domingo, 27 de maio de 2012

Osciloscópio


Hoje estou "afim" (pois não estou quadrático... piada matemática muito sem graça essa) de falar de um instrumento muito útil, porém um pouco inacessível. O osciloscópio!!! Mas o que ele é? Esse é o assunto do post de hoje.

O osciloscópio é um instrumento que mede praticamente tudo. Ele permite você ver (literalmente) a forma de um sinal de tensão, calcular seu valor de pico, RMS, valor máximo, valor mínimo, a frequência, o período, o tempo de subida, o tempo de descida, e o mais importante, te permite ver o sinal. Vou falar como funciona, ou melhor, como se utiliza um osciloscópio analógico e o digital, este último que é muito mais fácil. ;)


O osciloscópio tem, em geral, duas entradas, chamadas de canais. Isso significa que ele pode mostrar duas formas de onda simultaneamente na sua tela. Essa tela é dividida em 8 divisões verticais e 10 divisões horizontais. Cada canal possui de forma independente um ajuste de escala chamado Volt/divisão (V/div). Se ajustarmos um canal para 2V/div, isso significa que cada divisão vertical corresponderá a 2V. Logo, como existem 8 divisões, a tensão máxima de pico a pico que pode ser mostrada nessa escala é de 16V. As escalas mais comuns são 5mV, 10mV, 20mV, 50mV, 100mV, 200mV 500mV, 1V, 2V e 5V.

Temos outro ajuste que serve para os dois canais, que é o tempo/divisão. Se ajustarmos ele para 1ms/div, significa que cada divisão corresponderá a 1 milisegundo. Como existem 10 divisões, estaremos visualizando na tela 10 milisegundos do sinal medido. Então, a menor frequência em que conseguimos ver o período completo na tela seria de 100Hz.

No osciloscópio analógico, além de termos que fazer todos os ajustes, nós precisamos calcular os dados que queremos. E saber isso é muito importante para usar todo o potencial do equipamento. Então, antes de ensinar a calcular alguns parâmetros, vamos observar mais uma coisa na tela do osciloscópio.


Veja que além das divisões que eu comentei, cada divisão possui 5 subdivisões. Se uma divisão possui 5 subdivisões, cada subdivisão vale 0,2 da divisão principal. Então, por exemplo, para calcular a tensão estando em uma escala U, fazemos:

 [;V=U*(divisaointeira+0,2.subdivisao);]

Ou seja, em uma escala de 5V, um sinal que ocupa 2 divisões inteiras e 3 subdivisões possui 13V de pico a pico.

As subdivisões também valem para as divisões horizontais, funcionando da mesma maneira. Ou seja, para calcular um determinado tempo, em uma escala T de tempo, fazemos o seguinte cálculo:

[;t=T*(divisaointeira+0,2.subdivisao);]

Neste caso, se estamos em uma escala de 0,5ms e uma forma de onda ocupa 4 divisões e 2 subdivisões, podemos calcular o tempo dessa onda em 2,2ms. E, para descobrir a frequência, fazemos o inverso desse valor, obtendo 454,5Hz.

Ao ajustar a onda na tela do osciloscópio, devemos fazer com que possamos visualizar ela toda, e que ocupe o máximo de espaço da tela. Quanto à tensão, uma tensão que fique muito pequena na tela dificulta a visualização, enquanto uma onda que ocupe um espaço maior que a tela impossibilita a visualização de toda a onda. Quanto à escala de tempo, uma onda que possua muitos períodos na tela dificultam a contagem do tempo, enquanto uma onda cujo período ocupa um espaço maior que a tela impossibilita a contagem do tempo. Com esse conhecimento, vamos tentar resolver alguns exercícios:


Vamos dizer que a onda de cima é o canal 1 e a onda de baixo é o canal 2. A escala de tensão do canal 1 é de 5V/div e a escala de tensão do canal 2 é de 2V/div, por exemplo. A escala de tempo, que é comum aos dois canais, é de 5ms/div.

Vamos contar quantas divisões há no canal 1. Não chega a ter 4 divisões, mas há mais do que 3,8. Então vamos assumir que existam 3,9 divisões. Multiplicando isso pela escala de tensão, que é de 5V, podemos dizer que, de pico-a-pico, este sinal possui 19,5V. Para o canal 2, também não chegamos a ter as 4 divisões, mas temos mais que 3,8. Vamos assumir, para essa também, que temos 3,9 divisões. Multiplicando pela escala de tensão do canal 2, que é 2V/div, temos que a tensão de pico-a -pico da forma de onda do canal 2 é de 7,8V.

Agora vamos contar o período das ondas. A escala de tempo é de 5ms/div. Contando as divisões correspondentes ao período do sinal do canal 1, obtemos um pouco mais que 1,6 divisões. Vamos assumir que sejam 1,7 divisões. Multiplicando pela escala de tempo, obtemos que o período da onda é de 8,5ms. Fazendo o inverso do período, descobrimos a frequência como sendo 117,6Hz.

Analisando o canal 2, contamos o período como correspondendo a 3,4 divisões. Multiplicando tal valor pela escala de tempo, que é de 5ms/div, obtemos o período da onda como sendo 17,5ms. Fazendo o inverso disso para obter a frequência, descobrimo-la como sendo 57,1Hz.

Já se tivéssemos um osciloscópio digital, não precisaríamos ficar contando divisões, pois ele informa na tela a tensão de pico, de pico-a-pico, RMS, a frequência, o período e mais outras informações. Mas temos que primeiro aprender a lidar com o analógico, para depois usar o digital, pois todos nós temos que sofrer um pouquinho. ;)

E por hoje era isso. Este post ensina o necessário para fazer medições com o osciloscópio digital, porém não ensina a lidar com o osciloscópio digital. Tal assunto deixarei para um post futuro. Enquanto isso, continuem estudando, se cuidem e até a próxima.

11 comentários:

  1. Respostas
    1. Que bom que ajudou. Estamos aqui para isso!

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  2. alguem poderia me ajudar com esse exercicio
    Desenhe na retícula abaixo a forma de onda que você espera encontrar na tela de um osciloscópio
    ao medir a tensão da rede elétrica de 110 VCA, com o amplificador vertical ajustado para 50 V/div e
    a varredura horizontal em 2 ms/div.

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    1. A amplitude irá ser um pouco mais de duas divisões na vertical. O período será de 8.3 divisões na horizontal.

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    2. Leonardo, boa tarde poderiam mandar desenhado essa questao, pois tenho essa questao identica para responder.

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    3. Bom dia Raphael

      Posso te encaminhar um e-mail com explicações dessa questão. Me peça no e-mail mr.dtft@gmail.com.

      Abraço.

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  3. quero fazer a mesma pergunta do alexandre .
    mas tem como mostra com imagem o desenhos

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  4. Bom dia
    Leonardo estou com a mesma dificuldade do nosso amigo francisco pois tenho um trabalho para entregar e na escola não dão nenhum suporte quanto ao trabalho será que você poderia nos ajudar?

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    1. Olá. Sim, poderia ajudar sim. Mande suas dúvidas para o e-mail mr.dtft@gmail.com que eu respondo se souber.

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    2. Oi,

      leonardo tudo bem ? queria tambem o desenho da pergunta do alexandre para um trabalho poderia me ajudar por favor ?

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  5. por favor, preciso de ajuda com a questão abaixo...

    1) Projete um circuito com amplificador operacional para se obter uma tensão de saída de -15V (negativo) sendo que sua tensão de entrada é de 3V (positivo).

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