Suba o primeiro degrau com fé. Não é necessário que você veja toda a escada. Apenas dê o primeiro passo.

METROLOGIA - OSCILOSCÓPIO Suba o primeiro degrau com fé. Não é necessário que você veja toda a escada. Apenas dê o primeiro passo. Martin Luther King Imagem retirada de marinverso.blogspot.com acesso em 02/02/2014 as 14:00 Professor: Alexsander Michel dias Lima

METROLOGIA - OSCILOSCÓPIO SUMÁRIO O osciloscópio... 4 LIMITAÇÕES DOS MEDIDORES... 4 IMPORTÂNCIA DAS FORMAS DE ONDAS... 4 CARACTERÍSTICAS DAS FORMAS DE ONDA... 5 O QUE É UM OSCILOSCÓPIO... 8 TUBOS DE RAIOS CATÓDICOS... 8 FUNCIONAMENTO DO OSCILOSCÓPIO... 8 ELETROSTÁTICA... 9 FORÇAS EM UM CAMPO ELETROSTÁTICO... 9 DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA ELÉTRICA... 10 DISTRIBUIÇÃO DAS LINHAS DE FORÇA... 10 FORÇAS ELETROSTÁTICAS ENTRE PLACAS CIRCULARES E CILÍNDRICAS... 11 REFERÊNCIAS... 13 Professor: Alexsander Michel dias Lima

4 O osciloscópio O QUE VOCÊ VAI APRENDER O osciloscópio é um instrumento de prova capaz de mostrar as formas de onda de sinais senoidal e não senoidal. Você vai aprender como o osciloscópio fornece ao operador valiosas informações a respeito do circuito em estudo. Neste capítulo você verá que o osciloscópio pode ser usado para medir a tensão e a fase de um sinal verá também como funcionam os tubos de raios catódicos. LIMITAÇÕES DOS MEDIDORES Agora você já conhece o multímetro analógico e digital. Se Ihe pedissem para descrevê-los em poucas palavras, você poderia dizer que são instrumentos de medir a magnitude de certas grandezas elétricas. Isto seria uma boa descrição se você acrescentasse que essas grandezas são a tensão, a corrente e a resistência. Que informação você poderia obter através de um multímetro acerca de uma tensão que variasse como na figura abaixo? Talvez você responda que o aparelho mediria apenas a tensão. Seria uma boa resposta, contanto que você não especificasse o valor dessa tensão. Os multímetros eletrônicos são projetados e tem suas escalas calibradas para medirem tensão continua e alternada senoidal, correntes continua e resistência. Estes instrumentos não podem medir com precisão uma tensão não senoidal. Como o ponteiro, no caso do multímetro analógico, e o circuito conversor A/D, dos multímetros digitais, não são capazes de medir as rápidas variações das tensões não senoidal, a indicação do aparelho, se houver, será uma informação muito grosseira. IMPORTÂNCIA DAS FORMAS DE ONDAS Como qualquer tensão ou corrente podem ser descritas em termos de amplitude e tempo, podemos identificar e analisar qualquer sinal em termos desses dois elementos. Um gráfico da variação de amplitude de um sinal em função do tempo é chamado de forma de onda. Para a manutenção e reparo dos aparelhos eletrônicos, os técnicos precisam examinar as formas de onda nos diferentes circuitos. Para isto é necessário um instrumento que forneça uma representação precisa do sinal. Se a representação corresponde à amplitude e forma desejadas do sinal no ponto em que é feita a prova, o técnico pode concluir que o

circuito de onde veio este sinal está funcionando corretamente. Se a representação difere do sinal desejado, o tipo e grau da diferença podem ajudar a identificar a causa do defeito. 5 CARACTERÍSTICAS DAS FORMAS DE ONDA Todo circuito eletrônico é projetado para realizar uma função específica. A função determina os requisitos de entrada e saída do circuito. O sinal de entrada de um circuito é geralmente o sinal de saída do circuito ou estágio anterior. O sinal de saída é o sinal necessário para a entrada do' estágio seguinte. Os componentes dos circuitos são escolhidos e combinados de modo a transformarem o sinal de entrada no sinal de saída desejado. