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OSCILOSCPIO

VANIR LINO RODRIGUES

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1 - INTRODUO O osciloscpio de raios catdicos no um instrumento novo. Ele foi inventado em 1897 por Ferdinand Braun, tendo a finalidade de analisar as variaes de uma tenso em relao ao tempo. Neste mesmo ano J.J. Thomson mediu a carga do eltron a partir da sua deflexo por campos magnticos. Somente com o desenvolvimento dos tubos de raios catdicos feitos por Welhnet, em 1905, foi possvel a industrializao deste tipo de instrumento que hoje apresenta muitos aperfeioamentos. A finalidade de um osciloscpio produzir numa tela representaes grficas de um fenmeno dinmico, como por exemplo: pulso de tenso, tenso senoidal, descarga de um capacitor, etc. Pode-se tambm, atravs de um transdutor adequado, avaliar qualquer outro fenmeno dinmico, como exemplo: a oscilao de um pndulo, a variao de temperatura ou de luz de um ambiente, as batidas de um corao. Dependendo da aplicao, os osciloscpios modernos podem contar com recursos prprios, o que significa que no existe um s tipo no mercado. Isso ocorre porque os fenmenos que se deseja visualizar na tela podem ter durao que vai de alguns minutos at alguns milionsimos de segundo. Da mesma forma, os fenmenos podem se repetir numa certa velocidade sempre da mesma forma, ou ento podem ser nicos, ocorrendo por um s instante apenas uma vez. O osciloscpio bsico pode permitir a visualizao de fenmenos que durem desde uma vez por segundo at milhes de vezes por segundo. A capacidade de um osciloscpio em apresentar em sua tela fenmenos de curtssima durao dada pela sua resposta de freqncia. Nos osciloscpios mais comuns a resposta de frequncia situa-se na faixa de 20 a 100 MHz que suficiente para desenvolvimento de projetos na maioria dos laboratrios. Para poder visualizar os fenmenos com preciso os osciloscpios possuem recursos adicionais e controles que podem variar bastante com o tipo e modelo. Nos mais simples tm-se apenas a possibilidade de sincronizar um fenmeno usando a base de tempo interna, em outros podem ser utilizadas bases de tempo externas. A existncia de circuitos capazes de processar um sinal digitalmente possibilita a construo de osciloscpios que so verdadeiros computadores, pois digitalizam uma imagem, permitindo uma facilidade maior de anlise, congelando-a na tela a qualquer momento. Tambm podem realizar clculos em funo do que foi armazenado. No difcil encontrar osciloscpios que alm de exibir na tela uma forma de onda, por exemplo, uma senide, tambm apresentam numericamente o valor de pico, a frequncia, o perodo e at mesmo eventuais distores que existam neste sinal.

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2 - FUNCIONAMENTO DO OSCILOSCPIO O osciloscpio de raios catdicos , provavelmente, o equipamento mais verstil para o projeto e anlise de circuitos e sistemas eletrnicos e tem sido uma das mais importantes ferramentas para o desenvolvimento da eletrnica moderna. Uma de suas principais vantagens permitir que a amplitude de um sinal eltrico como voltagem, corrente, potncia, etc., seja mostrada em uma tela, em forma de uma funo variando com o tempo. O funcionamento se baseia em um feixe de eltrons que, defletido, incide sobre uma tela fluorescente que sensibilizada emite luz, formando uma imagem. A imagem formada na tela pode ser comparada com outra, considerada ideal, e assim identificar defeitos em um circuito eletrnico. Fazendo o feixe de eltrons defletir em um sistema de coordenadas, similar ao sistema cartesiano, onde o eixo horizontal (X) corresponde ao tempo e o eixo vertical (Y) amplitude do sinal de entrada, obtm-se uma construo grfica bidimensional tendo como resultado a variao da tenso de entrada em funo do tempo. Dispositivos de registro em funo do tempo existem h muito tempo, entretanto, o osciloscpio um equipamento de resposta muito mais rpida que os registradores eletromecnicos, pois permite resposta da ordem de microssegundos. A parte principal de um osciloscpio o tubo de raios catdicos. Este tubo necessita, entretanto, usar uma srie de circuitos auxiliares capazes de controlar o feixe desde sua gerao at o ponto onde ele incide na tela. Todo osciloscpio est composto das seguintes partes: fonte de alimentao, tubo de raios catdicos, base de tempo, amplificador horizontal, amplificador vertical. O diagrama em blocos simplificado mostrado na figura seguinte:

