmímetro não pode ser ligado aos terminais
de um elemento activo. Por isso, antes de ligar o ohmímetro ao condutor cuja resistência
eléctrica pretendemos medir, é preciso garantir que este elemento está isolado, isto é, não está
ligado a nenhum outro elemento activo9 ou passivo10.
3.4.2. Constituição de um ohmímetro de quadro móvel
Um ohmímetro de quadro móvel é constituido por todos os elementos constituintes de um
aparelho deste tipo e ainda por uma bateria.
3.4.3. Princípio de funcionamento de um ohmímetro de quadro móvel
O princípio de funcionamento de um ohmímetro de quadro móvel é semelhante ao
anteriormente descrito para os voltímetros e amperímetros, com as seguintes diferenças:
A corrente que vai percorrer a espira é agora criada pela aplicação da tensão da bateria do
ohmímetro aos terminais da resistência que pretendemos medir;
9
Neste caso existiria uma tensão eléctrica que seria aplicada aos terminais do ohmímetro.
Neste caso, medimos a resistência de um paralelo e não de um elemento.
10
28
A escala de um ohmímetro cresce da direita para a esquerda e não em sentido inverso
como acontece nos voltímetros e amperímetros. Esta diferença ocorre porque o estado de
repouso destes aparelhos (circuito aberto) corresponde a tensões e correntes nulas e a uma
resistência infinita;
A escala de um ohmímetro não é linear porque tem de corresponder à variação da
resistência desde zero (curto-circuito) até infinito (circuito aberto).
3.4.4. Modo de utilização de um ohmímetro
Para medir uma resistência eléctrica com um ohmímetro é necessário seguir os seguintes
procedimentos:
o Assegurar que a resistência está desligada de qualquer outro elemento;
o Verificar o zero do aparelho e proceder ao seu acerto se no estado de repouso o ponteiro
não indicar o infinito. Esta operação destina-se a compensar a degradação eventual da
mola do aparelho;
o Acertar o zero da escala, fazendo um curto-circuito aos seus terminais e rodando o botão
de acerto do zero até que o ponteiro coincida com a marca do zero na escala. Esta
operação destina-se a compensar uma eventual diminuição da tensão da bateria do
aparelho com o tempo. Conforme a sua designação sugere, esta operação deve ser repetida
cada vez que se muda a escala do ohmímetro;
o Colocar a resistência a medir aos terminais do aparelho e ler o seu valor na escala.
Nos dois procedimentos atrás referidos, é preciso ter o cuidado de não colocar o corpo
do operador em paralelo com a resistência que pretendemos medir11.
3.5. MULTÍMETRO
Um multímetro é um aparelho integrado que faz as funções de um voltímetro, amperímetro e
ohmímetro.
Quando pretendemos adquirir um multímetro devemos fornecer os seguintes dados ao
vendedor: tipo de aparelho, tensão e corrente máximas a medir, resistências de entrada do
voltímetro e do amperímetro, tipo de medida, número de escalas das tensões, correntes e
resistências e precisão. Uma vez mais, poderemos ainda especificar o tipo de fonte de
alimentação, o tipo de protecção contra o uso incorrecto do aparelho e o tipo de ligação a um
aparelho de monitorização da medida.
11
Para isso é preciso garantir que os dedos do operador não estão em contacto com os terminais da resistência.
29
Figura 3.3 – Multímetro de quadro móvel
3.6. SINAIS DC E AC
Um sinal DC tem o mesmo valor em todos os instantes (Figura 3.4a), enquanto um sinal AC é
variável no tempo (Figura 3.4b).
Figura 3.4 – Variação no tempo de um sinal DC (a) e AC (b)
Um sinal variável no tempo s(t) pode ser decomposto nas suas componentes DC e AC
(Figura 3.5). A componente DC corresponde à parte continua (valor médio) do sinal. A
componente AC corresponde à parte puramente variável do sinal.
Figura 3.5 – Decomposição de um sinal s(t) (a) nas suas componentes DC (b) e AC (c)
30
De entre os sinais AC, os mais importantes são os sinais sinusoidais (Figura 3.6), dado
que:
•
Do ponto de vista matemático, qualquer outro sinal se pode decompor num somatório de
sinais sinusoidais12;
•
Como já vimos anteriormente, a energia eléctrica é gerada nas centrais eléctricas na forma
sinusoidal13. Figura 3.6 – Variação no tempo de um sinal sinusoidal
Nos laboratórios de Física, de Electrónica e de Informática são muito usados sinais do
tipo onda quadrada, onda triangular ou onda “dente-de-serra” (Figura 3.7).
Figura 3.7 – Variação no tempo de sinais do tipo onda quadrada (a),
onda triangular (b) e onda “dente-de-serra” (c)
3.7. TENSÃO PICO-A-PICO E TENSÃO EFICAZ
O valor pico-a-pico (Spp) de um sinal s(t) é a diferença entre os seus valores máximo e
mínimo.
O valor eficaz (Sef) é a raiz quadrada do valor médio do quadrado do sinal s(t).
S ef = s 2 (t )
12
13
É a chamada análise de Fourier de um sinal s(t).
Ver secção 2.2.3.
31
(3.2)
Para um sinal sinusoidal
s (t ) = S m cos(ωt + α )
(3.3)
S pp = 2 S m
(3.4)
S ef = S m / 2
(3.5)
temos que
e
3.8. FONTES DE ENERGIA
3.8.1. Introdução
As seguintes fontes de energia são, correntemente, usadas nos Laboratórios:
Baterias;
Fontes de alimentação;
Geradores de sinais (formas de onda).
3.8.2. Baterias
As baterias são aparelhos que produzem uma tensão continua, a partir de reacções químicas.
Estes dispositivos são fáceis de utilizar e têm a vantagem de estarem electricamente isoladas
das alimentações dos outros aparelhos. Contudo, tem duas desvantagens significativas:
Cada bateria apenas fornece uma tensão, que vai diminuindo de valor com a sua
utilização;
A energia eléctrica fornecida por baterias, sobretudo pelas não-recargáveis, é mais cara do
que a energia que pode ser fornecida por outras fontes de alimentação.
No mercado existem baterias secas14 e de electrólito líquido15, não-reutilizáveis ou
recargáveis (Figura 3.8). Para adquirirmos uma bateria devemos especificar a sua tensão, tipo
e dimensões. No caso das baterias químicas é ainda necessário especificar a sua capacidade de
carga (amperagem-hora) e se tem ou não manutenção16.
14
As vulgares pilhas.
As vulgares baterias dos automóveis.
16
A manutenção das baterias químicas tem duas finalidades fundamentais: (i) manter a densidade do electrólito
com um valor adequado; (ii) assegurar que as placas da bateria estão sempre cobertas por electrólito, sem o que
se podem oxidar e, portanto, deixar de receber carga.
15
32
3.8.3. Fontes de alimentação
As fontes de alimentação recebem a energia da rede pública de distribuição de energia
eléctrica e transformam-na em energia continua, com tensões e correntes adequadas à
aplicação pretendida e limitadas pela potência máxima que a fonte pode fornecer.
As fontes de alimentação dispõem de dois botões para controle da tensão e da
corrente, um voltímetro e um amperímetro e terminais para a saida da energia (Figura 3.9).
Estes terminais podem ser do tipo BNC ou “banana” (Figura 3.10).
As fontes têm,
normalmente, três terminais de saída: positivo (+), negativo (-) e de “massa” (
). A saida de
energia de uma fonte pode ser feita em modo fluctuante ou referenciada à “massa”, consoante
o circuito de carga esteja ligado entre os terminais (+) e (-) ou entre um destes terminais e a
“massa”.
Figura 3.9 – Fonte de alimentação
Figura 3.10 – Terminais BNC e “banana”
As fontes de alimentação podem trabalhar como fontes de tensão ou de corrente:
•
Para funcionar como uma fonte de tensão, roda-se o botão da corrente todo para a direita e
depois gira-se o botão da tensão até obtermos o valor pretendido;
•
Para operar como uma fonte de corrente, roda-se o botão da tensão todo para a direita e
depois gira-se o botão da corrente até obtermos o valor pretendido.
Deste modo, para adquirirmos uma fonte de alimentação devemos especificar, pelo
menos, as seguintes características técnicas: potência máxima, tensão e corrente máximas,
impedância de saída, tipo de terminais e modo de operação. Podemos, ainda, especificar o
“ripple”17 máximo admissível dos sinais de saída e a existência ou não de controlo remoto18
e/ou de uma saída para monitorização do funcionamento da fonte19.
17
O “ripple” é a parte variável dos sinais de saída, originada pelo facto da rectificação da tensão sinusoidal de
alimentação da fonte não ser perfeita.
18
Este controlo permite definir a tensão ou a corrente de saída a partir de um sistema de controlo e aquisição de
dados.
