osciloscópios analógicos - autenticação · 1 instituto superior tÉcnico universidade técnica...

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INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICOUniversidade Técnica de Lisboa

INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS

OsciloscOsciloscóópios Analpios Analóógicosgicos

2



OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogico

ÂnodoÂnodoCCáátodotodo

••

ÉÉ

um instrumento electrum instrumento electróónico baseado num tubo de nico baseado num tubo de raios catraios catóódicos (TRC)dicos (TRC)

••

Aquecendo o cAquecendo o cáátodo, e aplicando uma tensão entre o todo, e aplicando uma tensão entre o ccáátodo e o ânodo, formatodo e o ânodo, forma--se um feixe de electrõesse um feixe de electrões

••

Que projectados contra um alvo convertem a sua Que projectados contra um alvo convertem a sua energia cinenergia cinéética em energia luminosatica em energia luminosa

AlvoAlvo

3



+U+UDD

--UUDD

--UUDD

+U+UDD



••

Aplicando tensões de desvio a um conjunto de placas Aplicando tensões de desvio a um conjunto de placas

paralelas podeparalelas pode--se desviar o feixese desviar o feixe

••

Com dois sistemas ortogonais de placas (Com dois sistemas ortogonais de placas (uuxx

e e uuyy

) )

podepode--se levar a marca luminosa a qualquer ponto do se levar a marca luminosa a qualquer ponto do

alvoalvo

AlvoAlvo

4





••

Para se atingir a luminosidade são necessPara se atingir a luminosidade são necessáárias tensões (fixas) rias tensões (fixas) de acelerade aceleraçção elevadas da ordem dos kVão elevadas da ordem dos kV

••

Para não comprometer a sensibilidade ao desvio, estas Para não comprometer a sensibilidade ao desvio, estas tensões são aplicadas em duas etapas:tensões são aplicadas em duas etapas:

••

uma pruma préé--aceleraaceleraçção (centenas de volt)ão (centenas de volt)

••

e uma pe uma póóss--aceleraaceleraçção (alguns kV)ão (alguns kV)

AlvoAlvo

5





••

A regulaA regulaçção da intensidade luminosa fazão da intensidade luminosa faz--se por se por meio do meio do cilindro de cilindro de WehneltWehnelt

que actua como que actua como

uma grelha de comandouma grelha de comando

••

Pequenas tensões negativas permitem bloquear o Pequenas tensões negativas permitem bloquear o feixefeixe

AlvoAlvo

Cilindro de Cilindro de WehneltWehnelt

6





••

No canhão electrNo canhão electróónico existe um conjunto de elnico existe um conjunto de elééctrodos ctrodos que formam uma que formam uma ““lente electrostlente electrostááticatica””

((óóptica ptica

electrelectróónicanica))

••

Para assegurar a convergência das trajectPara assegurar a convergência das trajectóórias sobre o rias sobre o alvo numa pequena alvo numa pequena áárea que vai dar origem rea que vai dar origem àà

marca marca

luminosaluminosa

AlvoAlvo

Cilindro de Cilindro de WehneltWehnelt

ÓÓptica ptica electrelectróónicanica

7




VCR518 early 4" double beam CRTVCR518 early 4" double beam CRT

Blue Blue blueblue

phosphor (1940)phosphor (1940)DN 7DN 7--22

7cm CRT7cm CRT

Green phosphor screenGreen phosphor screen

Used in one of the first Philips oscilloscopes Used in one of the first Philips oscilloscopes

(1938).(1938).

HP Oscilloscope tube with storage screen.HP Oscilloscope tube with storage screen.

50835083--1972 3x 4" face.1972 3x 4" face. Tektronix 154Tektronix 154--08500850--0101

Advanced CRT from the 2445B Oscilloscope.Advanced CRT from the 2445B Oscilloscope.

http://members.chello.nl/h.dijkstra19/big/crt/VCR518-big.jpg

http://members.chello.nl/h.dijkstra19/big/crt/CV2431-big.jpg

http://members.chello.nl/h.dijkstra19/big/crt/HP-big.jpg

http://members.chello.nl/h.dijkstra19/big/crt/TEK 3-big.jpg

8




••

O modo de emprego mais frequente consiste O modo de emprego mais frequente consiste numa observanuma observaçção da evoluão da evoluçção duma tensãoão duma tensão

UUxx

com com o tempo.o tempo.

••

Para isso Para isso éé

necessnecessáário aplicar a tensão rio aplicar a tensão uuyy

ààs placas s placas de desvio vertical e uma tensão de desvio vertical e uma tensão uuxx

, directamente , directamente proporcional ao tempo proporcional ao tempo ààs placas de desvio s placas de desvio horizontal.horizontal.

