Osciloscópio – Princípios de funcionamento
Osciloscópio – Princípios de funcionamento
Muitas vezes, ao testarmos um circuito eletrônico, nos deparamos com a necessidade, de ver qual o formato de onda (ou sinal), em um ponto desse circuito. Nesses casos o multímetro não serve para isso, pois ele pode testar alguns tipos de componentes, mostrar valores para tensão e corrente, mas não mostra forma de onda
O que é um Osciloscópio?
um osciloscópio é um instrumento de teste eletrônico, que permite ver graficamente em uma tela, as mudanças na tensão e frequência (variação no tempo) do sinal, que chamamos de onda.
É mostrado normalmente, como um gráfico bidimensional de um ou mais sinais em função do tempo.
A figura 1, mostra um osciloscópio com 2 formas de onda.
É mostrado também a Ponteira, que permite conectar o osciloscópio, ao circuito analisado.
Como funciona um Osciloscópio?
Os osciloscópios basicamente medem valores de tensão, e sua variação em relação ao tempo.
Em uma tela de osciloscópio, a tensão é mostrada no eixo Y, em verde (também conhecido como eixo vertical), e o tempo é representado no eixo X, em vermelho (eixo horizontal), como mostra a figura 2.
Repare, que a tela é dividida em “quadradinhos”, formados por linhas horizontais e linhas verticais.
Cada linha representa uma divisão.
A título de exemplo, a senoide mostrada, tem altura total (eixo vertical) de 4 divisões.
Basicamente o sinal é captado (entra) no osciloscópio através da ponteira (também chamada de sonda – Probe em inglês).
Após passar por alguns circuitos eletrônicos dentro do osciloscópio, a forma de onda do sinal captado, é mostrado na tela.
Resumo
- Como funciona o osciloscópio
Tipos de Osciloscópio?
São encontrados dois tipos de osciloscópios:
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Analógicos – Até o final do século passado, o osciloscópio mais comum e usado, era do tipo Analógico.
A tela é constituída de um Tubo de Raios Catódicos (CRT em inglês), muitos semelhantes às televisões antigas.
Este tipo de tubo é comprido, por isso o gabinete, é bastante profundo. Em geral são volumosos (figura 3).
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Digitais ou DSO (Osciloscópio de Armazenagem Digital – DSO em inglês) – Atualmente os osciloscópios são do tipo “Digital” (figura 4), e a Tela é de Cristal Líquido (LCD em inglês), dessa forma têm profundidade bem pequena, ou seja, são compactos, leves e, em geral, os modelos mais básicos tem um custo mais acessível.
Estamos falando em equipamento de uso comum (costumamos dizer que são equipamentos de bancada), osciloscópios com muitos recursos e funções, são em geral muito caros, sendo usados em laboratórios.
Nos osciloscópios Analógicos, a maior parte dos componentes eletrônicos internos são analógicos, por sua vez, os Digitais, usam circuitos integrados para uma aplicação específica ou ASIC (Application-specific integrated circuit). A eletrônica usada é digital.
Independente da maneira como são construídos, a finalidade de aplicação é a mesma nos dois tipos de osciloscópio
Painel de controle do Osciloscópio
Um osciloscópio visto de frente tem 2 partes:
De um lado a Tela, e do outro, um Painel com vários botões para diversos controles.
Agora veremos com detalhes o Painel de Controle.
O Painel do osciloscópio é constituído basicamente de três partes:
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Seção Vertical,
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Seção Horizontal
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Trigger (gatilho em português)
Cada parte ou seção, tem um papel importante a desempenhar, quando se trata de permitir que o osciloscópio reconstrua um sinal com precisão
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Seção de controle Vertical
Os controles verticais são usados para posicionar e dimensionar a forma de onda verticalmente.
Controles verticais comuns incluem:
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Conectores de entrada, onde é ligada a ponteira (neste caso Canal 1 e Canal 2),
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Seletor de Volts por Divisão (Volts/Div) – Este seletor, permite diminuir ou aumentar a amplitude dos sinais que são aplicados ao osciloscópio.
