Baixe osciloscopio e outras Notas de estudo em PDF para Mecatrônica, somente na Docsity!
MEC – MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
CENTRO FEDERAL DE EDUCÃO TECNOLÓGICA DO PARANÁ
DEPARTAMENTO DE ELETRÔNICA
OSCILOSCÓPIO
1. INTRODUÇÃO
Muitos instrumentos de medição utilizados em Eletrônica e Telecomunicações, tais como o VOM, podem ser classificados como medidores quantitativos, já que, pela leitura na sua escala ou nos dígitos fornecem um valor correspondente à grandeza medida. O osciloscópio é um instrumento que além de uma medida quantitativa, apresenta também uma medida qualitativa da grandeza que está sendo objeto de análise. Na maioria dos casos o osciloscópio apresenta a variação de uma tensão em função do tempo. Por este motivo o osciloscópio torna-se um instrumento de grande versatilidade. Porém para aproveitar ao máximo desta versatilidade é necessário que se saiba usá-lo corretamente, conhecendo o seu funcionamento.
2. TRC - TUBO DE RAIOS CATÓDICOS
Um osciloscópio, na realidade, nada mais é do que um tubo de raios catódicos (TRC), acoplado a alguns circuitos.
O TRC é uma válvula eletrônica, portanto, um bulbo de vidro, dentro do qual existe vácuo relativo, e onde foram dispostos: um canhão eletrônico, quatro placas defletoras, uma camada de material fosforescente e um anodo coletor.
O canhão eletrônico é composto por um filamento, cátodo, grade de controle e algumas grades de convergência e aceleração. Sua função é emitir um feixe estreito de elétrons, com uma certa velocidade, em direção à tela. Pode-se controlar a intensidade deste feixe (número de elétrons por segundo) variando-se a tensão aplicada entre o cátodo e a grade de controle.
A parte frontal do TRC é revestido internamente por uma camada de material fosforescente que, ao ser atingido por um feixe de elétrons, emite luz naquele ponto. A intensidade desta luz é proporcional à intensidade do feixe de elétrons.
Normalmente o feixe emitido pelo canhão atinge a tela no centro, mas é possível fazermos o feixe incidir em outro ponto da tela. Esta é a função das placas defletoras; desviar a trajetória do feixe, sendo que as placas 1 e 2 (fig. 1) são chamadas de placas defletoras horizontais e as 3 e 4 de placas defletoras verticais. Se ligarmos uma tensão contínua nas placas 3 e 4 (fig. 1) com o positivo na placa 3 e o negativo na placa 4, a placa 3 atrairá o feixe de eletrons (cargas diferentes se atraem), já que ela é positiva e o feixe de elétrons é negativo, assim como a placa 4 repelirá o feixe (cargas iguais se repelem). Isto ocasionará uma mudança na direção do feixe, portanto o ponto luminoso será deslocado, neste caso, para cima. Dependendo das tensões aplicadas nas placas defletoras verticais e horizontais podemos deslocar o ponto luminoso para qualquer posição na tela.
Depois que os eletrons colidem com a camada fosforescente, eles são atraídos e coletados pelo ânodo coletor, já que este é polarizado positivamente em relação ao cátodo.
3.GERADOR DE VARREDURA
Na maioria dos casos o osciloscópio é utilizado para a análise de uma forma de onda, ou seja, a variação de uma tensão em função do tempo. Para que isto aconteça é necessário que o ponto luminoso se desloque na tela com uma velocidade constante no
Note que agora a velocidade não é mais constante, e sim, depende do tipo de
sinal que estamos aplicando. Analise atentamente a figura 4, onde está se aplicando nas placas uma onda senoidal.
Se ligarmos simultaneamente o sinal do gerador de varredura (dente de serra) nas placas defletoras horizontais, e um sinal senoidal de mesma frequencia nas placas defletoras verticais, obtemos na tela uma composição destes dois sinais, que sempre
reproduzirá a forma de onda do vertical. Analise a figura 5 ponto a ponto para compreender melhor este efeito.
