e01 - o osciloscópio

7/23/2019 E01 - O Osciloscópio

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E01 - O OSCILOSCÓPIO

OBJETIVOS:

• Identificar os principais comandos do osciloscópio.• Saber injetar sinais no osciloscópio.• Aprender a realizar medidas de tensão.• Medidas de frequências e períodos.• Fazer adição e subtração de sinais.

MATERIAIS:

OsciloscópioTDS1002B

Gerador deSinais

PlacaCIDEPE

Pilha secaMultímetro

digital

Conectores

BNC

No texto que se segue, optamos por manter a terminologia original inglesa para facilitar alocalização dos elementos, pois assim estão grafados nos instrumentos.

1- RESUMO DO MANUAL DE OPERAÇÃO DO OSCILOSCÓPIO.O manual completo de operação do osciloscópio pode ser consultado no arquivo Manual do

Osciloscópio.

1.1- SEGURANÇA

Nestas aulas de laboratório, usaremos o osciloscópio TEKTRONIX 1002B.

Inicialmente, devemos atentar para alguns procedimentos de segurança e utilização.

• Usar apenas os cabos apropriados fornecidos.• Conectar e desconectar os cabos apropriadamente.• Conecte o cabo com a ponta de prova, primeiro ao osciloscópio antes de conectá-lo ao

circuito.• Desconecte a ponta do circuito antes de desconectá-lo do osciloscópio.• Não obstrua as fendas de ventilação. Não coloque nada sobre o aparelho.

1.2- BOTÕES DE CONTROLE

A figura a seguir, mostra o posicionamento dos botões de controle.



Figura 1. Painel frontal do osciloscópio TDS 1002B.

1.3- ÁREA DA TELA

Além de mostrar as formas de ondas, a tela também apresenta muitos detalhes sobre a formade onda e ajustes dos controles do osciloscópio.

Figura 2. A área da Tela

1- O ícone do display mostra o modo de aquisição.



2- Status do Trigger indica o seguinte:

O osciloscópio está adquirindo dados do pré-trigger. Todos os triggers sãoignorados nesse estadoTodos os dados do pré-trigger foram adquiridos e o osciloscópio está pronto

para aceitar um trigger.O osciloscópio viu um trigger e está adquirindo dados post- trigger

O osciloscópio terminou de adquirir dados da forma de onda

O osciloscópio completou a aquisição de uma sequência única.

O osciloscópio está no modo automático e está adquirindo formas de ondana ausência de triggers.O osciloscópio está adquirindo e mostrando formas de onda no modo scan.

3- O marcador mostra a posição horizontal do trigger.Gire o knob HORIZONTAL POSITION para ajustar a posição do marcador.

4- A leitura mostra o tempo no centro do reticulado. O tempo do trigger é zero.5- O marcador mostra o nível do trigger.

6- Os marcadores mostram os pontos de referência das formas de onda. Se não há marcadoro canal correspondente não estará sendo mostrado.

7- Uma seta indica que o a forma de onda está invertida.

8- As leituras mostram os fatores de escala vertical dos canais.

9- Um ícone BW indica que o canal está limitado em largura de banda.

10- A leitura mostra a base de tempo principal.

11- A leitura mostra a base de tempo da janela se ela estiver em uso.

12-

A leitura mostra a fonte de trigger usada.13- O ícone mostra o tipo de trigger selecionado.

14- A leitura mostra o nível do trigger.



15- A área da tela mostra mensagens de ajuda.Algumas mensagens são mostradas por apenas 3 segundos.

Essa área de mensagens mostra os seguintes tipos de informações:

Instruções para acessar outro menu, tal como quando você aperta o botão MEASURE:For TRIGGER HOLD OFF, go to HORIZONTAL MENUSugestões do que você poderia desejar fazer em seguida, tal como quando você aperta o botãoMEASURE

Push an option button to change it’s measurement,Informação sobre a ação realizada pelo osciloscópio, tal como quando se aperta o botão DEFAULTSETUP:

Default setup recalled.

Informação sobre a forma de onda, tal como quando você aperta o botão AUTOSET

Square wave or pulse detected on CH1

16- A leitura mostra data e hora.17- A leitura mostra a frequência do trigger.

1.4- SISTEMA DE AJUDA

O osciloscópio possui um sistema de ajuda que cobre todas as características do aparelho e

que pode mostrar vários tipos de informações:Quando se aperta um botão do painel frontal, aparece ao lado direito da tela um menu comas diversas opções que poderão ser selecionadas apertando o botão da opção correspondente.

O sistema de ajuda pode ser alcançado apertando-se o botão HELP do painel frontal.

1.5- VERIFICANDO O FUNCIONAMENTO

Antes de usar o osciloscópio verifique o seu funcionamento como segue:

1.5.1- Ligue o osciloscópio, pressionando o botão ON/OFF. Depois de algum tempo (cerca de 30segundos) o osciloscópio apresentará uma tela inicial Espere ainda alguns segundos até que o

osciloscópio mostre na tela uma tela reticulada.



1.5.2- Pressione o botão DEFAULT SETUP. Após alguns segundos aparece uma mensagem na parte inferior informando que o display foi restaurado. A atenuação por default da ponta deprova é 10X.1.5.3- Ajuste a chave da ponta de prova para 10X e conecte ao canal 1 (CH1).1.5.4- Conecte a ponta de prova e o fio de referência aos terminais do PROBE COM.

1.5.5- Pressione o botão AUTOSET Dentro de segundos você verá uma onda quadrada com 5V pico a pico e frequência de 1 kHz.

1.5.6- Caso necessite usar o CH2 continue com os próximos procedimentos.

1.5.7- Pressione duas vezes o botão CH1 MENU no painel frontal para remover o canal.

1.5.8- Pressione o botão CH2 MENU para ver o canal 2.

2- ENTENDENDO AS FUNÇÕES DO OSCILOSCÓPIO.

Para usar o osciloscópio de maneira efetiva, precisamos entender as seguintes funções:• Ajuste do Osciloscópio;• Engatilhamento;

• Adquirir sinais (formas de onda);• Escalas e posicionamento das formas de onda;• Medidas das formas de onda.



A Figura 3 mostra o diagrama de blocos das várias funções do osciloscópio e relações de umas comas outras

Figura 3. Diagrama de blocos do osciloscópio.

2.1- AJUSTE DO OSCILOSCÓPIO.

Usando o Auto Ajuste (AUTOSET)

Toda vez que você aperta o botão AUTOSET, a função autoset obtém uma visualizaçãoestável. Ele ajusta automaticamente a escala vertical e horizontal e o gatilho (trigger). AUTOSET

pode ainda mostrar automaticamente várias medidas dependendo do tipo do sinal.

Usando AUTORANGE

AUTORANGE é uma função contínua que você pode habilitar ou desabilitar. A funçãoajusta os valores para traçar o sinal quando este exibe uma grande mudança ou quando você mudafisicamente a ponta de prova para outro ponto do circuito.

2.2- O GATILHAMENTO (Triggering)

O trigger determina quando o osciloscópio começa a adquirir dados e mostrar na tela.Quando ajustado apropriadamente, o osciloscópio converte telas instáveis ou em branco em formasde onda compreensíveis.

Figura 4a Com trigger Figura 4b Sem trigger



Quando você aperta o botão RUN/STOP ou SINGLE SEQ para iniciar uma aquisição, oosciloscópio realiza os seguintes passos:

1. Adquire dados suficientes para preencher uma porção da forma de onda à esquerda do ponto deengatilhamento. Isto é chamado de pré-engatilhamento.

2. Continua a adquirir dados esperando a ocorrência das condições de trigger.

3. Detecta a condição de trigger.

4. Continua a adquirir dados até que a gravação da forma de onda esteja completa.

5. Mostra a forma de onda recém adquirida.

NOTA: Para trigger em Edge ou Pulse, o osciloscópio conta a razão em que ocorrem os eventos detrigger e determina a frequência do trigger. O osciloscópio mostra a frequência no canto inferiordireito da tela.

FonteVocê pode usar as opções do Trigger Source para selecionar o sinal que o osciloscópio usa

como trigger. A fonte pode ser a voltagem AC da linha (apenas com Edge triggers) ou qualqueroutro sinal conectado ao canal BNC ou no EXT TRIG BNC.

TiposO osciloscópio fornece três tipos de triggers: Edge, Vídeo e Pulse Width.

ModosVocê pode selecionar o modo de trigger Auto ou Normal para definir como o osciloscópio

adquire os dados quando ele não detecta uma condição de trigger.

AcoplamentoVocê pode usar as opções de Acoplamento do trigger que parte do sinal passará para o

circuito de trigger. Isso pode ajudar a obter uma figura estável da forma de onda.

Para usar o acoplamento do trigger, aperte o botão TRIG MENU, selecione um triggerEdge ou Pulse, e selecione a opção de acoplamento.

NOTA: O acoplamento do trigger afeta apenas o sinal passado para o sistema de trigger. Ele não

afeta a largura da banda ou acoplamento do sinal mostrado na tela.

Para ver o sinal condicionado passado para o circuito do trigger aperte e segure o botãoTRIG VIEW.

PosiçãoO controle da posição horizontal estabelece o tempo entre o trigger e o centro da tela.

Declividade e NívelOs controles de declividade e nível ajudam a definir o trigger. A opção de declividade

(Apenas no tipo Edge) determina se o osciloscópio encontra o ponto de trigger na subida ou na

descida do sinal. O botão TRIGGER LEVEL determina em que ponto da declividade ocorre otrigger.



2.3- ADQUIRINDO SINAIS

Quando você adquire um sinal, o osciloscópio o digitaliza e mostra a forma de onda. O modode aquisição define como o sinal é digitalizado e os ajustes na base de tempo afeta a escala de tempoe nível de detalhes na aquisição.

2.3.1- MODOS DE AQUISIÇÃO

Há três modos de aquisição: Amostragem (Sample), Detecção de pico (PeakDetect) eMédia (Average).

• Amostragem (Sample) Nesta modalidade, o osciloscópio faz amostragem do sinal em intervalos iguais para

construir a forma de onda. Entretanto, esse modo não adquire variações rápidas no sinal que podemocorrer entre as amostragens.

• Detecção de Pico (Peak Detect) Nesta modalidade o osciloscópio acha os valores máximo e mínimo do sinal que entra dentrode cada intervalo de amostragem e usa esses valores para mostrar a forma de onda. Dessa forma oosciloscópio pode adquirir e mostrar picos estreitos.

• Média Nesta modalidade, o osciloscópio adquire várias formas de onda tira a média mostra a forma

de onda resultante. Você pode usar esse método para reduzir ruídos aleatórios.

2.4- BASE DE TEMPO

O osciloscópio digitaliza as formas de onda tomando o valor do sinal de entrada em pontosdiscretos. A base de tempo permite que você controle a frequência em que os valores sãodigitalizados.

Para ajustar a base de tempo da escala horizontal que se ajusta aos seus propósitos use o botão SEC/DIV.

2.5- AJUSTE DA ESCALA E POSIÇÃO DAS ONDAS

Você pode mudar o gráfico da forma de onda ajustando a escala e a posição. Quando se

muda a escala, o gráfico vai aumentar ou diminuir de tamanho. Quando se muda a posição o gráficose move para cima ou para baixo, para a esquerda ou para a direita. O indicador do canal (localizado



à direita do retículo) identifica cada forma de onda da tela. O indicador aponta para o nível dereferência fundamental da onda.

2.5.1- ESCALA VERTICAL E POSIÇÃO

Você pode mover a posição vertical da forma de onda para cima e para baixo. Para comparar

dados você pode sobrepor as formas de onda. Você pode mudar a escala vertical fazendo que ela secontraia ou expanda com relação ao nível de referência.

2.5.2- ESCALA HORIZONTAL E POSIÇÃO.

Você pode ajustar a posição horizontal para ver a forma de onda antes, depois ou ambos comrelação ao trigger Na realidade você estará mudando o tempo entre o trigger e o centro da tela.Você pode mudar a escala horizontal girando o botão SEC/DIV.

Dicas BASICAS para obtenção das medidas:

- Para que a figura fique num tamanho adequado, ajuste os botões de Volts/Div. E Sec/Div. Esteajuste pode ser realizado também pressionando o botão AUTORANGE ou o botão AUTOSET.

- Note que o valor da escala Volt/Div aparece na parte inferior esquerda da tela após CH1 einformações sobre a figura na parte inferior da tela.

- Para obter valores das medidas, pressione o botão Measure.

2.5.3 - MEDIDAS DE TENSÃO ALTERNADA.

Uma onda alternada é um sinal elétrico que varia no tempo e assume uma série de valores positivos, zeros e negativos. A Figura 5 mostra uma onda que alterna entre valores positivos enegativos durante sua passagem pelo zero, e que se repete em iguais intervalos de tempo sendo,

portanto, periódica. A onda senoidal é a mais comum e fundamental dentre as ondas alternadas, porque todos os demais tipos de ondas alternadas (quadrada, triangular, dente de serra, etc.) podemser decompostas em ondas senoidais.

Figura 5 - Onda Senoidal.



2.5.3.1- VALOR EFICAZ ou RMS PARA ONDA SENOIDAL

O valor eficaz ou RMS ("root mean square") de uma corrente senoidal corresponde ao valorde corrente alternada capaz de dissipar em um resistor R uma potência média equivalente à

potência dissipada por uma corrente sobre o mesmo resistor. Desta forma,

= ∫ ()0 (1)

Supondo que a onda da Figura 5 seja dada por: () = () (2) Seu valor eficaz é obtido da seguinte forma:

Isto é:

= → = √ ()

2.5.3.2- VALOR EFICAZ ou RMS PARA ONDA QUADRADA.

Para uma corrente em onda quadrada como na Figura 6 isto é, sem parte negativa, temos:

Figura 6- Onda quadrada

Logo,

é dado por:

= ( − 0)( − 0) (4)



De maneira similar o valor rms para uma tensão com forma de onda triangular é dada por:

= √ 3 (5)

3 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

PARTE A

1- Medir a tensão da pilha fornecida usando o osciloscópio e o multímetro digital. Compare osvalores medidos, assim como, às incertezas estimadas para cada equipamento. Realizar pelo menos5 medições afim de se obter um valor médio.

2- Utilizando o osciloscópio medir a tensão RMS (), a tensão pico a pico () e a tensão média(m) do gerador de sinal (ajuste para ONDA SENOIDAL, frequência = 100Hz e amplitude do sinal

para o seu valor máximo). Discutir os resultados obtidos.- Salvar a imagem da tela do osciloscópio em uma memória USB para colocá-la no relatório (oosciloscópio suporta apenas memórias com capacidade inferior a 2Gb).

3- Medir o valor da tensão RMS () da onda utilizada no item 2, utilizando o multímetro digital.Compare com o valor medido no item 2. Explicar o porquê caso os resultados sejamdiferentes.

4- Utilizando o osciloscópio medir a tensão RMS (VRMS), a tensão pico a pico (V pp) e a tensãomédia (Vm) do gerador de sinal (ajuste para ONDA QUADRADA, frequência = 100 Hz eamplitude do sinal para o seu valor máximo). Discutir os resultados obtidos.

5- Utilizando o osciloscópio medir a tensão RMS (VRMS), a tensão pico a pico (V pp) e a tensãomédia (Vm) do gerador de sinal (ajuste para ONDA TRIANGULAR, frequência = 100 Hz eamplitude do sinal para o seu valor máximo). Discutir os resultados obtidos.

PARTE B

1. MEDIDAS DE FREQUÊNCIAS E PERÍODOS:

1.1- Usando o gerador de funções, injete no canal CH1 uma onda senoidal de 200Hz com amplitudede 4Vpp. Caso a onda não esteja simétrica, ajuste-a utilizando o botão DADJ (a onda será simétricaquando este botão está indicando a posição vertical).

1.2- Meça e tabele as tensões pico a pico, de pico e eficaz, o período e a frequência da onda, todascom seus respectivos desvios.

1.3- Mude a frequência do gerador para 430Hz, depois para a frequência de 1350Hz. Observe se atensão de pico muda com a variação da frequência.

Relate esses valores com seus respectivos desvios.

2. ADIÇÃO E SUBTRAÇÃO DE SINAIS.

2.1- Retorne o gerador para onda senoidal para 200Hz e ajuste o ganho do gerador para obter 4Vpp.



2.2- Injete simultaneamente o mesmo sinal no canal CH1 e no canal CH2 e aperte o botão CH2MENU e então o botão AUTOSET. Você deverá ver agora duas senóides correspondentes ao CH1 eCH2.

2.3- Aperte o botão MATH MENU e escolha a operação (+) . Observe que em ESCALAVERTICAL você vê que a escala correspondente à soma que está na posição central é o dobro da

escala vertical de CH1 e CH2. Meça o valor de pico para cada uma das figuras.

Selecionando a operação diferença (−), a diferença entre as ondas será apresentada na parte centralcom a escala vertical o dobro das de CH1 e CH2.

Obs.: Apertando o botão MEASURE você poderá medir as características da onda.

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