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Chave AC / DC / GND (Terra) O mostrado nesta figura não tem.
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Botão giratório para controle do feixe no deslocamento vertical.
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Seção controle Horizontais
Os controles horizontais são usados para controle da base de tempo.
Controles horizontais comuns incluem:
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Seletor de Segundos por Divisão (Sec/Div)
Permite medir a quantidade de tempo por divisão. Como a frequência é o inverso do tempo, sabemos desta forma qual a frequência do sinal mostrado.
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Botão giratório para controle do feixe no deslocamento horizontal.
Observações:
- As seções de controle Vertical e Horizontal num osciloscópio Analógico, têm a grafia dos valores marcados no próprio painel (figuras 6 e 7). O mesmo não acontece com o osciloscópio Digital. Neste caso a grafia desses valores, aparece na tela do display.
- Os controles Vertical e Horizontal, claro, não afetam ou modificam os valores obtidos. Girar os botões, permite que se enquadre na tela a onda analisada, ou, para que se torne mais preciso, a leitura desses valores.
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Seção de controle de Trigger – Sincronização da onda.
O Trigger (gatilho em português), permite que se estabilize uma forma de onda repetitiva, ou capture formas de ondas únicas.
De uma forma mais simples, o trigger quando acionado, permite que uma onda que parece “correr” na tela, fique parada.
O que acontece normalmente, é que quando se captura um sinal, ele não fique estabilizado na tela, mas se deslocando, então gira-se o botão de trigger, até que o sinal se estabilize (pare), como mostrado na figura 8.
O Trigger funciona, “prendendo o início da onda. Tecnicamente ´é chamado de Disparo de Borda e, nesta imagem, a sincronização começa no lado esquerdo da tela, como mostrado na figura 8 (tela `a direita).
Pode-se sincronizar a onda (estabilizá-la) pela borda positiva (na figura 8 à direita, o sinal da onda está subindo, portanto, borda positiva), ou pela borda negativa (não mostrado).
Este é o tipo de trigger é o mais comum (trigger de borda), e está disponível em osciloscópios analógicos e digitais (ver figura 9). A figura mostra o Controle de Trigger para uma osciloscópio Digital (à esquerda), e um Analógico.
Nível de Trigger (Level)
Os dois osciloscópios têm um botão giratório para o nível de trigger “Level”. No osciloscópio Analógico, há vários botões, que permitem outras opções.
No osciloscópio Digital há 1 botão “Trig Menu” que cumpre função equivalente. Porém, ao pressioná-lo, a tela do Osciloscópio apresenta várias opções e, através de outros botões, é possível selecionar a opção desejada.
Esse procedimento (um botão para várias funções) é muito comum em equipamentos digitais, e não há nisso nenhuma surpresa.
Os osciloscópios Analógicos em geral, não tem opção de escrever na tela.
O Trigger é uma das funções mais importantes de um osciloscópio, e há casos específicos, em que é necessário outros tipos de trigger, por isso, é comum em equipamentos digitais mais caros, que se tenha várias configurações de disparo especializadas, que não são oferecidas nos instrumentos mais baratos.
Observação:
No dia a dia, usa-se a palavra “Trigger” (gatilho em português), em vez de gatilho, ou coisa parecida. Eventualmente, também se usa “sincronizar”, para representar a mesma ação, porém não é muito comum.
Em eletrônica, é normal usarmos alguns termos em inglês. Com o tempo nos acostumamos, e até estranhamos o termo em português (pense em “mouse” e em português “rato”)
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Painel com funções específicas
As 3 partes principais de um osciloscópio, foram vistas acima, porém, muitos osciloscópios, principalmente os Digitais, possuem um conjunto de vários botões, com funções específicas (figura 10).
Nesta figura (refira-se à figura 5 para ver todo o osciloscópio) podemos observar isso.
Para que servem esses botões? Bem, a função de cada botão é determinada pelo fabricante, por isso é necessário consultar o manual, para entender qual a função que cada botão executa.
Ainda na figura 10, ao lado da tela, há um conjunto de botões e, há esquerda nessa tela (retângulo vermelho), a função de cada um.
Frequentemente para medições básicas, basta conhecer as funções principais do osciloscópio, porém, conhecer bem todas as funções desse equipamento, permite que se use todo o potencial do mesmo.
Finalmente, existem centenas e centenas de modelos de Osciloscópios, é impossível abordar todas as situações, então é sempre importante ter o manual e estudá-lo, para que se possa obter o melhor do equipamento.
Operação básica do Osciloscópio
Nesta seção veremos muito superficialmente, como configurar um osciloscópio para que possa ser usado.
Posteriormente, teremos vídeos, nos quais mostraremos como usar o osciloscópio, configurá-lo e testando equipamentos.
Configurando um osciloscópio
1 – Desconecte o osciloscópio de qualquer outro equipamento.
2 – Selecione o Canal 1 e defina o acoplamento para DC.
3 - Defina a escala vertical de volts/divisão e os controles de posição para posições intermediárias.
4 – Defina o Reset (modo de disparo) para automático e a fonte disparo para o canal 1
5 - Defina os controles de tempo/divisão e posição horizontais para posições intermediárias.
Ligue o osciloscópio.
Ao ligá-lo o traço (ou feixe) horizontal que aparece, se apresentará como uma linha reta, pois o equipamento está desconectado e não há nenhum sinal na entrada.
Essa linha ou traço pode estar em qualquer posição, mas uma boa ideia é coloca-lo no meio da tela, através do botão “Posição vertical”, figura 6.
Se o traço não aparecer, acione os controles vertical e/ou horizontal, até que apareça.
Testando a Ponteira
A ponteira não costuma apresentar problema, porém às vezes pode se descalibrar, mostrando na tela as formas de onda distorcidas.
Para calibrá-la, procure no painel frontal do osciloscópio um ponto de teste. Ele gera uma onda quadrada de 1 KHz (esse é o padrão, mas verifique no manual do osciloscópio, para a informação correta).
Encoste a ponta da ponteira e verifique a forma de onda.
Caso apresente distorção (figura 11), gire o (pequeno) parafuso que existe na própria ponteira, até corrigir a forma de onda. Pronto está calibrada.
A calibração da Ponteira, é muito importante para medidas precisas. Faça-o regularmente
Aterramento – Muito importante
O aterramento é uma etapa importantíssima quando se faz medições ou trabalha em um circuito, qual quer que seja (veja mais aqui).
O aterramento adequado do osciloscópio é importante por vários motivos, veja os dois principais:
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Protege contra choques perigosos. Neste caso é fundamental.
O aterramento do osciloscópio é necessário por segurança. Se uma alta tensão entrar em contato com o gabinete do osciloscópio não aterrado, pode acontecer algo mais do que um choque. Proteja-se.
Aterre o osciloscópio, usando devidamente o “terra” do cabo de alimentação (com 3 pinos), em uma tomada aterrada.
Verifique qual é o “Terra" (GND) do circuito a ser analisado, e ligue a garra da Ponteira do osciloscópio, nesse ponto.
Muito cuidado com Fontes de Tensão Chaveadas, verifique qual é o terra correto, ou use um Transformador Isolador como mostra a figura 12.
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Proteção de CI’s
Componentes eletrônicos digitais, são muito sensíveis a variações maiores de tensão, principalmente Cargas Eletrostáticas. O aterramento correto, pode evitar que esses componentes se danifiquem ao manuseá-los.
Como medir tensões AC de tomadas elétricas
Nunca se deve medir tensões AC (110V, 220V, etc.) diretamente com o osciloscópio, pois caso você ligue a Garra da Ponteira (que é terra), na Fase, haverá um curto. Na melhor das hipóteses o disjuntor desarma, mas pode acontecer algo pior.
Por isso, é necessário usar um Transformador Isolador, que é um tipo de transformador que isola a entrada (rede elétrica) da saída (ligado ao equipamento).
Na figura 12 mostra-se como medir Tensão Alternada, usando um osciloscópio e um multímetro para essa medição (se medir somente com o multímetro, não precisa do transformador isolador).