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2.1 - Fonte de alimentao A fonte de alimentao (no mostrada no diagrama em blocos) deve fornecer os diversos valores de tenso C.C. exigidas pelo tubo de raios catdicos, para promover as aes de controle, acelerao, focalizao e deflexo, bem como fornecer as demais tenses necessrias operao dos demais circuitos do osciloscpio. Para acelerar o feixe de eltrons, tenses da ordem de alguns milhares de volts so necessrias, enquanto uma baixa tenso de 6,3 V proveniente de enrolamento isolado do transformador de fora necessria para aquecimento do filamento do tubo de raios catdicos. Dessa forma o potencial de filamento fica prximo do potencial do catodo evitando, assim, a ruptura do isolamento entre o catodo e o filamento aquecedor. Para alimentao dos outros circuitos, diferentes nveis de tenso so exigidos, sem nunca ultrapassar algumas dezenas de volts. 2.2 - Tubo de raios catdicos (TRC) um tipo especial de vlvula terminica em que os eltrons emitidos pelo catodo se concentram num feixe estreito e aps atingirem alta velocidade se chocam com uma tela recoberta de fsforo. A tela se torna fluorescente no ponto em que o feixe eletrnico incide, proporcionando uma indicao visual. Em geral, um TRC possui as seguintes partes ou eletrodos: filamento, catodo, grade de controle, anodos de focalizao e acelerao, placas de deflexo horizontal e vertical, tela fluorescente. A figura seguinte mostra um tubo de raios catdicos com estes elementos.

2.2.1 - Filamento o elemento responsvel pela gerao da energia calorfica necessria ao desprendimento de eltrons no ctodo. Consiste de um fio tranado, de resistncia adequada, alojado no interior do catodo. Ao se aplicar nas extremidades do filamento uma tenso C.A., normalmente de 6,3V, este se incandesce, por efeito Joule, aquecendo o catodo que o recobre.

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2.2.2 - Catodo o elemento responsvel pela emisso dos eltrons (cerca de seis bilhes de eltrons so emitidos por segundo). Consiste de um cilindro metlico recoberto de xidos especiais, que emite eltrons quando aquecido. Possuem um alto potencial negativo. 2.2.3 - Grade de controle o elemento que regula a passagem de eltrons procedente do catodo em direo ao anodo. Consiste de um cilindro metlico com um orifcio circular no fundo, construdo em torno do anodo. Quando se controla o potencial desta grade verifica-se um aumento ou diminuio do brilho da imagem devido a passagem de mais ou menos eltrons.. 2.2.4 - Anodos de focalizao e de acelerao Apresentam forma cilndrica com pequenos orifcios para a passagem do feixe de eltrons. Possuem um alto potencial positivo (em relao ao catodo), a fim de que os eltrons sejam acelerados a uma grande velocidade. Desse modo os eltrons tendem a se deslocar em um feixe fino. Entre os anodos de focalizao e o de acelerao existe um campo eletrosttico que atua como uma lente biconvexa, convergindo o feixe para um determinado ponto. Esta lente eletrnica atua controlando o foco do feixe de eltrons de forma a se obter um ponto luminoso no centro da tela. O conjunto formado pelo filamento, catodo, grade de controle e os anodos de focalizao e o de acelerao formam o que se chama de "canho eletrnico". 2.2.5 - Placas de deflexo horizontal e vertical Para que os eltrons emitidos pelo canho eletrnico possam excursionar pela tela, e assim formar a imagem, h necessidade de um sistema defletor do feixe de eltrons. Todo o princpio de funcionamento da deflexo do raio est baseado no princpio da deflexo eletrosttica. A figura abaixo mostra um eltron de massa m e carga e, dirigindo-se com velocidade vo, perpendicular ao campo uniforme E.

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A trajetria de um eltron que entra num campo eltrico uniforme anloga ao de um projtil lanado horizontalmente no campo sob a ao da gravidade terrestre. O eltron possui carga negativa, como cargas de sinais opostos se atraem, ele se movimentar em direo a placa positiva em uma trajetria parablica. Quando o eltron sai do espao entre as placas, ele continua o seu movimento, agora em linha reta, tangente parbola no ponto (X1, Y1). Como temos vrios eltrons com a mesma trajetria, temos na verdade um feixe de eltrons. No osciloscpio, a deflexo eletrosttica emprega duas paredes de placas defletoras montadas em ngulo reto entre si. Quando no h campo eltrico entre as placas de cada par, o feixe de eltrons incide no centro geomtrico da tela. Se for aplicada uma diferena de potencial a um par de placas, o feixe se deslocar para a placa com o potencial positivo e este desvio ser tanto maior quanto maior for a d.d.p. aplicada s placas. Se for invertida a polaridade das placas, logicamente, a deflexo do feixe se dar inversamente, obedecendo s mesmas leis. Estas consideraes so vlidas tanto para o par de placas horizontais quanto para o par de placas verticais, sendo que cada par deve atuar independente. Se aplicarmos em um dos pares de placas uma tenso peridica, por exemplo, uma tenso senoidal, o ponto na tela se deslocar continuamente (na vertical ou horizontal). Se a freqncia de tenso aplicada for baixa, poderemos ver o ponto se movendo na tela. Se, por outro lado, a freqncia for muito alta e superior persistncia do olho humano, observaremos na tela uma linha, mesmo que na verdade se trate de um ponto movendo-se rapidamente. 2.2.6 - Tela fluorescente A tela o estgio final de todo o processo, pois nela que se visualizam as imagens. A tela pode ser circular ou retangular, com dimenses variadas que dependem da necessidade da aplicao. So de vidro e no seu interior depositado um material fluorescente (fsforo ou sulfeto de zinco), que ao receber o impacto do feixe de eltrons emite luz. O material fluorescente possui outra caracterstica denominada fosforescncia que faz com que a emisso de luz permanea mesmo depois da extino do bombardeio dos eltrons. O intervalo de tempo em que a fosforescncia ainda permanece chamado persistncia do fsforo. A intensidade luminosa emitida pela tela denominada luminncia e depende dos seguintes fatores: nmero de eltrons que bombardeiam a tela, energia com que os eltrons atingem a tela (que depende da acelerao dos mesmos), tempo que o feixe permanece no mesmo ponto da tela (que depende da varredura) e caractersticas do fsforo. Portanto, alterando estes fatores, pode-se ter um trao luminoso com mais ou menos brilho, com mais ou menos persistncia ou ainda com cores diferentes.

