Lab.04 Osciloscópio e Gerador de Funções

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1 Lab.04 Osciloscópio e Gerador de Funções OBJETIVOS Capacitar o aluno a utilizar o osciloscópio e o gerador de funções; Usar o osciloscópio para observar e medir formas de onda de tensão e de corrente. Introdução: TEORIA Figura 1 Painel Frontal do Osciloscópio O osciloscópio (Figura 1) é um instrumento de medição utilizado principalmente para observar formas de onda de tensão, através do ajuste de ganho vertical do sinal de entrada. A aplicação mais comum do osciloscópio é na observação de sinais alternados, muitos deles com forma bastante complexa. Os sinais alternados mais comuns são ondas senoidais, triangulares e quadradas (Figura 2). t t t (a) Onda quadrada (b) Onda triangular (c) Onda senoidal Figura 2 Tipos mais comuns de sinais alternados. 1

2 Os sinais senoidais (ou cossenoidais) possuem três características básicas: amplitude, freqüência e fase (Figuras 3 e 4). +K [v] K = amplitude [v] K 0 T = período [s] f = 1 = T t [s] frequência[hz] = K sen( 2 π f t) [v] Figura 3 Medição de amplitude e freqüência de um sinal senoidal. +K [v] 0 t [s] K T/4 φ = T = 1/f fase = defasagem [rad] T 360 = 2π T o φ = 90 4 o π = 2 = K sen( 2 π f t = K sen( 2 π f t φ) [v] π 2 ) [v] Figura 4 Medição de defasagem de um sinal senoidal. 2

3 Muitas vezes, tambémm é necessário visualizar no osciloscópio sinais DC, os quais aparecem na forma de níveis de tensão constante, também conhecidos como tensão de offset, conforme mostrado na Figura 6. Para medir esta tensão no osciloscópio, é necessário encontrar as tensões de pico e de pico-a-pico da onda AC (vide Figura 7). 3 Para se determinar o valor da tensão medida, deve-se contar o número de divisões (quadrados maiores) que compõem o traçado, e em seguida, multiplicar pelo valor indicado na posição da chave seletora de ganho vertical. O eixo horizontal do osciloscópio é denominado de eixo dos tempos porque através de suas divisões pode-se determinar o período de formas de onda alternada (o valor de cada divisão horizontal é dado pela chave seletora de base de tempo). Ajustando-se a base de tempo horizontal, consegue-se ajustar o intervalo de tempo de observação do sinal. Com a onda alternada projetada na tela, deve-se estabelecer um ponto na figura que será considerado com o início do ciclo, e posicionádivisões do eixo lo exatamente sobre uma das divisões do eixo horizontal. Com o início do ciclo posicionado, verifica-se o número de horizontal ocupado pelo ciclo completo. Conhecendo-se o tempo de cada divisão horizontal e o número de divisões horizontais ocupados por um ciclo da onda alternada, pode-se então determinar o seu período, e conseqüentemente a sua freqüência. Através do gerador de funções (Figura 5) é possível obter formas de onda periódicas (senoidal, triangular ou quadrada) com amplitude e freqüência determinadas. Estes sinais são úteis para aplicações em eletrônica como: clock de circuitos digitais, sinais de entrada de circuitos, teste de equipamentos, etc. Figura 5 Painel Frontal do Gerador de Funções

4 [v] V off = Tensão offset = nível DC +K+V off +K φ [rad] = 2 π t T -K+V off 0 t [s] K t V off T = 1/f = Voff + K sen( 2 π f t φ) [v] Figura 6 Definição da tensão de offset. [v] V pico+ K V pp V off V pico- 0 K t [s] V off = Tensão offset = nível DC [v] V pp = V pico+ V pico- = tensão de pico-a-pico [v] K = amplitude [v] Figura 7 Medição da amplitude e das Tensões de offset, de pico e de pico-a-pico. 4

5 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS: 1)Identificação dos Controles e Entradas do Osciloscópio Manual do Osciloscópio. 1) Identifique os controle e entradas do osciloscópio da Figura 8 listados abaixo: a. Chave liga-desliga. b. Controle de brilho. c. Controle de foco. d. Entrada(s) vertical(ais). e. Chave(s) de seleção do modo de entrada. f. Chave(s) seletora(s) de ganho vertical. g. Controle(s) de posição. h. Chave seletora da base de tempo. i. Ajuste fino da base de tempo. Figura 8 Painel Frontal do Osciloscópio Verifique no manual do osciloscópio. 5

