Uso de osciloscópios

É o instrumento que permite a verificação da forma de onda de sinais elétricos assim como medir a tensão pico a pico (Vpp), a freqüência e fase destes sinais. A principal característica de um osciloscópio que se leva em consideração na hora de comprar é: a máxima freqüência que ele pode medir com precisão. Desta forma temos osciloscópios de 10, 20, 40, 60, 100 ou mais MHz. Veja abaixo dois exemplos de osciloscópio, um de 20 e outro de 60 MHz:

Este instrumento pode ser usado para verificar as formas de onda em televisores, aparelhos de som, CDs e DVD players, videocassetes, etc. É um grande auxiliar na pesquisa de determinados defeitos como em circuitos de croma e vídeo de televisores, calibração de CD player e várias outras. Porém seu preço é um grande problema na aquisição de tal ferramenta. Um osciloscópio novo custa a partir de R$ 700,00 e não é um aparelho tão usado como um multitester na bancada de consertos.
Classificação dos osciloscópios
Por tipo - Analógicos, cujas funções são controladas por chaves e potenciômetros e os digitais, controlados por teclas. Alguns têm saída para ligação no PC. Assim podemos guardar no computador as formas de ondas obtidas em determinados circuitos e também imprimi-las;
Por traço - Traço simples, com um único canal ou duplo traço com dois canais (CH1 e CH2) que permitem a verificação de dois sinais ao mesmo tempo e até sobrepor um ao outro. Atualmente é o tipo de osciloscópio que mais se encontra no mercado;
Por visor - TRC, usa um tubo de imagem redondo ou quadrado com fósforo verde que têm dentro dois pares de placas de deflexão (a deflexão do tubo de TV é magnética) e o LCD, que usa uma tela de cristal líquido. Estes últimos modelos são bem mais caros que os de TRC.
Quem pensa em adquirir um aparelho deste eu recomendo para aplicações em aparelhos de som, TV, CD e DVD um de pelo menos 10 MHz podendo ser de traço simples. Agora para outras aplicações depende das freqüências envolvidas.

CONTROLES DO OSCILOSCÓPIO

AJUSTE DA ONDA QUADRADA

MEDIDA E LEITURA DE TENSÃO

MEDIDA E LEITURA DE FREQÜÊNCIA

CONTROLES DE UM OSCILOSCÓPIO

Os osciloscópios têm vários ajustes, porém a quantidade varia de um modelo para o outro. Mas os ajustes básicos são os mesmos e para esta explicação usaremos um osciloscópio básico representado no desenho abaixo:

ON/OFF - FOCO - BRILHO

SELETOR DO CANAL

SELETOR DE ENTRADA AC/DC

ESCALAS DE TENSÃO

ESCALAS DE FREQÜÊNCIA (TIME)

POSICIONAMENTO DO SINAL NA TELA

TRIGGER

ON/OFF - FOCO - BRILHO

Liga e desliga o osciloscópio;

Também chamado de focus, deve tornar o traço mais fino e nítido possível. Veja a atuação dele abaixo:

Também chamado de bright, ajusta a luminosidade do traço na tela. Veja a atuação dele abaixo:

SELETOR DO CANAL

Esta chave permite selecionar qual o canal será visualizado na tela. Na posição A ou CH1 observaremos os sinal aplicado ao canal 1 do osciloscópio. Na posição B ou CH2 observaremos os sinal aplicado ao canal 2 do osciloscópio. Na posição DUAL podemos visualizar os sinais aplicados nos dois canais ao mesmo tempo. Na posição ADD podemos obter a soma dos dois sinais aplicados no osciloscópio. Veja abaixo:

SELETOR DE ENTRADA AC/DC

Seleciona o tipo de tensão a ser aplicada à entrada do osciloscópio. Na posição GND a entrada do canal fica desligada e aparece apenas um traço no meio da tela. Em AC podemos visualizar uma tensão alternada aplicada e em DC podemos visualizar uma tensão contínua ou um sinal que varie porém mantenha um eixo de CC como referência. Veja abaixo:

ESCALAS DE TENSÃO

Para cada canal do osciloscópio há uma chave seletora de tensão. A tensão é lida no eixo vertical da tela (Y). Veja o exemplo de uma chave de tensão abaixo:

