Descrição do Osciloscópio - e-learning-IEFP

Osciloscópio
Notas:
O osciloscópio permite medir quaisquer grandezas variáveis no tempo
traduzidas para tensões variáveis, tempos e fases.
Fig.1 – Osciloscópio.
Podem ser apresentadas em gráfico as variações de uma ou mais
grandezas em função do tempo.
Estas grandezas são traduzidas para tensões eléctricas e aplicadas
aos amplificadores vertical (eixo dos Y) e horizontal (eixo dos X) do
osciloscópio.
Nas medições mais frequentes, Y representa uma tensão (ou corrente
usando uma resistência de amostragem) e X representa o tempo.
Pode haver uma variável suplementar: a intensidade do feixe que
pode ser modulada por um sinal (Eixo dos Z).
No modelo clássico de osciloscópio o ecrã onde se observam formas
de onda é um tubo de raios catódicos. Em modelos digitais é
frequente ser um monitor de cristais líquidos.
Nos osciloscópios analógicos, a tensão depois de amplificada ou
atenuada é aplicada às placas deflectoras que desviam o feixe; nos
modelos digitais, a tensão analógica é convertida num conjunto de
bits que são processados num computador.
Amplificador vertical
A tensão de entrada só por acaso teria o valor adequado para deflectir
o feixe de electrões de modo a obter um gráfico com as dimensões
pretendidas no ecrã.
Por isso, tem de haver um dispositivo adicional: um amplificador ou
atenuador ajustável para condicionar adequadamente o nível do sinal
de entrada:
•
É necessário multiplicar por uma constante k <1 os sinais de
grande amplitude, que de outro modo sairiam fora do ecrã, e por
k> 1 os sinais fracos, que seriam apresentados com dimensões
demasiado reduzidas, sem definição suficiente para efectuar
medições;
•
Existe também a possibilidade de somar uma constante, para
melhor visualizar os detalhes de um sinal segundo o eixo dos Y.
Os osciloscópios em geral têm dois ou mais canais. Deste modo, é
possível observar duas formas de onda em simultâneo.
Comandos associados ao amplificador vertical
CH1
É um dos dois canais deste osciloscópio.
VOLTS/DIV
É um botão de comando da sensibilidade que permite o ajuste, por
saltos calibrados (CAL), da referida constante k, ou seja, permite
ajustar o valor da deflexão do ponto luminoso provocada por uma
dada tensão sobre o ecrã.
Quando roda o botão no sentido dos ponteiros do relógio, a
sensibilidade aumenta, ou seja, para a mesma tensão aplicada, a
deflexão é maior.
Fig.2 – Comandos do amplificador vertical.
Notas:
Para complementar o ajuste por saltos, existe um botão concêntrico
de menor diâmetro (Fig.2).
VARIABLE
Permite um ajuste contínuo de k.
Todo o ecrã permite medir 8 divisões.
Por exemplo, 20mV/DIV significa que o feixe deflecte 1cm quando a
tensão aplicada à entrada é de 20mV.
A leitura feita só é rigorosa se o botão VARIABLE estiver na posição
CAL, depois de um click.
Como em qualquer aparelho de medida, deve procurar-se obter a
máxima deflexão no ecrã, para conseguir a máxima precisão de
medida.
O rigor da medida depende da escolha criteriosa da escala.
POSITION
Permite uma translação vertical do oscilograma apresentado.
Por exemplo, se o sinal for B sen ( ωt + φ), é somada internamente
uma constante A.
A + B sen ( ωt + φ)
O canal CH2 é semelhante ao CH1.
Fig.3 – Comandos para ajuste vertical.
GND
Liga a entrada interna à massa (sem curto-circuitar o sinal
externamente, o que poderia ser catastrófico para alguns circuitos).
Notas:
AC / DC
Notas:
Permite bloquear (na posição AC) a componente contínua de um sinal
(ω=0) inserindo no percurso do sinal um filtro passa alto.
Este tipo de filtro bloqueia a frequência zero, ou seja, a componente
contínua do sinal, bloqueando também as frequências vizinhas de
zero.
Numa situação ideal, um sinal A + B sen ( ωt + φ) seria apresentado
como:
B sen ( ωt + φ)
Pode optar por visualizar integralmente o sinal sem filtragem
escolhendo a posição DC.
Modos Chop e Alternate
O osciloscópio tem, em geral, um só canhão de electrões.
Para visualizar dois sinais v1 (t) e v2 (t) é preciso um comutador
electrónico que permita partilhar, no domínio do tempo, um só
canhão de electrões pelos dois (ou mais) canais.
Fig.4 – Comandos de selecção de modo.
Existem
dois
modos
de
fazer
essa
partilha:
•
Amostrar sequencialmente CH1,CH2,CH1,...a um ritmo muito
rápido (em geral a 100kHz);
•
Fazer um traçado completo, (ininterrupto) de CH1, seguido de
outro traçado completo de CH2, etc.
Nota: Quando usamos o modo chop temos a garantia de não haver
um erro segundo o eixo dos XX na posição relativa das duas formas
de onda, ou seja, não é introduzida uma desfasagem ou atraso
relativo.
Pelo contrário, quando usamos o modo alternate, depois de um
varrimento, o dente de serra fica a aguardar a condição de trigger
para o seu disparo.
Pequenas variações nestas condições ou no circuito de trigger
provocam um erro no instante de disparo do dente de serra, ou seja,
na posição da forma de onda segundo o eixo dos XX; dá-se um erro
na medida do tempo ou na medida da fase.
Se quisermos ter a certeza de que a medida de intervalo de tempo ou
desfasagem está correcta, devemos fazer ou confirmar as leituras em
modo chop.
Exemplos:
Colocando o osciloscópio na posição de CHOP e introduzindo um sinal
nulo em CH1 e uma sinusóide de baixa frequência no CH2, vemos
uma sequência de amostras de CH1, CH2,etc.
Note que os traços aparecem em instantes diferentes nos dois canais.
Só observamos este tracejado quando trabalhamos ocasionalmente
com frequências com valores perto de múltiplos da frequência usada
no circuito interno de chop do osciloscópio, que é, em geral, cerca de
100kHz.
No entanto, em geral, no modo chop não se nota este tracejado.
Fig.5 – Osciloscópio no modo chop.
Com os mesmos sinais aplicados mas na posição de ALTERNATE, a
imagem não aparece entrecortada mas pode haver um erro de fase
entre as duas formas de onda.
Notas:
Notas:
Fig.6 – Osciloscópio no modo alternate.
Modo XY
O modo XY é principalmente usado para medir diferenças de fase ou
comparar frequências.
Fig.7 – Comandos de selecção do modo XY.
Botão de ligação do modo XY – Neste modelo também é necessário
ajustar o selector de modo para XY (ver foto abaixo).
Fig.8 – Comandos de selecção do modo XY.
MODE
Notas:
CH1
Escolhendo essa opção só é exibido o CH1.
CH2 ou X-Y
Só é exibido o CH2 ou está em modo XY.
ALT (Modo Alternate)
Apresenta o canal CH1 durante um varrimento completo e só depois
apresenta outro varrimento completo de CH2, etc.
CHOP (Modo CHOP)
Mostra um ponto do canal CH1 e de imediato comuta para CH2 para
amostrar um ponto adjacente. Como a comutação é muito rápida, o
tracejado pode parecer contínuo.
ADD
Soma os dois canais e apresenta o valor da soma.
Base de tempo A
Notas:
Fig.13 – Comandos de ajuste da base de tempo.
TIME / DIV
Este controlo permite ajustar a velocidade horizontal de varrimento
da base de tempo A. Depende da posição CAL e da PULL x10 MAG.
A base de tempo A pode ser tão lenta como alguns cm/s e tão rápida
como alguns ns/cm.
VARIABLE
A velocidade
intermédios.
de
varrimento
pode
ser
ajustada
para
valores
CAL
Posição calibrada da velocidade de varrimento (rodar no sentido CW
até fazer click).
Só é válida a posição do botão A TIME/DIV, se o mesmo estiver na
condição
de
CAL.
PULL X 10 MAG
Permite aumentar 10 vezes a velocidade de varrimento.
Note-se que nas velocidades de varrimento muito elevadas o feixe de
electrões atinge o fósforo com menos eficiência, pelo que existe
decréscimo de luminosidade.
Base de tempo B
Notas:
O dente de serra da base de tempo B tem um declive superior ao da
base de tempo A.
O botão interno permite definir o instante a partir do qual passa a
actuar a base de tempo B.
Fig.14 – Comandos da base de tempo B.
Hold-off
O circuito de trigger com ajuste do nível de disparo e da derivada
funciona bem para formas de onda periódicas.
Em formas de onda complexas, quando se pretende visualizar um
sinal de período variável (arrítmico), o circuito de trigger não é
suficiente para garantir uma representação correcta da forma de
onda.
O circuito de hold-off permite inibir o trigger durante um certo tempo
após cada disparo, criando um tempo morto durante o qual o circuito
de trigger não dispara o dente de serra.
Deste modo, por exemplo, quando um trem de impulsos muito
próximos está inserido noutro trem de impulsos mais espaçados, o
disparo do trigger não é perturbado, se o tempo morto for suficiente.
O valor do tempo morto é ajustável e aumenta quando se roda o
botão de hold-off no sentido dos ponteiros do relógio (CW).