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O quadro seguinte nos d as propriedades de diferentes tipos de fsforo e mostra um conjunto de fatores que devem ser considerados na escolha de uma tela. Para uma tela de osciloscpio, o fsforo de melhor opo o "P31", pois possui alta luminncia e mdia persistncia. Tipo de fsforo

Fluorescncia Fosforescncia

Luminncia relativa (%)

Decaimento a 0,1% (ms)

Obs

P1

Verde-amarelada

Verde-amarelada

50

95

Uso geral. Substitudo

para a maioria das

aplicaes.

P2

Verde-azulada

Verde-amarelada

55

120

Bom compromisso

entre aplicaes

rpida e lenta

P4

Branca

Branca

50 20

TV

P7

Azul Verde-amarelada

35

1200

Observao de fenmenos

lentos

P11

Azul-prpura

Azul-prpura

15

20

Fotografia

P31

Verde-amarelada

Verde-amarelada

100 32

Uso geral

Se um feixe de alta densidade de carga atinge o fsforo da tela por muito tempo pode ocorrer a "queima" daquele ponto com a reduo da emisso de luz. A preveno contra este dano consiste em controlar a densidade do feixe, atravs do ajuste de intensidade do foco e do astigmatismo. Outra medida controlar o tempo de excitao atravs do ajuste do tempo/diviso. Todos os controles esto no painel do osciloscpio. Portanto, mantendo-se baixa a intensidade luminosa e a exposio do feixe breve, evitamos a destruio da camada de fsforo, prolongando a vida til do equipamento. Uma capa condutora chamada aquadag, eletricamente ligada ao segundo anodo, colocada no interior do tubo com a finalidade de capturar os eltrons produzidos por uma segunda emisso, que resultam do bombardeio eletrnico. Esta capa tambm serve como o ltimo anodo acelerador do feixe. Para o trao luminoso possa ser ajustado, tanto verticalmente, quanto horizontalmente, colocado na tela um quadriculado. As linhas do quadriculado devem ficar bem prximas da camada de fsforo para evitar erros de paralaxe.

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Em resumo, o tubo de raios catdicos funciona da seguinte maneira: O feixe eletrnico produzido pelo conjunto filamento-catodo sendo regulado em intensidade pela grade de controle e focado pelo anodo de focalizao. A acelerao dos eltrons feita pelo anodo acelerador. Sob a influncia das placas defletoras o feixe desviado na horizontal e na vertical. O choque do feixe com a camada fosforescente da tela produz a imagem. 2.3 - Base de tempo (time base) O circuito da base de tempo tem atuao junto s placas de deflexo horizontais (X-plates), pois estas placas comandam o deslocamento do feixe na direo horizontal. Este circuito necessrio para que o deslocamento do feixe na direo horizontal (eixo X) seja dependente do tempo. O circuito de tempo deve fazer o ponto luminoso se deslocar periodicamente e com velocidade constante, na direo horizontal, da esquerda para a direita, voltando o mais rapidamente possvel a sua posio original, e assim sucessivamente. Para efetuar este percurso, o circuito de base de tempo aplica s placas horizontais uma tenso varivel denominada dente de serra. Ao longo do tempo a tenso aumenta progressivamente de valor at atingir um ponto mximo. Logo em seguida cai bruscamente para o seu valor inicial. O tempo transcorrido desde que se inicia a elevao de tenso at o valor mximo chama-se de tempo de explorao ou de varredura. Este tempo o mesmo que o ponto leva para ir da esquerda para a direita da tela. O tempo que a tenso leva do valor mximo at o valor inicial chamado de retorno e o mesmo que o ponto leva para ir da direita para esquerda novamente. Como se v o tempo de varredura maior que o tempo de retorno, pois o que nos interessa reproduzir da esquerda para a direita a trajetria do ponto luminoso na tela e faz-lo voltar o mais depressa possvel. Quanto menor o tempo de retorno, melhor ser a reproduo na tela, do sinal que se deseja analisar. Como a freqncia da tenso em dente de serra da base de tempo relativamente elevada, o ponto luminoso se deslocar horizontalmente pela tela com grande rapidez, de forma que o efeito ptico ser igual presena de uma linha na tela e no um ponto. O circuito de base de tempo deve possibilitar a gerao de ondas dente de serra de perodo varivel, pois desta forma possvel analisar tenses com uma ampla gama de freqncias. Normalmente, a possibilidade de variar a freqncia da base de tempo realizada atravs de uma chave que seleciona o circuito RC adequado.