6 2)Preparação do Osciloscópio para Uso 1) Posicione a chave seletora de base de tempo em 1 ms/div. 2) Coloque o controle de posição horizontal na metade do curso. 3) Selecione REDE (ou LINE) na chave seletora de sincronismo. 4) Selecione DUAL (ou CHOPPER) na seletora de modo vertical. 5) Posicione os controles verticais dos dois canais na metade do curso. 6) Ligue o osciloscópio e ajuste os controles de intensidade e de foco até obter um traço fino. 7) Movimente o controle de posição horizontal e observe o que acontece na tela. 8) Mude a posição da chave seletora de base de tempo no sentido anti-horário e observe o que acontece com o traço na tela. 9) Movimente o controle vertical do canal 1 e observe o que ocorre. 10) Movimente o controle vertical do canal 2 e observe a tela. 11) Passe a chave seletora de modo de operação vertical para CH1 e observe o que ocorre na tela. Obs.: Quando se seleciona CH1 ou CH2, o osciloscópio opera com traço simples (ou único). 3)Medição de Uma Tensão Contínua Ponta de Prova. Fonte Variável de Tensão Contínua. Multímetro. 1) Selecione AUTO na chave de fonte de sincronismo. 2) Posicione a chave de base de tempo para 1 ms/div. 3) Ajuste o traço no centro da tela (será a referência). 4) Conecte a ponta de prova em um dos canais (CH 1 ou CH 2) e posicione a chave CA-O-DC em DC, no canal selecionado. 5) Posicione a chave de ganho vertical em 0,5 V/div. 6) Ligue a fonte de tensão contínua ajustando-a para 5 V com o multímetro. 6

7 7) Conecte a ponta de prova do osciloscópio nos bornes de saída da fonte de modo que a garra de terra seja conectada ao borne de terra (0 V). 8) Faça a leitura da tensão no osciloscópio. Obs.: Vin = (n de divisões) (pos. da chave sel. de ganho vert.) (atenuação da ponta de prova) V = = V Obs.: dependendo do valor a se medir, existe uma posição da chave seletora de ganho vertical em que se torna mais fácil a leitura. Sempre que for realizar alguma leitura de tensão deve-se procurar colocar a chave seletora de ganho vertical em um valor mais alto e depois ir ajustando até que a leitura se torne mais fácil de realizar. Este cuidado é válido para todos os instrumentos sob risco de danificar o aparelho. 4)Medição de Uma Tensão Alternada Ponta de Prova. Gerador de Funções. 1) Selecione AUTO na chave de fonte de sincronismo. 2) Posicione a chave seletora de base de tempo em 5 ms/div. 3) Conecte a ponta de prova no canal selecionado. 4) Posicione a chave seletora de modo de entrada para a posição AC. 5) Passe a chave seletora de ganho vertical para 0,5 V/div. 6) Selecione CH1 ou CH2 (conforme o canal selecionado) na chave de sincronismo. 7) Ligue o gerador de sinais. 8) Conecte a ponta de prova aos bornes do gerador de sinais de modo que o terra da ponta de prova fique ligado ao terra do gerador. 9) Ajuste o gerador para fornecer uma onda senoidal, 60 Hz, 10 V de pico. 10) Determine a tensão de pico a pico (Vpp) e a tensão de pico (Vp) na tela. Vpp = V Vp = V 7

8 5)Determinação da Freqüência com o Osciloscópio Ponta de prova. Gerador de funções. 1) Posicione a chave seletora de ganho vertical em 0,5 V/div. 2) Posicione a chave de modo de sincronismo em CH 1. 3) Posicione a chave de modo de entrada em DC. 4) Conecte a ponta de prova do canal selecionado ao gerador de funções. 5) Ajuste no gerador de funções uma freqüência de 1 khz, senoidal. 6) Atue na chave seletora de base de tempo até conseguir o menor número possível de ciclos. 7) Atuando no controle horizontal, estabeleça um ponto que será considerado como início do ciclo da figura projetada na tela (o ponto deverá estar exatamente sobre a linha horizontal). 8) Conte quantas divisões horizontais ocupa um ciclo de forma de onda na tela. 9) Verifique qual a posição da chave seletora de base de tempo. 10) Calcule o período da onda projetada na tela: T = s. 11) Calcule a freqüência: f = Hz f = 1/T. 12) Ajuste as freqüências de acordo com a Tabela 1 pelo osciloscópio e confira com o mostrador do gerador de funções. Tabela 1 Medidas de Período e Freqüência Período (com Osciloscópio) Freqüência (com Osciloscópio) 800 Hz 25 khz 150 khz Freqüência (no gerador de Sinais) 6)Circuito Reativo 2 Pontas de Prova. Gerador de Funções. Resistor de 220 Ω. Capacitor de 680 nf. 8

9 1) Monte o circuito da Figura 9 no protoboard. Figura 9 Circuito Reativo 2) Meça a tensão total (V T ). 3) Meça a tensão sobre o resistor (V R ). 4) Estime a corrente I T pela medida de V R : I T = I R = V R /R. 5) Desenhe as formas de onda de V T e I T em um gráfico usando papel milimetrado (use o anexo, ou compre papel). Não se esqueça de mostrar nos gráficos os tempos e valores de pico. Obs.: um circuito reativo é aquele que possui um elemento armazenador de energia (uma reatância, ou seja, um capacitor ou um indutor). Em um circuito reativo, a corrente não estará em fase com a tensão, como no circuito resistivo. 1) Desligue todos os equipamentos. 2) Desconecte a ponta de prova. 3) Desconecte a tomada. Desligamento do Osciloscópio 9