Como a excursão do sinal no sentido vertical é proporcional à tensão aplicada em cada instante, podemos graduar a tela em uma escala de tensão.
Normalmente o sinal que temos nas pontas de prova não tem amplitude conveniente para ser aplicado diretamente às placas defletoras. Utiliza-se então um amplificador e um atenuador na entrada, provido de um seletor, apenas para adequar o sinal.
5. SINCRONISMO
TEN S ÃO N A S PLA CA S V ERTIC AIS
A V E LO C ID A D E N Ã O É C O N S TA N T E
F ig u ra 4
T E N S Ã O NA S P LA C A S V E R T IC A IS
(^1 2 3 4 5 6 7 8 )
T E N S Ã O N A S P L A C A S H O R I Z O N TA IS
t
t
1 , 1
2 ,
3 , 3 4 , 4
.^ 5 , 5 ..
.
.
1
3
2
4 5
F igu ra 5
Apresentamos uma sequência de figuras (fig 6, 7, 8 e 9) mostrando a necessidade e a maneira pela qual o sincronismo é obtido. Em todos os desenhos a primeira forma de onda é a que está presente na entrada VERTICAL, ou seja, nas placas defletoras verticais. A segunda forma de onda é proveniente da saída do gerador de varredura, ou seja, aplicada nas placas defletoras horizontais. Logo abaixo, a imagem que apareceu na tela em cada ciclo do gerador de varredura, e ao lado, a resultante que se observaria na tela do osciloscópio.
FIG. 6: Um sinal aplicado ao vertical e o gerador de varredura ajustado para a mesma frequência. A imagem na tela aparece estável porque a cada ciclo do gerador de varredura, o ponto luminoso descreve a sua trajetória sobre a trajetória anterior, ou seja, desenha uma imagem sobre a outra, dando a impressão que a imagem está parada.
H t
V
t
t
T
F ig ura 6
H t
F ig u ra 7
T
e sim, somente depois que o circuito de sincronismo der o comando, o que ocorrerá quando o sinal de entrada passar novamente pelo zero, subindo. Portanto, a imagem na tela será estável. Durante o tempo em que o gerador de varredura termina um ciclo e fica na espera do comando do sincronismo, o feixe fica parado no lado esquerdo da tela.
O controle de “NÍVEL de SINCRONISMO” (trigger level-niveau) serve para determinar o nível em que ocorrerá o disparo do gerador de varredura, isto é, em que nível de tensão começará o desenho da forma de onda.
O controle de (POLARIDADE de SINCRONISMO” (trigger slope) serve para determinar se o disparo do gerador de varredura ocorrerá durante a “subida” ou “descida” do sinal, ou seja, se o primeiro ciclo desenhado na tela, será positivo ou negativo.
O controle de “FONTE de SINCRONISMO” (trigger source) serve para selecionar o sinal que irá sincronizar a forma de onda. Pode ser interno, isto é a partir do próprio sinal injetado no vertical; rede, isto é, a partir da rede de energia elétrica (6OHz) ou externo, sendo que neste caso devemos injetar um sinal na entrada de sincronismo externo.
6. AMPLIFICADORES:
Como os sinais que se deseja medir, nem sempre tem uma amplitude adequada para as placas defletoras, há necessidade de amplificadores: HORIZONTAL e VERTICAL, e também um atenuador para adequar o sinal ao amplificador.
Em alguns casos e aplicações é necessário utilizar uma varredura externa no horizontal (figuras de Lissajous, curvas de transferência, etc.), então geralmente o osciloscópio possui uma chave seletora e uma entrada horizontal.
7. DIAGRAMA EM BLOCOS
AT E N U A D O R V E R T IC A L
A M P L IF IC A D O R V E R T IC A L
S IN C R O N IS M O G E R A D O R D E VA R R E D U R A
F O N T E
A M P L IF IC A D O R H O R IZ O N TA L
T R C
S IN C R 0N IS M O E X T E R N O
S IN C R O N IS M O IN T E R N O
R E D E
V
H
F ig u ra 1 0
8. FIGURAS DE LISSAJOUS
São usadas para medição de fase ou freqüência. Para sinais de mesma freqüência, são usadas para medição da diferença de fase entre estes sinais. Para sinais de freqüências diferentes são usadas para medir a relação de freqüência entre dois sinais.
A diferença de fase entre dois sinais, de mesma freqüência, pode ser calculada conforme mostrado na figura
Na figura 11-b são mostradas as diferenças de fase, para diversas razões de frequências, entre dois sinais.
Para fazer este tipo de medida, o osciloscópio é selecionado na posição XY (horizontal externo). Um dos sinais é aplicado na entrada horizontal e o outro na entrada vertical.
9. GATILHAMENTO DO SINAL DE SINCRONISMO (TRIGGER)
Um gatilhamento adequado é essencial para a perfeita operação de um osciloscópio. É possível definir 3 tipos de fonte para fazer o gatilhamento:
CH1 ou CH2: é usado o sinal de um destes canais para iniciar a varredura do sinal.
B A
s e n = B /A o n d e = â n g u lo d e fa s e
φ φ
F ig u ra 11
A ju s te d o te m p o d e H o ld o ff
F ig u ra 1 2
14. OBTENÇÃO DA CURVA CARACTERÍSTICA DO DIODO COM O OSCILOSCÓPIO
Normalmente usa-se o osciloscópio para observar a amplitude do sinal com o passar do tempo. Para isto, o sinal a ser visto é aplicado na entrada vertical, isto é, a amplitude do sinal é que provoca a varredura vertical. A varredura horizontal é uma rampa com inclinação constante. Isto pode ser visto na figura 13.
Para se obter a curva característica de um componente eletrônico, devem-se compor dois sinais, como por exemplo tensão e corrente sobre um diodo, tensão Vce e Ic de um transistor, etc.
A curva de um diodo pode ser obtida através do circuito mostrado na figura 14. Nesta figura a tensão sobre o diodo é aplicada na entrada horizontal. A corrente que passa pelo diodo é obtida indiretamente, através do resistor R, pois a forma de onda da corrente no diodo, é igual à forma de onda de tensão em cima do resistor R, e é aplicada na entrada vertical.
Para observar a curva característica, usamos o modo XY. Neste modo, é retirado o sinal de varredura horizontal, e na entrada horizontal (entrada x) é aplicada a forma de onda de tensão sobre o diodo. A forma de onda de corrente no diodo é aplicada na
DESENHOS ORIGINAIS: Prof. Joarez Vrubel NOVOS DESENHOS: Prof. Paulo Roberto Brero de Campos TEXTO: Profs. Roberto Wilhelm Bartnig e Carlos Ademar Purim
vertic a l (y)
ho rizo nta l (X )
Ve
V
H F IG URA 1 4
F IG UR A 1 5
H
V
entrada vertical.
Na figura 15, é mostrado o resultado da composição dos dois sinais. Devido ao fato que a referência (massa) é unica, o sinal obtido em cima do diodo é negativo. Desta maneira a curva característica obtida está invertida.
O sinal aplicado à entrada horizontal, no primeiro semi-ciclo é negativo. Isto provoca uma deflexão do feixe horizontalmente para a esquerda. Enquanto isto, o sinal aplicado à entrada vertical é positivo e provoca uma deflexão do feixe verticalmente para cima. O resultado é uma composição destes dois sinais, e é visto no segundo quadrante da curva, na figura 15.
No segundo semi-ciclo o sinal aplicado à entrada horizontal é positivo, provocando uma deflexão do feixe para a direita, no sentido horizontal. Enquanto isto a tensão aplicada na entrada vertical está com zero volts. Desta forma o feixe se deflexiona para a direita, no sentido horizontal. Isto é visto no primeiro quadrante da curva, na figura 15.