9




( )y vu k t

x vu k t=

Se durante uma parte do perSe durante uma parte do perííodo de odo de uuxx

esta for esta for proporcional ao tempo,proporcional ao tempo,

a trajecta trajectóória relativa a esse intervalo representaria relativa a esse intervalo representa

10




••

VarrimentoVarrimento

((sweepsweep) ) ––

movimento da marca movimento da marca luminosa segundo o eixo horizontal, da esquerda luminosa segundo o eixo horizontal, da esquerda para a direita, com velocidade uniformepara a direita, com velocidade uniforme

••

RetrocessoRetrocesso

––

mover o feixe para o extremo mover o feixe para o extremo esquerdo do alvo com extinesquerdo do alvo com extinçção do feixeão do feixe

••

A tensão de varrimento A tensão de varrimento éé

gerada na gerada na base de base de tempo tempo do osciloscdo osciloscóópiopio

11




VarrimentoVarrimentoTempo activoTempo activo

RetrocessoRetrocesso

Tempo mortoTempo morto

Tensão de comando do cilindro de Tensão de comando do cilindro de WehneltWehnelt

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OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogicoCom Com uuxx

proporcional ao tempo (em parte do perproporcional ao tempo (em parte do perííodo),odo),

A tensão aplicada A tensão aplicada ààs placas de desvio horizontal s placas de desvio horizontal éé vulgarmente conhecida por vulgarmente conhecida por ““dente de serradente de serra””

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••

SSóó

fica visfica visíível o trovel o troçço da trajecto da trajectóória correspondente ria correspondente àà fase do varrimentofase do varrimento

••

Para que a trajectPara que a trajectóória se repita, o varrimento tem que ria se repita, o varrimento tem que se iniciar sempre no mesmo ponto de se iniciar sempre no mesmo ponto de uuyy

(t(t))

14



OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogico••

O sincronismo O sincronismo éé

assegurado pela prassegurado pela próópria tensão pria tensão uuyy

(t(t) )

[ou por outro sinal s[ou por outro sinal sííncrono com ncrono com uuyy

(t(t)])]

••

O sinal de sincronismo, ou O sinal de sincronismo, ou disparodisparo

((triggertrigger), ), éé gerado no disparadorgerado no disparador

••

Este sinal controla o inEste sinal controla o iníício do sinal dente de serracio do sinal dente de serra

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OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogico••

A tensão de varrimento tem que funcionar em A tensão de varrimento tem que funcionar em sincronismosincronismo

com a tensão a observarcom a tensão a observar

••

Não Não éé

obrigatobrigatóório que a tensão rio que a tensão uuyy

((tt) seja peri) seja perióódicadica

••

Tem que ser repetitivaTem que ser repetitiva

Imagem Imagem no alvono alvo

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--

memmemóóriaria

17



OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogicoCanal vertical

Canal horizontal

Base de tempo

Disparador

Entrada Y

Entrada X

Disparo int.

Disparo ext.W

V

H

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Canal verticalCanal vertical

••

A sensibilidade ao desvio dum TRC A sensibilidade ao desvio dum TRC éé

da ordem de da ordem de alguns mm/V da tensão de desvioalguns mm/V da tensão de desvio

••

ÉÉ

preciso amplificar as tensões a reproduzirpreciso amplificar as tensões a reproduzir

19




••

Para ajustar a sensibilidade aos diferentes Para ajustar a sensibilidade aos diferentes nnííveis de tensão veis de tensão uuyy

hháá

um atenuador calibradoum atenuador calibrado

••

ÉÉ

um divisor de tensão de alta impedância um divisor de tensão de alta impedância compensado (escalas 1compensado (escalas 1--22--5)5)

••

Existe tambExiste tambéém uma regulam uma regulaçção fina, contão fina, contíínua, nua, não calibradanão calibrada

20




••

Existe uma regulaExiste uma regulaçção de posião de posiçção que permite ão que permite deslocar a imagem no sentido verticaldeslocar a imagem no sentido vertical

••

Para verificar a posiPara verificar a posiçção correspondente a 0 V, pode ão correspondente a 0 V, pode ligarligar--se o canal de entrada ao comum electrse o canal de entrada ao comum electróónico nico

21




••

Para ver todo o sinal o comutador deve ser ligado Para ver todo o sinal o comutador deve ser ligado para a posipara a posiçção DCão DC

••

Para retirar a componente contPara retirar a componente contíínua do sinal o nua do sinal o comutador deve ser ligado para a posicomutador deve ser ligado para a posiçção ACão AC

22




••

Do canal vertical Do canal vertical éé

retirada uma tensão para utilizar retirada uma tensão para utilizar no disparo internono disparo interno

••

Para que no inPara que no iníício do varrimento se possa cio do varrimento se possa reproduzir o pormenor de reproduzir o pormenor de uuyy

responsresponsáável pelo vel pelo disparo disparo éé

preciso um elemento de atrasopreciso um elemento de atraso

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Canal vertical Canal vertical --

especificaespecificaççõesõesLargura de bandaLargura de banda

––

ponto em que a caracterponto em que a caracteríística stica

de amplitude cai 3dB do valor de amplitude cai 3dB do valor àà

frequência zerofrequência zero

A esta frequência um sinal no osciloscA esta frequência um sinal no osciloscóópio spio sóó

tem tem 70% da sua amplitude real70% da sua amplitude real

AtenAtençção aos sinais com mais componentes ão aos sinais com mais componentes espectrais.....espectrais.....

24




especificaespecificaççõesõesTempo de crescimentoTempo de crescimento

––

tempo de crescimento de tempo de crescimento de

um sinal rectangular de 10% a 90%um sinal rectangular de 10% a 90%

25




especificaespecificaççõesõesLargura de banda Largura de banda ––

ffcc

Tempo de crescimento Tempo de crescimento ––

ttcc

Na prNa práática temtica tem--se fse fcc

ttcc

≈≈0,350,35

fc

/MHz 1 30 500

tc

/ns 350 12 0,7

O valor 0,35 O valor 0,35 éé

caractercaracteríístico de um circuito com um pstico de um circuito com um póólolo

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especificaespecificaççõesões

SensibilidadeSensibilidade

––

factor de escala em V/cm da factor de escala em V/cm da reprodureproduçção sem atenuaão sem atenuaççãoão

PrecisãoPrecisão

––

calibracalibraçção do atenuador (2% a 5%)ão do atenuador (2% a 5%)

Impedância de entradaImpedância de entrada

––

paralelo de 1 Mparalelo de 1 MΩΩ

com com alguns alguns pFpF

Tipo de entradaTipo de entrada

––

simples (1 terminal ligado simples (1 terminal ligado àà massa) ou diferencial (2 terminais de entrada não massa) ou diferencial (2 terminais de entrada não

ligados ligados àà

massa)massa)

27




VisualizaVisualizaçção de mais de uma grandezaão de mais de uma grandeza

Tubo de Tubo de duploduplo--feixefeixe: duplica: duplicaçção do canal vertical, da ão do canal vertical, da óóptica electrptica electróónica, do cilindro de nica, do cilindro de WheneltWhenelt

––

solusoluçção ão

complexa e muito caracomplexa e muito cara

ComutaComutaçção electrão electróónica de um nica de um úúnico feixe de nico feixe de electrões:electrões:

Regime alternadoRegime alternado

Regime segmentadoRegime segmentado

28




VisualizaVisualizaçção de mais de uma grandezaão de mais de uma grandeza

••

Regime alternadoRegime alternado

––

consiste em comutar o canal vertical de consiste em comutar o canal vertical de

uma forma suma forma sííncrona com a base de tempo (ALT)ncrona com a base de tempo (ALT)

••

Durante um varrimento completo, Durante um varrimento completo, éé

reproduzida uma das reproduzida uma das

grandezas. No varrimento seguinte grandezas. No varrimento seguinte éé

reproduzida outra, e reproduzida outra, e

assim sucessivamenteassim sucessivamente

••

Se os tempos de varrimento forem curtos, esta alternância Se os tempos de varrimento forem curtos, esta alternância

não não éé

perceptperceptíível, senão por uma menor intensidade luminosavel, senão por uma menor intensidade luminosa

••

ÚÚtil para grandezas de variatil para grandezas de variaçção rão ráápidapida

••

Usar quando: Usar quando: Base de TempoBase de Tempo

< 0.5 < 0.5 msms//divdiv

29



Canal verticalCanal verticalVisualizaVisualizaçção de mais de uma grandezaão de mais de uma grandeza••

Regime segmentadoRegime segmentado

––

consiste em comutar o canal vertical consiste em comutar o canal vertical

de uma forma assde uma forma assííncrona por intervalos de alguns ncrona por intervalos de alguns μμs s sucessivamente por cada uma das grandezas a reproduzir sucessivamente por cada uma das grandezas a reproduzir (CHOP)(CHOP)

••

Durante cada varrimento completo, cada sinal Durante cada varrimento completo, cada sinal éé

reproduzido reproduzido por segmentos descontpor segmentos descontíínuosnuos

••

Se o nSe o núúmero de segmentos for muito elevado, não se mero de segmentos for muito elevado, não se conseguem ver as descontinuidadesconseguem ver as descontinuidades

••

Durante o intervalo de tempo em que se executa a comutaDurante o intervalo de tempo em que se executa a comutaçção ão entre os canais o feixe entre os canais o feixe éé

extintoextinto

••

ÚÚtil para grandezas de variatil para grandezas de variaçção lenta no tempoão lenta no tempo••

Usar quando: Usar quando: Base de TempoBase de Tempo

> 1 > 1 msms//divdiv

30




31



Atenuador de tensão compensadoAtenuador de tensão compensado

••

Divisor Divisor resistivoresistivo

simples simples éé

constituconstituíído por 2 resistênciasdo por 2 resistências••

Quando se liga o divisor a um circuito deve terQuando se liga o divisor a um circuito deve ter--se em se em conta a impedância de entrada desse circuitoconta a impedância de entrada desse circuito

••

Equivalente a um circuito RC paralelo:Equivalente a um circuito RC paralelo:R R --

valor muito elevado (valor muito elevado (≥≥

MMΩΩ))

C C --

alguns alguns pFpF

22 1

1 2

Ru uR R

=+

32




=+ + ω

22 1

1 2 1 2 2

RU UR R j R R C

A relaA relaçção entre ão entre uu11

e e uu22

depende da frequência.depende da frequência.