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Para obteno de uma imagem estvel e possvel de se analisar preciso que a freqncia da tenso em dente de serra seja sincronizada com a freqncia do sinal a medir. A figura abaixo mostra como isso conseguido.

A partir do sinal de entrada o circuito trigger (disparador) gera uma sucesso de impulsos que iro sincronizar a base de tempo. Quando a freqncia a medir relativamente baixa (menor que 150 kHz) este problema de fcil soluo, porm quando se trata de altas freqncias, em que os tempos so extremamente curtos mais difcil, necessitando de circuitos mais complexos. A maioria dos osciloscpios pode operar alternativamente com uma base de tempo externa aplicada a entrada X do instrumento (no mostrada no diagrama em blocos). 2.4 - Amplificador horizontal O objetivo do amplificador horizontal (no mostrada no diagrama em blocos) proporcionar onda dente de serra, procedente do circuito de base de tempo, uma amplitude suficiente para o desvio do feixe de eltrons em toda a largura da tela. O amplificador horizontal deve amplificar tanto o sinal em dente de serra procedente da base de tempo, como o sinal procedente do exterior aplicado entrada X (horizontal) do osciloscpio. 2.5 - Amplificador vertical (Y-amplifier) Um osciloscpio deve ser capaz de analisar sinais eltricos de amplitudes diversas. Normalmente, a sensibilidade de desvio do feixe no tubo de raios catdicos (CRC), costuma ser de 20 V/cm para C.C. e 30 V/cm para C.A. Quando o sinal aplicado entrada vertical for da ordem de alguns milivolts, por exemplo, o desvio vertical mal ser notado. Portanto, preciso ter entre entrada de sinal e as placas defletoras verticais um circuito amplificador que eleve a um valor adequado o sinal que se quer analisar.

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A sensibilidade de deflexo do osciloscpio uma das caractersticas essenciais que valorizam o instrumento. Portanto, quanto maior a sensibilidade deflexo, melhor ser o instrumento. Em osciloscpios de servio uma sensibilidade de 10 mV/cm mais que suficiente. Geralmente, o amplificador vertical de um osciloscpio consta das seguintes partes: atenuador, circuito compensador, amplificador, rede de atraso. 2.5.1 - Atenuador Sua funo diminuir a amplitude do sinal de entrada quando este possuir um valor excessivo, que introduza alguma distoro, acarretando uma no fidelidade na visualizao. O circuito atenuador reduz o valor do sinal de entrada, geralmente, em 10, 100 ou 1000 vezes. O passo de atenuao selecionado por uma chave que, dependendo da posio em que estiver uma determinada atenuao ser dada ao sinal de entrada. Normalmente, a atenuao do sinal feita por divisores de tenso. Uma vez atenuado, o sinal aplicado etapa seguinte atravs de um capacitor que tem a finalidade de impedir a passagem da corrente contnua e cuja tenso de ruptura deve ser elevada, da ordem de 400 V. 2.5.2 - Circuito compensador Uma caracterstica muito importante para a escolha de um osciloscpio a largura de banda passante do amplificador vertical. Quanto maior a largura de banda passante, melhor ser sua qualidade, devido possibilidade de visualizar sinais de alta freqncia. Para obter uma faixa larga no s necessrio selecionar o circuito o os componentes que o integram, mas tambm preciso recorrer a uma srie de corretores que se incorporam aos elementos de acoplamento dos circuitos. Os corretores so filtros cujas caractersticas devem ser adequadas finalidade qual so designados. Os compensadores recebem o nome de compensadores de baixa freqncia, compensadores de alta freqncia ou radiofreqncia e compensadores mistos. 2.5.2.1 - Compensador de baixas freqncias Este circuito facilita a passagem das freqncias mais baixas da curva de resposta para a etapa seguinte, com um ganho mais uniforme e com menor defasagem. A constante de tempo deste circuito deve ser elevada para no diminuir o ganho nas freqncias mais baixas, e evitar a distoro de fase.