Como vemos na figura, a escolha da escala de tensão funciona de forma semelhante à do multitester. Cada posição da chave indica o valor de cada divisão (1cm) para cima ou para baixo do eixo central. Observe que cada divisão possui 5 subdivisões. O valor máximo de tensão que o osciloscópio pode medir é indicado da seguinte forma: a maior escala multiplicada por 8 (número de divisões total) x10 (fator de redução máximo da ponta de prova). Exemplo: Se a maior escala do osciloscópio é de 5 V fica 5 x 8 x 10 = 400 V. Aqui vale a seguinte observação: Se não se sabe o valor da tensão do sinal que vai ser medida, comece com a maior escala e use o fator x10 da ponta de prova. Após vá abaixando a escala até se conseguir uma leitura precisa do valor. Se a tensão for muito maior que a escala pode danificar o osciloscópio. Veja alguns exemplos abaixo:

 ESCALAS DE FREQÜÊNCIA

No osciloscópio, a freqüência é lida no eixo horizontal (x). Porém não é a freqüência que vem indicada e sim o período do sinal. Freqüência é o número de vezes que um sinal muda de sentido (ciclo completo) por segundo. Período é o tempo necessário para o sinal completar um ciclo. Estas grandezas são inversamente proporcionais: F = 1/T. Por exemplo a freqüência da rede elétrica é 60 Hz e o seu período é: T = 1/60 = 0,016 s ou 16,6 ms. Veja abaixo o botão que seleciona o tempo para cada divisão no eixo horizontal:

Observe como a chave é divida em tempos de milissegundos (ms) para freqüências mais baixas e microssegundos (µs) para freqüências mais altas. Para facilitar, fazemos o seguinte: Quando a chave estiver em ms, dividimos o número 1.000 pela indicação para sabermos a freqüência e quando a chave estiver em µs, dividimos 1.000.000 pela indicação para sabermos a freqüência.
A escolha da escala de tempos do osciloscópio pode começar nos ms ou µs e ir girando a chave para um lado ou outro até obtermos uma boa visualização do sinal (dois ou três ciclos do mesmo). A seguir contamos quantas divisões (e subdivisões) ocupa um ciclo completo do sinal e multiplicamos pela escala que estiver a chave do tempo, obtendo um tempo T. Se a chave estiver em ms, fazemos 1.000/T e se a chave estiver em µs, fazemos 1.000.000/T e teremos a freqüência. Veja abaixo um exemplo:

POSICIONAMENTO DO SINAL NA TELA

O osciloscópio dispõe de dois controles para movimentar o sinal indicado na tela. Um deles movimenta para cima e para baixo, sendo útil para posicionar o sinal numa divisão inteira para a leitura da tensão. O outro movimenta para os lados, sendo útil para posicionar o o ciclo do sinal no início de uma divisão horizontal para a leitura do período e por conseqüência, da freqüência do mesmo. Veja abaixo:

TRIGGER (GATILHAMENTO)

O trigger ou gatilhamento é um sinal usado para sincronizar o osciloscópio de modo a mostrar a forma de onda estável na tela. O sinal de trigger pode ser aplicado por um cabo externo ou pode ser usado o próprio sinal a ser medido para sincronizar o osciloscópio. Normalmente há duas chaves no painel do osciloscópio que escolhe o tipo e a fonte de trigger para sincronizar a imagem. Veja abaixo:

Auto - O osciloscópio mostra o traço mesmo quando não há sinal aplicado no canal selecionado. Produz imagens estáveis quando o sinal aplicado varia entre 50 Hz e 20 MHz. Este modo é um dos mais usados;
Normal - Não aparece o traço na tela. Apenas acende a tela quando for aplicado o sinal a ser verificado. Este modo também oferece uma boa estabilidade para o sinal mostrado na tela;
H TV - Usa o sincronismo horizontal de TV para gatilhar a forma de onda mostrada na tela;
V TV - Usa o sincronismo vertical de TV para gatilhar a onda mostrada na tela;
A - Seleciona o próprio sinal aplicado no canal 1 (CH1) para o trigger. Deve ficar na mesma posição da chave que seleciona o canal do osciloscópio a ser usado para visualizar o sinal;
B - Seleciona o próprio sinal aplicado no canal 2 (CH2) para o trigger. Deve ficar na mesma posição da chave que seleciona o canal do osciloscópio a ser usado para visualizar o sinal;
EXT - Seleciona um sinal externo (extra) para o trigger;
Potenciômetro LEVEL - Ajusta o melhor ponto de sincronismo para imagem mostrada na tela. Ao girar todo para um lado a forma de onda começa no meio ciclo positivo e para o outro lado o meio ciclo negativo. Deve ficar na posição na qual a forma de onda mostrada na tela fique parada para uma correta leitura. Na maioria dos osciloscópios há outro potenciômetro para ajuste fino desta função.
Se o potenciômetro estiver desajustado ou a entrada do sinal trigger selecionada não for adequada ao sinal a ser mostrado, a imagem ficará "rolando" na tela, como visto abaixo:

AJUSTE DA ONDA QUADRADA

Na extremidade da ponteira que vai conectada na entrada do canal do osciloscópio há um trimmer que deve ser ajustado para apresentar imagens sem distorções. O ajuste é feito da seguinte forma: Encoste a ponteira no terminal de ajuste. Gire a chave de tensão e de time até aparecer uma onda quadrada na tela. Se esta onda estiver distorcida em cima e em baixo, gire o trimmer até a onda ficar perfeitamente quadrada. Veja abaixo:

MEDIDA E LEITURA DE TENSÃO COM O OSCILOSCÓPIO

Conforme já explicado, a leitura de tensão no osciloscópio é feita no eixo vertical (y). O procedimento para a medida de tensão basicamente é o seguinte:

a - Selecione o canal a ser usado (CH1 ou CH2). A ponteira deve estar ligada na entrada do canal escolhido;

b - Coloque a chave seletora em DC ou AC dependendo se a tensão a ser medida é contínua ou alternada;

c - Ligue o osciloscópio e ajuste o brilho e o foco para melhor visualização do traço;

d - Coloque a chave "time" na posição de ms (se a freqüência da tensão for até 1 KHz) ou em µs (se a freqüência for maior que 1 KHz). Esta chave pode ser ajustada depois para melhor visualização;

e - Coloque a chave seletora de entrada do trigger em CH1 ou CH2 de acordo com o canal selecionado;

f - Coloque a chave seletora do trigger em Normal (não aparecerá o traço até que o sinal a ser medido seja aplicado) ou H TV (aparece o traço mesmo quando não há sinal aplicado na ponta de prova);

g - Selecione a tensão V/cm: Divida a tensão a ser medida por 8 e coloque na escala mais próxima acima até a maior escala que normalmente é 5 . Por exemplo: Se for medir 6 V: 6/8 = 0,75; colocamos na escala de 1 V/cm. Podemos começar com a maior escala (5 V/cm) e ir reduzindo até chegar numa leitura mais precisa. A maior tensão a ser medida é 40 V. Para maiores (até 400 V) usamos o fator de redução (x10) da ponta de prova;

h - Coloque a ponta preta no terra do aparelho a ser medida a tensão. Pode ser usado o terra que sai da própria ponta viva do osciloscópio ou um fio separado ligado no terminal de terra do osciloscópio;

i - Coloque aponta viva no local onde vai ser medida a tensão. Assim que aparecer a forma de onda na tela, atue nos controles: time, V/cm, posição H e V até obter uma leitura mais precisa possível. Ajuste a posição V até colocar a forma de onda começando numa divisão maior  no eixo y para uma leitura mais fácil da tensão. Os procedimentos descritos acima podem variar um pouco de acordo com a marca e modelo do osciloscópio usado. Veja abaixo alguns exemplo de leitura de tensão com o osciloscópio:

  

MEDIDA E LEITURA DE FREQÜÊNCIA COM O OSCILOSCÓPIO

O procedimento para os ajustes são os mesmos explicados na medida de tensão. Porém a leitura da freqüência é diferente. O osciloscópio tem uma chave chamada "time" que indica os períodos dos sinais. Tempo necessário para ele completar um ciclo. Posicionamos a chave time de forma a aparecer um ou dois ciclos apenas do sinal. Contamos quantas divisões no eixo x um ciclo do sinal ocupa e multiplicamos pela escala que estiver a chave time obtendo um período T. Se a chave estiver em ms, fazemos 1.000/T e se estiver em µs fazemos 1.000.000/T para termos a freqüência em Hz. Veja alguns exemplos abaixo: