Aula 05 - Labspot

ELETRICIDADE BÁSICA
ROTEIRO DA EXPERIÊNCIA 05
OSCILOSCÓPIO
1 – Introdução
O osciloscópio é basicamente um dispositivo de visualização gráfico que mostra
sinais elétricos no tempo.
O osciloscópio pode ser utilizado entre outras funções para :
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•
•
•
Determinar diretamente o período e a tensão de um sinal;
Determinar indiretamente a freqüência de um sinal;
Localizar avarias em um circuito;
Medir a diferença de fase entre dois sinais periódicos;
Como muitas grandezas físicas são medidas através de um sinal elétrico, o
osciloscópio é um instrumento indispensável em qualquer tipo de laboratório, e em
situações tão diversas como o diagnóstico médico, mecânica de automóveis, prospecção
mineral, etc. O osciloscópio permite obter os valores instantâneos de sinais elétricos
rápidos, a medição de tensões e correntes elétricas, e ainda freqüências e diferenças de
fase de oscilações.
Fig. 1 – Painel Frontal do Osciloscópio.
O monitor de um osciloscópio, mostrado na Fig. 01, é normalmente, um retângulo
de 10cmx8cm, subdividido em quadrículos que permitem a leitura dos sinais
visualizados. No modo X-Y os eixos vertical e horizontal representam só tensões,
enquanto que no modo Y-t a direção vertical representa tensões e a direção horizontal
representa o tempo. As escalas de tensão e tempo são variáveis e controladas pelos
seletores de amplificação e base de tempo.
2. Aspectos funcionais dos osciloscópios
2.1 - Circuito de Entrada
Os sinais são aplicados ao osciloscópio através das entradas Y e TRIGGER EXT
que apresentam uma resistência interna de entrada de 1 Mohm. Normalmente, os
osciloscópios dispõem de duas entradas, mas também se encontram aparelhos com quatro
entradas. Junto de cada entrada Y encontra-se o seletor do tipo de acoplamento ao
módulo de amplificação com o qual se seleciona a escala do monitor. A Fig. 2 apresenta
o esquema do circuito de entrada onde se pode ver o seletor de comutação entre os vários
tipos de acoplamento. O comutador permite selecionar o tipo de acoplamento: AC, DC,
ou GND. O amplificador de ganho variável controla a escala de monitorização dos sinais.
Fig. 2 - Esquema do circuito de entrada.
O acoplamento pode ser :
•
•
•
DC (acoplamento contínuo) – O sinal na entrada é aplicado diretamente ao
circuito de amplificação.
AC (acoplamento filtrado) - Só a componente variável no tempo do sinal é
aplicada ao amplificador, a componente contínua é filtrada pelo capacitor C.
GND - O sinal presente na entrada é curto-circuitado com a massa. Esta posição
do comutador é usada sempre que se pretende ajustar o nível de tensão zero,
também designado por linha de base.
A Fig. 3 apresenta a visualização de um sinal Vy nos modos AC, DC e GND,
respectivamente.
Fig. 3 – Sinal Vy nos modos AC, DC e GND (GD).
2.2 - Seleção do modo de entrada
Este comutador (ou conjunto) permite selecionar o modo de amostragem dos
vários canais de entrada do osciloscópio:
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•
CH1 - mostra apenas o canal 1
CH2 - mostra apenas o canal 2
ALT - mostra alternadamente varrimentos completos de cada um dos canais. Para
que a alternância não seja perceptível o varrimento deve apresentar um período
inferior a 1/n da persistência da retina do olho humano, onde n é o número de
canais amostrados. Para dois canais, por exemplo, um período de 50 Hz é
suficiente
• CHOP - a apresentação dos dois canais é efetuada num único varrimento
completo do feixe de elétrons por partilha de tempo. A comutação efetua-se a
elevada freqüência (100 kHz) de forma a garantir que a distância entre traços
consecutivos seja inferior ao diâmetro da mancha luminosa. Deste modo a
seqüência de pequenos traços é percebida como uma linha contínua. No entanto,
se a freqüência de varrimento for superior a 1 kHz, pode observar-se um traço
descontínuo.
ADD - os sinais presentes nos canais 1 e 2 são somados e mostrados.
2.3 - Seleção do Modo de Funcionamento
a) Modo X-T
Neste modo de funcionamento observamos no monitor os sinais presentes nas
entradas CH1 e/ou CH2 em função do tempo.
b) Modo X-Y
Neste modo de funcionamento observamos no monitor o sinal do canal CH1 em
função do sinal do canal CH2.
3 - Medidas com o osciloscópio
Pode-se realizar uma série de medidas com o osciloscópio. Algumas delas serão
exploradas nesta seção.
3.1 - Período e Freqüência
Se um sinal se repete no tempo, ele possui uma freqüência f, medida em Hz. Um
sinal repetitivo também possui outro parâmetro, o período. O período (T) é o tempo que
um determinado sinal repetitivo demora para completar um ciclo. Assim, freqüência e
período são recíprocos.
Fig. 4 – Medição de Período
3.2 - Tensão (Diferença de Potencial)
A tensão é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos de um circuito.
Normalmente, um desses pontos pode ser a massa (terra, 0V) do circuito, mas nem
sempre. Por exemplo, pode-se medir a tensão de pico a pico de um sinal (Vpp), que é a
diferença entre o valor máximo e mínimo deste sinal.
3.3 - Diferença de Fase
A diferença de fase entre duas formas de onda senoidais pode ser determinada por
uma simples regra de três.
Fig. 5 – Medição de defasagem.
3.4 – Realização Correta de uma Medida
Quando utilizamos o osciloscópio para a medição simultânea de duas grandezas
simultâneas (dois canais), devemos tomar cuidado com a conexão das referências (terras)
das duas ponteiras. Internamente, o osciloscópio irá conectar as duas referências(garras
pretas). Assim, deve-se sempre tomar o cuidado de se ligar os dois terras no mesmo
ponto do circuito. Caso contrário, o osciloscópio irá conectar internamente dois pontos
distintos do circuito. A Fig. 6 apresenta dois exemplos de ligação para exemplificar a
ligação errônea e a correta.
Fig. 15 – Exemplos de Medição Errônea e Correta com o Osciloscópio. A questão do
terra das ponteiras.
B - PARTE PRÁTICA
Realizar a montagem dos circuitos mostrados na Fig. 16 e medir :
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•
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Tensão de pico e pico a pico na carga;
Corrente de pico e pico a pico na carga;
Defasagem entre tensão e corrente na carga;
Utilizar o gerador de funções Trio, que apresenta dois bornes de saída. Um deles com
resistência interna de 50ohms• e outro com resistência de 600ohms. Utilizar a saída de
50ohms. Utilize as seguintes freqüências para realizar as medidas :
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60 Hz
300 Hz
1 kHz
10 kHz
Utilize uma tensão de alimentação com amplitude de 5 V de pico.
Fig. 16 – Circuitos a serem montados
REFERÊNCIAS
[1] STOUT , MELVILLE – Curso Básico de Medidas Elétricas , Vol. 1 e Vol. 2,
Editora da USP.
[2] ZBAN, P. – Instrumentos e Medidas em Eletrônica, Mc Graw Hill do Brasil.
[3] Bertulini, O. – Princípio de Funcionamento do Osciloscópio, dez. 1996.