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2.5.2.2 - Compensador de altas freqncias A compensao em altas freqncias permite reduzir o efeito das capacitncias parasitas, causa principal da limitao de freqncia na parte alta da banda passante. 2.5.2.3 - Compensador misto a juno do compensador de baixas frequncias com o de altas freqncias. O uso do compensador misto aumenta em muito a largura da banda passante, pois atua desde as baixas freqncias at as altas freqncias. 2.5.3 - Amplificador O amplificador consta, geralmente, das seguintes partes: pr-amplificador e amplificador final. 2.5.3.1 - Pr-amplificador O pr-amplificador uma etapa amplificadora de tenso, que afeta diretamente o amplificador final, pois serve de estgio de excitao para este. No pr-amplificador est localizado o potencimetro de ganho vertical. Dependendo da posio do cursor deste potencimetro, obtm-se uma maior ou menor amplificao do sinal. Uma caracterstica que se deve levar em conta ao se projetar um pr-amplificador e o seu ganho que deve ser elevado. 2.5.3.2 - Amplificador final O amplificador final que o responsvel pela atuao das placas de deflexo vertical do osciloscpio. So normalmente do tipo push-pull produzindo 230 V para a deflexo. As placas de deflexo do osciloscpio agem como capacitores. Quando o osciloscpio tem de responder a freqncias altas, excedendo 1 MHz, a corrente para carregar e descarregar a capacitncia entre as placas torna-se elevada. Portanto, alm do ganho de tenso necessrio deflexo, o amplificador vertical deve ter um ganho de corrente que permita suprir as cargas e descargas das capacitncias entre placas. Um amplificador de deflexo vertical tpico para osciloscpio opera com alta corrente, em classe A, com realimentao. 2.5.3.2 - Linha de atraso Os diversos circuitos do osciloscpio causam atrasos na transmisso da tenso que alimentam as placas defletoras. Comparando os circuitos de deflexo horizontal e vertical no diagrama em blocos simplificado podemos observar que a base de tempo disparada por uma poro do sinal de entrada que aplicado s placas verticais.

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O tempo necessrio para a gerao e formao do pulso que dispara a base de tempo mais os atrasos at a alimentao chegar s placas horizontais totalizam cerca de 80 nanosegundos. Para que o operador possa visualizar o incio da definio da forma de onda necessrio que o sinal a ser observado seja atrasado deste mesmo tempo. Este o objetivo da linha de atraso vertical. 3 - ENTRADAS E CONEXES DO OSCILOSCPIO Existem muitos tipos de osciloscpios. Descrever todos os comandos de todos os tipos existentes seria invivel. Entretanto, com o conhecimento de alguns controles, que consideraremos como sendo bsicos, possvel operar diversos osciloscpios. A figura abaixo apresenta um modelo de osciloscpio com painel de controle e entradas de sinal em primeiro plano.

Os controles e entradas do osciloscpio podem ser divididos em cinco grupos: controles da fonte de alimentao, controles de ajuste do trao ou ponto na tela, controles e entrada de atuao vertical, controles e entrada de atuao horizontal, controles de entrada de sincronismo. 3. 1 - Controles da fonte de alimentao 3.1.1 - Interruptor

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Sua funo interromper ou estabelecer a corrente no primrio do transformador de fora. Sua atuao, normalmente, acompanhada por uma lmpada piloto que serve de aviso visual sobre a situao do circuito (ligado ou desligado). Normalmente, este interruptor se encontra acoplado junto do potencimetro de controle de brilho. 3.1.2 - Comutador de tenso Sua funo selecionar a tenso de funcionamento do osciloscpio (127/ 220V). Permite utilizar o instrumento sem a necessidade de recorrer a um transformador abaixador ou elevador de tenso. 3.2 - Controles de ajuste do trao ou ponto na tela 3.2.1 - Brilho ou luminosidade o controle que ajusta a luminosidade do ponto ou do trao. O controle do brilho feito por meio de um potencimetro, situado no circuito da grade de controle do TRC, mediante o qual se regula o potencial desta grade. Como j mencionado deve-se evitar o uso de brilho excessivo para no se danificar a tela. 3.2.2 - Foco o controle que ajusta a nitidez do ponto ou trao luminoso. O ajuste do foco conseguido mediante a regulagem de um potencimetro que regula a polarizao do anodo de foco. O foco deve ser ajustado de forma a se obter um trao fino e ntido na tela. OBS: Os ajustes de brilho e de foco so ajustes bsicos que devem ser feitos sempre que se for usar o osciloscpio. 3.2.3 - Iluminao da retcula Permite que se ilumine o quadriculado ou as divises na tela. 3.3 - Controles e entrada de atuao vertical 3.3.1 - Entrada de sinal vertical Nesta entrada conectada a ponta de prova do osciloscpio. As variaes de tenso aplicadas nesta entrada aparecem em forma de imagem na tela. 3.3.2 - Chave de seleo de modo de entrada (CA-CC)

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Esta chave selecionada de acordo com o tipo de forma de onda a ser observada. Em alguns osciloscpios esta chave possui trs posies (CA-0-CC ou AC-GND-DC). A posio 0 ou GND usada para a realizao de ajustes do trao do osciloscpio em algumas situaes. Por exemplo: quando se deseja uma referncia na tela. 3.3.3 - Chave seletora de ganho (V/div) Esta chave permite que se ajuste a amplitude (altura) da imagem na tela. 3.3.4 - Posio vertical Permite movimentar a imagem para cima ou para baixo na tela. A movimentao no interfere na forma da figura projetada na tela. 3.4 - Controles e entrada de atuao horizontal 3.4.1 - Chave seletora de base de tempo o controle que permite variar o tempo de deslocamento horizontal do ponto na tela. Atravs deste controle possvel reduzir ou ampliar horizontalmente na tela a imagem nela projetada. Em alguns osciloscpios esta chave seletora tem uma posio identificada como EXT (externa) o que possibilita que o deslocamento horizontal possa ser controlado por sinal externo ao osciloscpio, atravs de uma entrada especfica. Quando a posio externa selecionada no h formao do trao na tela, obtendo-se apenas um ponto. 3.4.2 - Posio horizontal o ajuste que permite controlar horizontalmente a forma de onda na tela. Girando o controle de posio horizontal para a direita o trao move-se horizontalmente para a direita e vice-versa. Assim como o controle de posio vertical, o controle de posio horizontal no interfere na forma da imagem projetada na tela. 3.5 - Controles e entrada de sincronismo So controles que se destinam a fixar a imagem na tela. Estes controles so utilizados principalmente na observao de sinais alternados. Os controles de sincronismo so: chave seletora de fonte de sincronismo, chave de modo de sincronismo, controle de nvel de sincronismo. 3.5.1 - Chave seletora de fonte de sincronismo Seleciona onde ser tomado o sinal de sincronismo para fixar a imagem na tela do osciloscpio. Normalmente, esta chave possui trs posies: CH1, REDE e EXTERNO.

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Posio CH1: o sincronismo controlado pelo sinal aplicado ao canal 1. Posio REDE: o sincronismo realizado com base na freqncia da rede de alimentao do osciloscpio (60 Hz). Nesta posio consegue-se facilmente sincronizar na tela sinais aplicados na entrada vertical que sejam obtidos a partir da rede eltrica. Posio EXTERNO: o sincronismo da imagem obtido partir de outro equipamento externo conectado ao osciloscpio. O sinal que controla o sincronismo na posio EXTERNO aplicado entrada de SINCRONISMO. 3.5.2 - Chave de modos de sincronismo Normalmente esta chave tem duas ou trs posies: AUTO, NORMAL + e NORMAL -. AUTO: Nesta posio o osciloscpio realiza o sincronismo automaticamente, com base no sinal selecionado pela chave seletora de fonte de sincronismo. NORMAL +: O sincronismo positivo, ajustado manualmente pelo controle de nvel de sincronismo (TRIGGER), de modo que o primeiro pico que aparece na tela seja o positivo. NORMAL -: O sincronismo negativo, tambm ajustado manualmente, entretanto, o primeiro pico a aparecer o negativo. 3.5.3 - Controle de nvel de sincronismo (TRIGGER) um controle manual que permite o ajuste do sincronismo quando no se consegue um sincronismo automtico. Tem atuao nas posies NORMAL + e NORMAL -. OBS: Para se realizar leituras necessrio sincronizar a figura na tela. 4 - ENTRADA E CONTROLE DO OSCILOSCPIO DUPLO TRAO O osciloscpio de duplo trao possui alguns controles que so comuns aos dois traos e outros que so individuais. Os controles de brilho, foco, base de tempo e de posio horizontal so comuns aos dois traos. Basicamente, os controles individuais situam-se nas entradas e controles do vertical e nos controles e entrada de sincronismo. 4.1 - Entradas e controles do vertical Para observar dois sinais simultaneamente, necessrio que se aplique uma tenso em cada uma das entradas verticais.

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O osciloscpio de duplo trao dispe de dois grupos de controles verticais: um para o canal A ou canal 1 (CH1) e outro para o canal B ou canal 2 (CH2). Cada grupo controla um dos sinais na tela (amplitude, posio vertical, etc). Cada canal dispe de: entrada vertical, chave seletora CA-0-CC, chave seletora de ganho vertical (V/div), posio vertical. Um osciloscpio de duplo trao pode ainda ser utilizado como sendo um osciloscpio de trao simples. Uma chave seletora permite que se possa selecionar cada canal individualmente ou os dois simultaneamente. Esta chave possui pelo menos trs posies: CH1, CH2, DUAL. Na posio CH1 aparecer apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 1. Na posio CH2 aparecer apenas a imagem na tela que estiver sendo aplicada na entrada vertical do canal 2. Na posio DUAL aparecem as duas imagens. Em osciloscpios mais sofisticados, esta chave pode possuir mais posies de modo a permitir mais alternativas de uso. 4.2 - Controles de sincronismo Realizam as mesmas funes do osciloscpio de trao simples que a de fixar a imagem na tela. A diferena que na chave seletora de fonte existe uma posio adicional para poder sincronizar a imagem. 5 - PONTAS DE PROVAS As pontas de prova so utilizadas para interligar o osciloscpio aos pontos de medida.