Incluindo um condensador CIncluindo um condensador C11

,,

( )+ ω

=+ + ω +

+

2 1 12 1

1 21 21 2

1 2

1

1

R j R CU UR RR R j C C

R R

33




( )+ ω

=+ + ω +

+

2 1 12 1

1 21 21 2

1 2

1

1

R j R CU UR RR R j C C

R R

ω→

⎛ ⎞= =⎜ ⎟ +⎝ ⎠

2 200

1 21

lim U R aR RU

∞ω→∞

⎛ ⎞= =⎜ ⎟ +⎝ ⎠

2 1

1 21

lim U C aC CU

0 1 1 2 2a a R C R C∞= ⇒ =2

2 11 2

RU UR R

=+

34




0 1 1 2 2a a R C R C∞ > ⇒ >

Como garantir a Como garantir a compensacompensaçção do divisor? ão do divisor?

HHáásobresobre--compensacompensaççãoão

35




0 1 1 2 2a a R C R C∞ < ⇒ <

HHáásubsub--compensacompensaççãoão

36




0 1 1 2 2a a R C R C∞= ⇒ =

O divisor estO divisor estáá compensadocompensado

Como obter esta situaComo obter esta situaçção?ão?

37



Sondas atenuadoras de tensãoSondas atenuadoras de tensão

0 1 1 2 2a a R C R C∞= ⇒ =

ÉÉ

um caso particular dos divisoresum caso particular dos divisores

Impedância equivalente de Impedância equivalente de entrada do instrumento de entrada do instrumento de

medidamedida

Sonda atenuadoraSonda atenuadora

A normalizaA normalizaçção das impedâncias de entrada permite o uso das ão das impedâncias de entrada permite o uso das mesmas sondas em diversos instrumentosmesmas sondas em diversos instrumentos

DeveDeve--se sempre verificar se a sonda estse sempre verificar se a sonda estáá

compensada compensada quando se muda de instrumentoquando se muda de instrumento

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Muitos osciloscMuitos osciloscóópios fornecem um sinal pios fornecem um sinal quadrado para calibraquadrado para calibraçção das sondasão das sondas

39




Ajuste de CAjuste de C11

40



Sondas de correnteSondas de corrente

41



Canal horizontalCanal horizontal

••

Normalmente, mais simples que o canal verticalNormalmente, mais simples que o canal vertical

••

Consiste num amplificador para a tensão de varrimentoConsiste num amplificador para a tensão de varrimento

••

Existe tambExiste tambéém a hipm a hipóótese de usar uma tensão externa tese de usar uma tensão externa para o varrimento (modo XY)para o varrimento (modo XY)

Entrada X Para as

placas de desvio

horizontal

Pré-Amplificador Amplificador

final

Atenuador

Posição

Tensão de varrimento(da base de tempo)

X ext.

X int.

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DisparadorDisparador

••

A tensão de sincronizaA tensão de sincronizaçção determina as transião determina as transiçções da ões da bbááscula de disparoscula de disparo

••

O comando de nO comando de níível permite regular o instante, no vel permite regular o instante, no perperííodo, em que ocorre o impulso de disparo, odo, em que ocorre o impulso de disparo, deslocando a tensão de sincronizadeslocando a tensão de sincronizaçção em relaão em relaçção ão ààs s tensões limiar da btensões limiar da báásculascula

43



DisparadorDisparador

••

As transiAs transiçções são diferenciadas gerando impulsos ões são diferenciadas gerando impulsos positivos de disparo da base de tempopositivos de disparo da base de tempo

••

O comando de inclinaO comando de inclinaçção permite escolher a ão permite escolher a vertente da tensão de vertente da tensão de sincronizasincronizaçção que ão que éé

aplicada aplicada

àà

bbááscula de disparoscula de disparo

44



DisparadorDisparador••

O sinal usado para gerar o disparo pode ser interno O sinal usado para gerar o disparo pode ser interno (INT):(INT):

CH1 ou CH2CH1 ou CH2

VERT MODE (o sinal que aparece no canal VERT MODE (o sinal que aparece no canal vertical) vertical) –– ideal para, no modo ALT representar ideal para, no modo ALT representar dois sinais de frequências diferentesdois sinais de frequências diferentes

••

Ou externo (EXT Ou externo (EXT ––

entrada especentrada especíífica) fica) ––

ideal para ideal para ligar ligar àà

sasaíída SYNC OUT de um GFda SYNC OUT de um GF

••

Ou ainda LINE (50 Hz)Ou ainda LINE (50 Hz)

45



Base de tempoBase de tempo

••

Gera a tensão em dente de serra para o varrimentoGera a tensão em dente de serra para o varrimento

••

E a tensão de comando para extinE a tensão de comando para extinçção do feixeão do feixe

46




••

A tensão em dente de serra para o varrimento A tensão em dente de serra para o varrimento éé

gerada gerada pelo integradorpelo integrador

••

No retrocesso, as condiNo retrocesso, as condiçções iniciais do integrador são ões iniciais do integrador são repostas, antes de se iniciar novo ciclorepostas, antes de se iniciar novo ciclo

