Aula de Osciloscópio Prof. Watanabe.

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1 Aula de Osciloscópio Prof. Watanabe

2 Osciloscópio Analógico
Os osciloscópios são instrumentos que permitem medir a dependência temporal de tensões; Na maioria dos osciloscópios essa dependência é visualizada em um tubo de raios catódicos, no qual um feixe de elétrons produzido por um filamento aquecido é acelerado por uma fonte de alta tensão; O sistema de deflexão constituído por placas paralelas desvia o feixe horizontalmente e verticalmente;

3 Osciloscópio Analógico
A visualização da variação temporal do sinal elétrico é obtida através uma tela fosforescente que se ilumina no ponto em que o feixe de elétrons nela colide; A tela possui divisões para facilitar a leitura e medidas quantitativas.

4 Tubo de Raios Catódicos
a – filamento aquecido; b - filtro de velocidades; c - placas defletoras horizontais; d – placas defletoras verticais; e – feixe de elétrons; f - tela fosforescente.

5 Osciloscópio Analógico
O filamento a, mostrado na figura anterior, produz um feixe paralelo de elétrons, e o disco b atua como um seletor de velocidades; No interior do tudo de raios catódicos encontram-se dois pares de placas, c e d, perpendiculares entre si; Ao se aplicar uma diferença de potencial entre duas das placas cria-se um campo elétrico que irá desviar o feixe de elétrons. Por este motivo as placas são denominadas de placas defletoras; As placas c produzem deflexão vertical, e as placas d produzem deflexão horizontal.

6 Deflexão vertical A posição vertical do feixe é controlada pela tensão entre as placas defletoras verticais; Quanto maior for o campo elétrico entre as placas maior será o desvio sofrido pelo feixe em relação a sua trajetória inicial; A distância do ponto luminoso ao centro da tela tem uma correspondência direta com a amplitude da tensão aplicada entre as placas;

7 Deflexão vertical A tensão a ser lida não é aplicada diretamente nas placas, mas passa por um circuito que ajusta a amplitude da tensão aplicada à dimensão vertical da tela; Existe uma correspondência exata entre tensão e dimensão geométrica da tela (Volts/divisão). Em osciloscópios comerciais esse ajuste é realizado pelo botão de ajuste de escala vertical, e em geral pode variar desde 5 mV / div até 20 V / div.

8 Deflexão vertical Sistema de deflexão vertical. O feixe de elétrons é desviado devido à aplicação de uma tensão V nas placas defletoras verticais.

9 Deflexão vertical Botões de seleção: Escala vertical

10 Deflexão horizontal A amplitude de uma certa tensão pode ser medida através da deflexão vertical do osciloscópio, mas não é possível determinar sua dependência temporal somente através da deflexão vertical. É necessário aplicar uma tensão no sistema de deflexão horizontal que varie linearmente com o tempo (onda tipo dente de serra), como mostrado a seguir.

11 Deflexão horizontal A tensão entre placas de deflexão horizontal parte de um valor negativo, para que o feixe apareça do lado esquerdo da tela, e vai progressivamente aumentando até seu valor máximo, deslocando o feixe totalmente para a direita. Como esta variação é linear teremos uma correspondência direta entre o tempo e o desvio do feixe eletrônico na horizontal; Onda dente de serra aplicada no sistema de deflexão horizontal (base de tempo).

12 Deflexão horizontal A descida abrupta da onda dente de serra faz com que o feixe retorne ao lado esquerdo da tela de modo a reiniciar o processo de varredura. Para isso, o tempo de transição +V para –V deve ser o mais curto possível (durante essa transição o feixe de elétrons é eletronicamente bloqueado); A rapidez com que se faz a varredura é determinada pela inclinação da onda dente de serra; A taxa de amostragem da escala temporal pode ser escolhida alterando-se a freqüência dessa onda;

13 Deflexão horizontal O osciloscópio possui um oscilador local cuja frequência pode ser ajustada. O botão de ajuste da base de tempo (freqüência do oscilador local), mostrado na figura a seguir, possui várias escalas de varredura de tempo / comprimento (seg/divisão). O osciloscópio apresentado operando no modo tensão freqüência (X-Y) é capaz de amostrar sinais constantes no tempo (DC), até sinais que variam a uma freqüência de 20 MHz; A chave MAG (x1 e x10) permite que a base de tempo seja ampliada de um fator 10 em relação à escala original.