19
Esta saída fornece um sinal proporcional ao sinal de saída, com uma intensidade adequada ao aparelho onde
vai ser ligado: registador ou sistema de aquisição de dados.
33
3.8.4. Geradores de sinais
Os geradores de sinais são aparelhos electrónicos que geram sinais com a forma de onda,
frequência e amplitude pretendidas.
No mercado existe uma grande variedade de geradores de sinais (Figura 3.11). Os
mais simples são os chamados osciladores, que apenas geram sinais sinusoidais. Os geradores
que também fornecem ondas quadradas e triangulares são designados por geradores de forma
de onda. Hoje exitem geradores deste tipo que podem gerar um sinal com uma forma
arbitrária a partir de um ficheiro digital criado num computador. Finalmente, referimos os
geradores de impulsos, os quais são muito usados nos laboratórios de Electrónica,
Telecomunicações, Sistemas Digitais e Informática.
Figura 3.11 – Geradores de sinais
Assim, para adquirirmos um gerador de sinais, temos de definir, pelo menos, as
seguintes características técnicas: tipo de gerador, banda de frequências20, potência máxima,
tensão máxima e impedância de saída. Podemos, ainda, especificar o grau de estabilidade dos
sinais de saída, a existência ou não de controlo remoto e/ou de uma saída para monitorização
do funcionamento do gerador e o modo de operação do aparelho. Esta última característica é
particularmente importante nos osciladores, já que estes aparelhos podem fornecer sinais de
uma frequência fixa (modo de frequência fixa) ou de frequência variável entre dois valores de
frequência fixados pelo operador, o qual escolhe igualmente a velocidade do varrimento de
entre os valores previstos pelo fabricante (modo de varrimento)21.
20
A banda de frequências é o intervalo compreendido entre as frequências mínima e máxima que o aparelho
pode fornecer.
21
Este modo é usado no estudo do comportamento em frequência de um circuito ou componente eléctrico.
34
3.9. ANÁLISE NO TEMPO E NA FREQUÊNCIA
Um sinal fica definido se conhecermos a sua descrição no tempo
s (t ) = 3.24 + 8.54 sen (2π 100 + π~8)
(3.6)
S (ω ) = 3δ (1000)
(3.7)
ou na frequência
De facto, a Análise Matemática ensina que, se conhecermos a definição de um sinal
no tempo, podemos calcular a sua descrição na frequência através da Transformada de
Fourier. Inversamente, se conhecermos a descrição de um sinal na frequência, podemos obter
a sua evolução no tempo através da Transformada Inversa de Fourier.
3.10. OSCILOSCÓPIO
3.10.1. Introdução
Um osciloscópio é um aparelho electrónico que fornece no seu écran a evolução no tempo de
um sinal que está ligado aos seus terminais de entrada. No caso de um sinal periódico, o
osciloscópio permite determinar o período e os valores máximo e eficaz do sinal. Estas
quantidades são lidas nos aparelhos antigos pelo operador, conhecendo os valores das escalas
horizontal (tempo) e vertical (tensão) do osciloscópio. Nos aparelhos modernos estes valores
são calculados pelo próprio osciloscópio e disponibilizados no seu écran.
Um osciloscópio mede directamente tensões e, indirectamente através de uma ponta
de prova, correntes. Estes aparelhos são excelentes voltímetros devido aos seguintes factos:
•
A sua impedância de entrada é muito elevada (no minimo 1 MΩ);
•
Possuem uma largura de banda muito larga (desde 0 até, pelo menos, 50 MHz);
•
Permitem medir, com igual precisão, tensões desde alguns milivolts até muitos kilovolts
(nestas situações com o auxílio de uma ponta de prova).
3.10.2. Constituição e funcionamento de um osciloscópio
Num osciloscópio podemos considerar quatro blocos funcionais principais:
Estrutura principal (“mainframe”);
Amplificador vertical;
Base de tempo;
Circuito de disparo (“trigger”).
Os bons osciloscópios dos anos 70 e 80 eram projectados segundo uma filosofia
modular, o que permitia a utilização de módulos com características diferentes no mesmo
35
“mainframe” (Figura 3.12a). Os osciloscópios actuais voltaram a ser projectados numa
filosofia compacta (Figura 3.12b).
(a)
(b)
Figura 3.12 – Osciloscópios modular (a) e compacto (b)
A estrutura principal tem por função criar o feixe que vai impressionar o écran de
acordo com o sinal que é aplicado ao amplificador vertical do osciloscópio e ao seu modo de
funcionamento. Este bloco funcional do osciloscópio compreende:
•
Um tubo de raios catódicos22, que fornece um feixe de electrões que vai impressionar o
écran;
•
Um écran de material fluorescente;
•
Placas de deflexão vertical e horizontal, que controlam os movimentos para cima e para
baixo e para a esquerda e para a direita do feixe de electrões;
•
Electrónica de comando, que controla a operação (ON/OFF) e o modo de funcionamento
(Interno/Externo) do aparelho, as características (Intensidade/Focagem) e a posição
(Encontrar) do feixe e a luminosidade do écran (Intensidade).
O varrimento horizontal do feixe de electrões pode ser feito pela base de tempo do
osciloscópio ou por um sinal externo aplicado à entrada da estrutura principal, consoante o
modo de funcionamento seleccionado seja interno ou externo.
O amplificador vertical recebe o sinal que pretendemos analisar e vai aplicá-lo às
placas de deflexão vertical, que controlam o movimento para cima e para baixo do feixe de
electrões. Este bloco funcional do osciloscopio pode ter, normalmente, um, dois ou quatro
canais. Em cada canal de entrada podemos controlar a escala (mV ou Volts por divisão), o
tipo de análise do sinal (AC ou DC)23 e o tipo de “trigger” (interno - pela linha ou pelo sinal
22
Os tubos de raios catódicos são descritos na secção
O osciloscópio mostra no seu écran o sinal aplicado aos seus terminais (modo DC) ou apenas a parte variável
deste sinal (modo AC).
23
36
de um dos canais - ou externo). A escolha do tipo de “trigger” depende das características do
sinal que pretendemos analisar:
•
O “trigger” interno pela linha é adequado para sinais sinusoidais de baixa frequência,
normalmente de aparelhagem relacionada com os 50 Hz da rede (ex. televisão);
•
O “trigger” interno pelo sinal de um dos canais é indicado para sinais sinusoidais de
frequência elevada e para sinais periódicos de qualquer outra forma de onda;
•
O “trigger” externo é adequado para a análise de sinais de frequência muito elevada e de
sinais aleatórios (correlacionar sinais).
Quando o osciloscópio tem mais canais de entrada do que feixes de electrões, é preciso definir
o modo como os sinais de entrada são entregues às placas de deflexão vertical. Existem dois
modos de operação: “alternate” e “chop”. Consideremos um osciloscópio de dois canais (A e
B) e um único feixe. No modo “alternate” o aparelho dispara alternadamente no seu écran a
totalidade dos sinais aplicados aos seus dois canais (Figura 3.13a). No modo “chop” o
osciloscópio mostra no seu écran, alternadamente, pequenos troços dos sinais aplicados aos
canais A e B (Figura 3.13b). A escolha do modo adequado de operação do osciloscópio
depende, obviamente, das características dos sinais que pretendemos analisar.
(a)
(b)
Figura 3.13 – Funcionamento de um osciloscópio em modo alternado (a) e “chop” (b)
A base de tempo gera o sinal que vai ser aplicado às placas verticais de deflexão, que
controlam o movimento horizontal (para a esquerda e a direita) do feixe. A base de tempo
pode ser interna ou externa.
37
O circuito de disparo (“trigger”) controla a amplitude que o sinal de entrada deve ter
para que o feixe seja disparado. O sinal de “trigger” pode ser interno (alimentação eléctrica do
aparelho ou sinal de um dos canais verticais) ou externo. Vejamos, agora, a importância deste
bloco funcional. Suponhamos que ligamos um oscilador à entrada de um canal do
amplificador vertical. Na primeira passagem do feixe, o écran mostra o sinal representado a
cheio na Figura 3.14. Nas segunda e terceira passagens do feixe, se não existisse “trigger”, o
feixe seria disparado logo que o feixe chegasse ao início do écran, pelo que os sinais
disparados nestas passagens do feixe (a tracejado e a traco-ponto na Figura 3.14) serão
diferentes do sinal da primeira passagem24. Assim, ao fim de algumas passagens do feixe, o
écran mostra uma grande confusão de sinais. A função do circuito de “trigger” é precisamente
a de garantir que, em cada passagem, o feixe só é disparado quando o sinal de entrada tem um
determinado valor definido previamente pelo operador.