+

Báscula de retrocesso

Impulsos de disparo

Báscula de comando Integrador Para o

canal horizontal

Manual

-1Estabilidade

Velocidade

extinção do feixe

47




activoactivo mortomorto

Regime disparado Regime disparado --

NORMNORM

O inO iníício do varrimento depende dos cio do varrimento depende dos impulsos de disparo (porque Uimpulsos de disparo (porque U00

<U<UII

))

48



t

t

t

+Ul

- Ul

espera


activoactivo mortomorto

Regime autRegime autóónomo nomo --

AUTOAUTO

O inO iníício do varrimento cio do varrimento éé

independente independente dos impulsos de disparo (porque Udos impulsos de disparo (porque U00

>U>UII

))

49



DisparoDisparo••

Por vezes Por vezes éé

necessnecessáário garantir um intervalo de rio garantir um intervalo de

tempo mtempo míínimo entre o fim de um varrimento e o nimo entre o fim de um varrimento e o prpróóximo disparoximo disparo

••

Para tal usaPara tal usa--se um comando do disparo designado se um comando do disparo designado por por holdoffholdoff

50




••

A base de tempo define quanto tempo leva a rampa A base de tempo define quanto tempo leva a rampa a provocar o desvio desde o extremo esquerdo do a provocar o desvio desde o extremo esquerdo do CRT ao extremo direitoCRT ao extremo direito

••

Escala 1Escala 1--22--55

••

Existe ainda uma regulaExiste ainda uma regulaçção fina, contão fina, contíínua, nua, não não calibradacalibrada

51



Modo XYModo XY

••

O modo XY pode ser usado para determinar a O modo XY pode ser usado para determinar a diferendiferençça de fase entre duas sinusa de fase entre duas sinusóóidesides

••

LigaLiga--se uma ao CH1 se uma ao CH1 ––

X e a outra ao CH2 X e a outra ao CH2 ––

Y Y

( )θ = =sin A CB D

52



Modo XYModo XY

••

E se uma das sinusE se uma das sinusóóides tiver uma frequência ides tiver uma frequência mmúúltipla da outra? ltipla da outra?

Figuras de Lissajous

Figuras de Lissajous

53



Modo XYModo XY

••

Como obter a caracterComo obter a caracteríística tensão corrente de stica tensão corrente de um dum dííodo?odo?

••

Circuito: R em sCircuito: R em séérie com drie com dííodoodo

••

CH1 mede queda de tensão na resistência CH1 mede queda de tensão na resistência (corrente no d(corrente no dííodo)odo)

••

CH2 mede queda de tensão no dCH2 mede queda de tensão no dííodoodo

••

Sinal a aplicar?Sinal a aplicar?

••

SinusSinusóóide ou triangular .... (ide ou triangular .... (f f ?)?)

54



OsciloscOsciloscóópios Digitaispios Digitais

55



OsciloscOsciloscóópio digitalpio digital

••

Em relaEm relaçção a um osciloscão a um osciloscóópio analpio analóógico, quais as gico, quais as

principais diferenprincipais diferençças?as?

Conversão AD do sinal de entradaConversão AD do sinal de entrada

Principio de funcionamento baseado em tPrincipio de funcionamento baseado em téécnicas cnicas

de amostragemde amostragem

56




••

Quais as principais Quais as principais vantagensvantagens??

Precisão de um sistema digitalPrecisão de um sistema digital

MemMemóória do dispositivoria do dispositivo

InformaInformaçção em formato digital para ão em formato digital para transmissão para outros dispositivostransmissão para outros dispositivos

Algoritmos numAlgoritmos numééricos para efectuar medidas ricos para efectuar medidas com os dados armazenadoscom os dados armazenados

57




••

Quais as principais Quais as principais desvantagensdesvantagens??

Não se observa o que acontece ao sinal entre Não se observa o que acontece ao sinal entre dois pontos adquiridosdois pontos adquiridos

Quantos pontos por perQuantos pontos por perííodo para um sinal de odo para um sinal de 10 MHz?10 MHz?

Este valor implica um ritmo de aquisiEste valor implica um ritmo de aquisiçção ão elevadoelevado

ResoluResoluçção do ADão do AD

58




••

O canal vertical O canal vertical éé

semelhante ao do osciloscsemelhante ao do osciloscóópio analpio analóógicogico

••

No conversor A/D o sinal analNo conversor A/D o sinal analóógico gico éé

digitalizadodigitalizado

••

O valor digital O valor digital éé

armazenado na memarmazenado na memóóriaria

••

Este processo Este processo éé

comandado pela base de tempo digital que comandado pela base de tempo digital que determina os instantes de amostragem e a duradetermina os instantes de amostragem e a duraçção da amostragemão da amostragem

Condicionamento canal vertical Conversor A/D Memória

Base de tempo

Entrada Visor

Processador / Controlador

59



OsciloscOsciloscóópio digitalpio digitalCondicionamento

canal vertical Conversor A/D Memória

Base de tempo

Entrada Visor

Processador / Controlador

••

Na memNa memóória fica armazenado um conjunto sucessivo de ria fica armazenado um conjunto sucessivo de amostras do sinalamostras do sinal