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Uma das extremidades da ponta de prova conectada a uma das entradas do osciloscpio atravs de um conector BNC e a extremidade livre serve para conexo ao ponto de medida. Na extremidade livre encontra-se uma garra jacar, denominada de terra da ponta de prova, que deve ser conectada ao terra do circuito e uma ponta de entrada de sinal, que deve ser conectada no ponto que se deseja medir. Existem dois tipos de ponta de prova: ponta de prova 1:1 e ponta de prova 10:1. A ponta de prova 1:1 aplica entrada do osciloscpio o mesmo valor de tenso ou que aplicada ponta de medio. A ponta de prova 10:1 entrega ao osciloscpio apenas a dcima parte da tenso aplicada ponta de medio. As pontas de prova 10:1 permitem que o osciloscpio consiga observar tenses dez vezes maiores que a sua capacidade. Por exemplo: um osciloscpio que permite a leitura de tenses de at 50 V com ponta de prova 1:1 medir tenses de at 500 V (10 x 50 V) com ponta de prova 10:1. Existem pontas de prova que dispem de um boto onde se pode selecionar 10:1 ou 1:1. Obs: Quando no se tem total certeza da grandeza da tenso envolvida aconselhvel iniciar a medio com a ponta de prova 10:1. 6 OSCILOSCPIO DIGITAL Os osciloscpios digitais utilizam alguns elementos j vistos nos osciloscpios analgicos, entretanto possuem elementos adicionais para processamento de dados como mostra o diagrama em blocos abaixo.

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Atravs dos elementos de processamento o osciloscpio digital coleta dados de uma forma de onda e exibe as informaes no tubo de raios catdicos. Quando a ponta de prova de um osciloscpio digital e conectada a um determinado circuito, o sistema vertical adequa a amplitude do sinal, do mesmo modo que um osciloscpio analgico. Em seguida, o conversor analgico-digital (ADC) do sistema de aquisio amostra o sinal em pontos discretos do tempo, convertendo a tenso do sinal nestes pontos em valores digitais denominados valores de amostragem. O relgio (clock) de amostragem do sistema horizontal determina a freqncia na qual o conversor analgico-digital (ADC) toma uma amostra. A taxa na qual o relgio opera e denominada taxa de amostragem sendo medida em amostras por segundo. De acordo com o teorema de Nyquist a taxa de amostragem, que garante uma reconstruo fiel de um sinal a partir das amostras, deve ser no mnimo 2 vezes a freqncia mxima do sinal sob anlise. Na prtica trabalha-se com um fator de 10, assim, um osciloscpio com 100 MHz de banda ir requerer uma taxa de amostragem de 1010 amostras por segundo. Os pontos de amostragem do ADC so armazenados na memria como pontos da forma de onda. O numero de pontos utilizados para representar uma forma de onda chamado comprimento da gravao. O sistema de disparo (trigger) determina os pontos de inicio e termino da gravao. O sistema de visualizao (display) recebe estes pontos de gravao aps os mesmos terem sido armazenados na memria. Dependendo da sofisticao do osciloscpio pode ocorrer processamento adicional dos valores de amostragem, enriquecendo a visualizao. Alguns modelos podem possuir alternativa de pr-disparo para observar eventos antes do ponto de disparo. Fundamentalmente, com um osciloscpio digital, bem como com um osciloscpio analgico, h necessidade de ajustar os controles de vertical, horizontal, e disparo para realizar uma medio. 6.1 Modos de amostragem O processo pelo qual o osciloscpio digital coleta amostras ir depender da caracterstica do sinal. Para sinais com mudanas lentas basta apenas coletar algumas poucas amostras para construir uma figura precisa. Entretanto, para sinais rpidos, o osciloscpio no pode coletar poucas amostras, pois haveria a possibilidade de perda de informao. O osciloscpio digital pode operar de dois modos:

A amostragem se processa coletando-se poucos pontos do sinal em uma nica etapa (modo de amostragem em tempo real), em seguida usada interpolao. A interpolao uma tcnica de processamento que reconstri uma forma de onda a partir de poucos pontos obtidos no processo de amostragem;

A imagem da forma de onda construda sequencialmente em funo do tempo,

em varreduras sucessivas, (modo de amostragem equivalente no tempo).

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6.1.1 Modo de amostragem em tempo real Os osciloscpios digitais utilizam a amostragem em tempo real como mtodo padro. Nesse processo o osciloscpio coleta algumas amostras do sinal como mostra a figura abaixo:

A amostragem em tempo real possibilita a observao de variaes rpidas do sinal como transientes e pulsos rpidos. A interpolao utilizada em sinais de alta velocidade, quando poucos pontos de amostragem podem ser obtidos. A interpolao linear simplesmente conecta os pontos de amostragem atravs de linhas retas. A interpolao senoidal (ou interpolao sen x/x) conecta pontos de amostragem por linhas curvas. Os dois tipos so mostrados na figura abaixo.

A interpolao sen x/x um processo matemtico em que pontos so calculados para preencher o tempo entre duas amostras reais. Usando esse processo, um sinal que amostrado somente poucas vezes em cada ciclo, pode ser precisamente visualizado. 6.1.2 Modo de amostragem equivalente no tempo Alguns osciloscpios digitais podem utilizar a amostragem equivalente no tempo para capturar sinais repetitivos muito rpidos. Neste modo de operao usa-se o recurso de sobre-amostragem que permite aumentar o nmero de pontos horizontais (melhor

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resoluo) pela composio de vrias varreduras horizontais sobrepostas. Este recurso utilizado nos osciloscpios de altas freqncias (freqncia de operao maior que 10 GHz), quando o ADC no consegue amostrar o sinal a uma taxa superior de Nyquist. Cada seqncia de amostragens efetuada com a mxima velocidade do ADC. A figura abaixo mostra o modo de amostragem equivalente no tempo onde pode ser observada a construo gradativa da forma de onda a partir de cada varredura. Nesse modo a amostragem pode ser seqencial ou aleatria, conforme os pontos apaream da esquerda para a direita sequencialmente ou de forma aleatria.

6.2 - Principais vantagens dos osciloscpios digitais Em relao aos osciloscpios analgicos os digitais apresentam as seguintes vantagens:

Visualizao e armazenagem do sinal por tempo indefinido; Captura de sinais no peridicos e eventos nicos no tempo; Visualizao do sinal antes do disparo (pr-trigger); Processamento matemtico do sinal (processadores rpidos de ltima gerao); Possibilidade de medidas diversas no sinal de forma mais precisa e direta; Visualizao esttica de sinais independente de sua freqncia ou repetibilidade.

Em funo da alta velocidade dos microprocessadores atuais, existe uma tendncia dos osciloscpios digitais serem essencialmente um microcomputador acoplado aos blocos analgicos e ADC. comum o uso de sistemas operacionais do tipo Windows no gerenciamento do instrumento. Existem tambm placas de aquisio de dados com as funes bsicas de um osciloscpio, adaptadas para serem acopladas diretamente a computadores do tipo PC. Um conjunto de medidas temporais (perodo, freqncia, largura de pulso, etc.) e de amplitude (valor mdio, RMS, pico, etc.) pode ser efetuado automaticamente a partir de funes pr-definidas no sistema operacional do osciloscpio.

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QUESTIONRIO 1. Como variada a freqncia da base de tempo? 2. Quais elementos formam o que se chama canho eletrnico? 3. Qual a tenso necessria para o aquecimento do filamento do TRC? 4. Quais so as partes que compem o osciloscpio? 5. No osciloscpio o que preciso para se obter uma imagem estvel e possvel de se

analisar?

6. Qual a funo do atenuador no osciloscpio? 7. Qual a funo do circuito compensador em um osciloscpio? 8. Normalmente a atenuao de um sinal feita por divisores de tenso. Uma vez

atenuado, o sinal aplicado etapa seguinte atravs de um capacitor. Explique a finalidade deste capacitor.

9. Sabemos que para que a tela do osciloscpio emita luz necessrio que ela receba o impacto de um feixe de eltrons, o qual contm um material fluorescente. Quais so os tipos de materiais que podem ser usados?

10. Qual a funo do TRC?

11. Quais so os fatores que determinam a intensidade luminosa emitida pela tela

(luminncia)? 12. Quais so os tipos de ponta de prova utilizada no osciloscpio? 13. O osciloscpio de duplo trao possui alguns controles que so comuns aos dois

traos. Quais so eles? 14. Qual a funo do controle de sincronismo nos osciloscpio de duplo trao? 15. Qual a finalidade das pontas de prova de um osciloscpio? 16. Sobre que fatores atuam os ajustes do trao ou ponto na tela? 17. Em que situao, no osciloscpio, obtido apenas um ponto na tela? 18. Quais so os tipos de amostragem utilizados em osciloscpios digitais?

19. Que tipo de osciloscpio utiliza o mtodo de amostragem equivalente no tempo? 20. Cite duas vantagens dos osciloscpios digitais?

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21. Quais so os grupos de controles e entradas de um osciloscpio?

22. Qual o enunciado do Teorema de Nyquist?