14 Deflexão vertical Botões de seleção: Base de tempo

15 Tela do Osciloscópio

16 Esquema do Osciloscópio

17 Sincronização de sinais

18 Sincronização de sinais

19 Osciloscópio digital

20 Grandezas Mensuráveis
A nível das grandezas (elétricas) que podem ser medidas através de um osciloscópio, as mais comuns são as seguintes: Período e Frequência Se um sinal se repete no tempo, ele tem uma frequência de repetição. Esta frequência (f) é medida em Hertz (Hz) e é igual ao número de vezes que o sinal se repete por segundo (número de ciclos por segundo).

21 Grandezas Mensuráveis
Um sinal periódico tem um período (T), que é o tempo que o sinal leva a completar um ciclo; O período e a frequência são inversos um do outro, isto é, f = 1/ T; A Figura a seguir serve como exemplo, onde a onda sinusoidal tem um período de 1/3 de segundo, correspondendo a uma frequência de 3 Hz.

22 Medida de frequência

23 Grandezas Mensuráveis
Amplitude (tensão) Com um osciloscópio podem medir-se amplitudes de sinais, nomeadamente amplitudes de pico e pico-a-pico; A forma de onda apresentada na Figura a seguir tem uma amplitude (de pico) de 1 V e uma amplitude pico-a-pico de 2 V.

24 Medida de tensão

25 Grandezas Mensuráveis
Desfasagem Para entender o que é o desfasamento entre duas ondas, é necessário apreender o conceito de fase. É importante salientar que este conceito apenas se aplica a ondas sinusoidais; Olhando para a Figura anterior pode considerar- se que como o sinal é sinusoidal, a cada instante de tempo pode corresponder um ângulo (de 0º a 360º). Isto facilita a analise de ondas sinusoidais, no sentido em que o ângulo de fase não depende da frequência do sinal;

26 Grandezas Mensuráveis
Podemos então referir-nos a ângulos de fase para descrever em que parte do período é que o sinal se encontra (20º, 60º, 180º, por exemplo), em vez de nos referirmos a tempo (1,35 ms ou 4,2 s, por exemplo); O desfasagem (ou diferença de fase) representa o atraso (no tempo ou em fase) entre dois sinais da mesma frequência. Na Figura a seguir, a tensão diz-se 90º em avanço relativamente à corrente, dado que a onda de tensão chega ao seu máximo (por exemplo) exatamente 1/4 de período antes do máximo da onda da corrente (360º / 4 = 90º).

27 Medida de defasagem O desfasagem é extremamente importante na análise de certos circuitos eléctricos e eletrônicos.

28 Controles do osciloscópio

29 Controles e comandos • Comandos no eixo dos ZZ:
1 – Ajuste a intensidade do feixe 2 – Ajuste de foco do feixe 3 – Interruptor de liga e desliga Pino de teste: sinal quadrado de 2Vpp e 1kHz • Comandos do Sistema Vertical (eixo dos YY): 5 (6) – Terminal de ligação do canal 1 (2) 7 (8) – Acoplamento de entrada do canal 1 (2) (AC, DC e GND) 9 (10) – Ganho vertical do canal 1 (2) 11 (12) – Ganho vertical (ajuste contínuo) e amplificação do canal 1(2) 13 – Modo do sistema vertical (CHOP) 14 – Modo do sistema vertical (CH1, CH2, ALT, ADD) 15 (16) – Posicionamento vertical do canal 1 (2) 17 – Ganho vertical x10

30 Comandos • Comandos do Sistema Horizontal (eixo dos XX):
18 – Velocidade de varrimento (Time/Div) 19 – Posicionamento horizontal do sinal • Comandos do Sistema de Sincronismo: 20 – Nível e inclinação de disparo 21 – Trigger automático e manual 22 – Fonte do sistema de sincronismo (CH1, CH2, LINE, EXT) 23 – Terminal de ligação da fonte de sincronismo externa