••

Num ciclo de leitura o conteNum ciclo de leitura o conteúúdo da memdo da memóória ria éé

enviado para o enviado para o visorvisor

••

O Processador/Controlador controla e sincroniza a O Processador/Controlador controla e sincroniza a temporizatemporizaçção da aquisião da aquisiçção e da visualizaão e da visualizaççãoão

60




••

Na memNa memóória fica armazenado um conjunto de ria fica armazenado um conjunto de

amostras do sinalamostras do sinal

••

O intervalo de amostragem e o perO intervalo de amostragem e o perííodo de odo de

amostragem são controlados pela base de tempo amostragem são controlados pela base de tempo

digital (controlada pelo utilizador)digital (controlada pelo utilizador)

••

A base de tempo estA base de tempo estáá

associada associada àà

frequência de frequência de

amostragemamostragem

61




••

A frequência mA frequência mááxima de amostragem (MS/s),xima de amostragem (MS/s),

o alcance seleccionado pelo utilizador (s/o alcance seleccionado pelo utilizador (s/divdiv))

e a dimensão da meme a dimensão da memóória estão relacionadosria estão relacionados

62



Base de tempoBase de tempoPor exemplo:Por exemplo:

ConsidereConsidere--se a aquisise a aquisiçção de ão de NN

= 1000 amostras, um visor com = 1000 amostras, um visor com 10 divisões (10 divisões (horizhoriz.) e uma (.) e uma (ffSS

))mmááxx

= 100 MS/s= 100 MS/s

1000 amostras / 10 1000 amostras / 10 divdiv

= 100 amostras / = 100 amostras / divdiv

Tempo de conversão Tempo de conversão TTAD AD = 1/ (= 1/ (ffSS

))mmááxx

= 10 = 10 nsns

Tempo total de Tempo total de aquisaquis. . TTAQUISIAQUISIÇÇÃO ÃO = = N N ××

TTAD AD = 10 = 10 μμss

10 10 μμs / 10 s / 10 divdiv

= 1 = 1 μμs/s/divdiv

Quando o utilizador, seleccionar 1 Quando o utilizador, seleccionar 1 μμs/s/divdiv, o oscilosc, o osciloscóópio executa pio executa 1000 aquisi1000 aquisiçções ões àà

frequência mfrequência mááxima de amostragem xima de amostragem

63



Base de tempoBase de tempo••

O nO núúmero de amostras mero de amostras éé

habitualmente fixo e depende habitualmente fixo e depende

da capacidade de memda capacidade de memóória do osciloscria do osciloscóópiopio

••

Assim, no exemplo anterior, se o utilizador Assim, no exemplo anterior, se o utilizador

seleccionasse 10 seleccionasse 10 μμs/s/divdiv, o oscilosc, o osciloscóópio executaria pio executaria àà mesma 1000 aquisimesma 1000 aquisiçções mas a um ritmo de 10MS/sões mas a um ritmo de 10MS/s

••

Esta limitaEsta limitaçção não se relaciona são não se relaciona sóó

com a capacidade de com a capacidade de

memmemóória mas tambria mas tambéém com a velocidade de aquisim com a velocidade de aquisiçção ão

mmááxima do conversor e com a capacidade de xima do conversor e com a capacidade de

representarepresentaçção no visorão no visor

64



Instante de DisparoInstante de Disparo••

ÉÉ

muito fmuito fáácil obter amostras correspondentes ao cil obter amostras correspondentes ao

sinal antes do instante de sinal antes do instante de triggertrigger

••

O sistema pode estar em aquisiO sistema pode estar em aquisiçção contão contíínua, nua, escrevendo os dados na memescrevendo os dados na memóóriaria

••

Quando chega ao fim da memQuando chega ao fim da memóória, escreve os ria, escreve os resultados partindo do inresultados partindo do iníício novamentecio novamente

65



TTéécnicas de amostragemcnicas de amostragemAmostragem em Amostragem em tempo realtempo real

••

ObtObtéémm--se amostras consecutivas com o ritmo da se amostras consecutivas com o ritmo da frequência de amostragemfrequência de amostragem

••

A reconstruA reconstruçção do sinal ão do sinal éé

directa. directa. As amostras estão espaAs amostras estão espaççadas com o mesmo adas com o mesmo intervalo e pela mesma ordem da amostragemintervalo e pela mesma ordem da amostragem

••

Não hNão háá

restrirestriçção ao sinal a analisarão ao sinal a analisar

66



TTéécnicas de amostragemcnicas de amostragemAmostragem em Amostragem em tempo real tempo real ((contcont.).)••

O sinal pode não ser periO sinal pode não ser perióódicodico

••

Tem que se garantir uma frequência de amostragem Tem que se garantir uma frequência de amostragem adequada adequada àà

visualizavisualizaçção dos detalhesão dos detalhes

••

Para um interpolador linear exigePara um interpolador linear exige--se uma frequência se uma frequência 10 vezes superior 10 vezes superior àà

frequência mfrequência mááxima do sinalxima do sinal

••

A condiA condiçção não ão não éé

a de a de NyquistNyquist. Porquê?. Porquê?••

Esta condiEsta condiçção limita a largura de banda do osciloscão limita a largura de banda do osciloscóópiopio

67



TTéécnicas de amostragemcnicas de amostragem••

No entanto, No entanto, éé

posspossíível aumentar a largura de vel aumentar a largura de

banda do osciloscbanda do osciloscóópio com tpio com téécnicas especiais de cnicas especiais de amostragemamostragem

••

Os sinais têm que ser periOs sinais têm que ser perióódicosdicos

••

São tSão téécnicas de amostragem em tempo cnicas de amostragem em tempo equivalente:equivalente:

amostragem amostragem sequencialsequencial

amostragem amostragem aleataleatóóriaria

68



TTéécnicas de amostragemcnicas de amostragemAmostragem Amostragem sequencialsequencial

••

Cada amostra Cada amostra éé

efectuada em diferentes perefectuada em diferentes perííodos odos do sinal de entradado sinal de entrada

••

Os instantes ocorrem no ponto de sincronismo Os instantes ocorrem no ponto de sincronismo ((triggertrigger) acrescido de um intervalo de tempo ) acrescido de um intervalo de tempo ΔΔtt

••

O intervalo O intervalo ΔΔtt

aumenta em cada sequênciaaumenta em cada sequência

SequentialSequential

SamplingSampling

69



TTéécnicas de amostragemcnicas de amostragem

Amostragem Amostragem sequencialsequencial

SSóó

permite analisar o sinal depois do permite analisar o sinal depois do triggertrigger

70




Amostragem Amostragem aleataleatóóriaria

••

Existe um relExiste um relóógio interno que define de um modo gio interno que define de um modo aleataleatóório os instantes de amostragemrio os instantes de amostragem

••

RegistaRegista--se o tempo decorrido entre o ponto de se o tempo decorrido entre o ponto de sincronismo e o instante de amostragemsincronismo e o instante de amostragem

••

Cada amostra tem um tempo associado que Cada amostra tem um tempo associado que éé relativo ao ponto de sincronismo (relativo ao ponto de sincronismo (triggertrigger))

RandomRandom

InterleavedInterleaved

SamplingSampling

(RIS) (RIS)

71




Amostragem Amostragem aleataleatóóriaria

72



TTéécnicas de amostragemcnicas de amostragem••

Na amostragens sequencial e aleatNa amostragens sequencial e aleatóória, a ria, a frequência mfrequência mááxima do sinal de entrada que pode xima do sinal de entrada que pode ser adquirido [largura de banda digital] ser adquirido [largura de banda digital] éé

determinada pela largura de banda do canal determinada pela largura de banda do canal vertical e não pela frequência de amostragemvertical e não pela frequência de amostragem

••

A amostragem sequencial A amostragem sequencial éé

preferpreferíível para sinais vel para sinais de alta frequência, permitido uma reconstrude alta frequência, permitido uma reconstruçção ão mais rmais ráápida do sinalpida do sinal

••

A amostragem aleatA amostragem aleatóória, permite o acesso ria, permite o acesso àà informainformaçção do sinal antes do ponto de sincronismoão do sinal antes do ponto de sincronismo

73



ReconstruReconstruçção de sinaisão de sinaisPodem ser usadas diferentes formas de Podem ser usadas diferentes formas de interpolainterpolaçção entre as amostras recolhidasão entre as amostras recolhidas

Sem interpolaSem interpolaççãoão

74



ReconstruReconstruçção de sinaisão de sinais

InterpolaInterpolaçção linearão linear

75



ReconstruReconstruçção de sinaisão de sinais

InterpolaInterpolaçção polinomialão polinomial

76



OsciloscOsciloscóópio digitalpio digital••

ÉÉ

posspossíível executar uma mvel executar uma méédia temporal entre mdia temporal entre múúltiplos ltiplos

conjuntos de amostrasconjuntos de amostras••

Assim, Assim, éé

posspossíível melhorar as condivel melhorar as condiçções de observaões de observaçção, ão,

sobretudo em sinais com rusobretudo em sinais com ruíídodo••

AveragingAveraging

••

Este mEste méétodo stodo sóó

pode ser usado com o pode ser usado com o triggertrigger

estestáável.vel.

77




Para alPara aléém do modo m do modo averagingaveraging, existe tamb, existe tambéém um m um modo de detecmodo de detecçção de picoão de pico

••

PeakPeak

detectdetect

78



MediMediççõesões••

ÉÉ

posspossíível executar diversas medidas:vel executar diversas medidas:

FrequênciaFrequênciaPerPerííodoodoTempos de crescimentoTempos de crescimentoFaseFaseDutyDuty--cyclecycleTensão mTensão méédiadiaTensão eficazTensão eficazTensão mTensão mááximaximaTensão mTensão míínimanimaTensão Tensão picopico--aa--picopico

79



CursoresCursores••

Existem tipicamente dois cursoresExistem tipicamente dois cursores

••

Estes podem ser configurados para mediEstes podem ser configurados para mediçções de ões de tensões ou tempotensões ou tempo

••

ÉÉ

posspossíível movimentar cada um dos cursores vel movimentar cada um dos cursores individualmente ou os dois em simultâneoindividualmente ou os dois em simultâneo

••

O osciloscO osciloscóópio indica os valores em que se pio indica os valores em que se encontram os cursores e tambencontram os cursores e tambéém as diferenm as diferençças as (por exemplo (por exemplo ΔΔV) e o seu inverso (1/V) e o seu inverso (1/ΔΔT)T)

80



OperaOperaçções matemões matemááticasticas••

ÉÉ

posspossíível executar algumas operavel executar algumas operaçções matemões matemááticas ticas

entre os diversos sinais:entre os diversos sinais:SomaSomaSubtracSubtracççãoãoMultiplicaMultiplicaççãoãoIntegraIntegraççãoãoDiferenciaDiferenciaççãoãoFFTFFT

••

Estas três Estas três úúltimas podem ser aplicadas directamente aos ltimas podem ser aplicadas directamente aos canais de entrada ou ao resultado 1+2, 1canais de entrada ou ao resultado 1+2, 1--2 ou 12 ou 1××22

81




Uma funcionalidade muito usada Uma funcionalidade muito usada éé

o o Auto Auto ScaleScale

ou ou

Auto Auto SetSet••

Como funciona?Como funciona?

••

O osciloscO osciloscóópio determina quais os canais de entrada com pio determina quais os canais de entrada com sinais de amplitude não desprezsinais de amplitude não desprezáávelvel

••

Selecciona qual a melhor fonte para o disparoSelecciona qual a melhor fonte para o disparo••

Selecciona quais as melhores escalas de amplitude dos Selecciona quais as melhores escalas de amplitude dos canais activoscanais activos

••

Selecciona qual a base de tempo mais adequada para a Selecciona qual a base de tempo mais adequada para a frequência do sinal de disparo frequência do sinal de disparo

82



Auto Auto ScaleScale••

Como Como éé

que o processador/controlador consegue que o processador/controlador consegue

modificar a base de tempo e as escalas de tensão de modificar a base de tempo e as escalas de tensão de entrada?entrada?

••

Para tal, os comandos existentes no painel frontal do Para tal, os comandos existentes no painel frontal do instrumento não podem corresponder a um comutador instrumento não podem corresponder a um comutador mecânicomecânico

••

Por exemplo o comutador da amplitude do canal Por exemplo o comutador da amplitude do canal éé controlado digitalmentecontrolado digitalmente

••

Estes comandos, mantêm o seu aspecto, para facilitar a Estes comandos, mantêm o seu aspecto, para facilitar a transitransiçção entre os osciloscão entre os osciloscóópios analpios analóógicos e os digitaisgicos e os digitais

83



MemMemóóriaria••

Os osciloscOs osciloscóópios digitais mais usados (mais pios digitais mais usados (mais baratos) têm uma capacidade de membaratos) têm uma capacidade de memóória de ria de 1000, 2000 ou 4000 pontos1000, 2000 ou 4000 pontos

••

Para representaPara representaçção num ecrã, este valor ão num ecrã, este valor éé

muito muito razorazoáávelvel

••

Existem osciloscExistem osciloscóópios mais caros, que têm pios mais caros, que têm capacidade de memcapacidade de memóória para 8M pontos!ria para 8M pontos!

••

Porquê?Porquê?••

Num ecrã normal não se conseguem distinguir Num ecrã normal não se conseguem distinguir tantas colunastantas colunas

••

Este PC tem 1400x1050 ....Este PC tem 1400x1050 ....

84



MemMemóóriaria

85



OsciloscOsciloscóópio digitalpio digitalExistem osciloscExistem osciloscóópios digitais que, alpios digitais que, aléém dos tm dos tíípicos 2 ou 4 picos 2 ou 4

canais analcanais analóógicos de entrada, têm ainda um conjunto de gicos de entrada, têm ainda um conjunto de canais digitais (16) de entradacanais digitais (16) de entrada

MixedMixed

SignalSignal

OscilloscopesOscilloscopes

((MSOsMSOs) )

86




Permitem a ligaPermitem a ligaçção a outros dispositivos ão a outros dispositivos

••

Transmissão de dados, controlo e sincronismoTransmissão de dados, controlo e sincronismo

••

A comunicaA comunicaçção pode ser por:ão pode ser por:

RS232RS232

GPIBGPIB

USBUSB

EthernetEthernet

Centronics (porta paralela)Centronics (porta paralela)

87



OsciloscOsciloscóópio digitalpio digitalAgilentAgilent

5460054600

88



OsciloscOsciloscóópio digitalpio digitalTektronixTektronix

TDS1000TDS1000

TDS2000TDS2000

89




90



OsciloscOsciloscóópio digital pio digital ––

TDS2014TDS2014EspecificaEspecificaççõesões

91





92





93




TDS2014TDS2014

94



TheThe

endend

95




TDS2014TDS2014

osciloscópios analógicos - autenticação · 1 instituto superior tÉcnico universidade técnica...

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