Figura 3.14 – Sinais mostrados num écran em três passagens do feixe
realizadas sem que o circuito de “trigger” esteja activo
3.10.3. Tipos de osciloscópios
Os osciloscópios podem ser analógicos ou digitais, de tempo real ou de amostragem (tempo
virtual). A diferença entre estes dois tipos de osciloscópios reside na forma como os sinais
fornecidos ao amplificador vertical são transmitidos às placas de deflexão vertical. Conforme
os próprios nomes sugerem, os sinais fornecidos a um aparelho de tempo real são
directamente aplicados às placas. Contudo, e à medida que as frequências dos sinais
aumentam, a electrónica do osciloscópio começa a ter dificuldade em seguir a evolução dos
sinais. Deste modo, e para frequências elevadas, o osciloscópio passa a fazer, em cada disparo
do feixe, um certo número de amostragens. Quando se atingir um número pré-determinado de
24
Só poruma grande coincidência, o sinal teria o mesmo valor nos três instantes em que o feixe chega ao início
do écran.
38
amostragens, o osciloscópio mostra no seu écran um sinal por canal de entrada que, em cada
instante depois do “trigger”, corresponde à média dos valores obtidos em cada passagem do
feixe. É óbvio que, quanto maior for o número pré-determinado de amostragens:
•
Mais o sinal mostrado no écran reflecte o sinal de entrada25;
•
Mais tempo demora o osciloscópio a mostrar o sinal no seu écran.
3.10.4. Características técnicas
Para adquirirmos um osciloscópio devemos especificar as seguintes características técnicas:
tipo do aparelho26, largura de banda, número de canais verticais, número de feixe de
electrões27, número e características da(s) base(s) de tempo, escalas de medida das tensões,
tempo de crescimento dos sinais aplicados ao amplificador vertical e modos de
funcionamento. No caso dos aparelhos digitais é ainda necessário definir a frequência de
amostragem, a dimensão da memória e o tipo de operações que o aparelho pode efectuar28.
3.11. REGISTADOR
Os registadores são aparelhos mecânicos que permitem gravar a evolução de sinais lentos
(poucos Hertzs) e que foram muito utilizados nos Laboratórios até ao aparecimento dos
computadores e dos sistemas de controlo e aquisição de dados.
Existem dois tipos de registadores:
•
X(t), que registam a evolução no tempo dos sinais ligados aos canais de entrada,
utilizando a base de tempo própria do aparelho;
•
X(Y), que gravam um sinal X(t) em função de um sinal Y(t) (Figura 3.15).
Para adquirirmos um registador devemos especificar o tipo de aparelho pretendido, o
número de canais, a impedância de entrada, as escalas da base de tempo e das tensões, as
dimensões do papel de resultados29 e as características do instrumento de escrita.
25
Por exemplo, um número baixo de amostragens faz com que um sinal sinusoidal apareça no écran como uma
onda triangular.
26
Analógico ou digital, de tempo real ou de tempo virtual.
27
Um osciloscópio de dois canais pode ter um ou dois tubos de raios catódicos
28
Existem aparelhos digitais que permitem calcular o período e a frequência de um sinal sinusoidal e somar ou
subtrair sinais aplicados a dois canais do amplificador vertical.
29
Os registadores dos formatos A3, A4 e papel contínuo são muito usados nos Laboratórios, sendo o último
particularmente útil em medidas de sinais que é preciso monitorizar durante períodos muito longos
(eventualmente contínuos).
39
Figura 3.15 – Registador X-Y
3.12. ANALISADOR ESPECTRAL
Um analisador espectral calcula, directamente através de hardware, o espectro na frequência
de um sinal que é fornecido ao seu terminal de entrada.
Este aparelho tem três blocos funcionais principais:
•
A estrutura principal, com uma composição e funções semelhantes às do bloco com o
mesmo nome de um osciloscópio;
•
O bloco de entrada, que recebe o sinal que pretendemos analisar e que procede à sua
decomposição nas suas componentes espectrais;
•
O bloco horizontal, que tem por funções principais as definições da escala horizontal de
frequência e a velocidade de varrimento do feixe de electrões do tubo de raios catódicos.
Quando pretendemos adquirir um analisador espectral devemos fornecer os seguintes
dados ao vendedor: largura de banda, resolução espectral, características da base de tempo30 e
do amplificador vertical31 e tipo de saidas auxiliares proporcionais aos sinais visualizados no
écran.
30
Em especial, a velocidade de varrimento do eixo horizontal. Velocidades baixas são adequadas para a
transferência dos sinais do écran para um meio auxiliar de gravação. Velocidades elevadas permitem o traçado
rápido dos espectros em frequência.
31
Em particular as escalas (linear, 1 db/divisão e 10 db/divisão) e o nível máximo de sinal permitido.
40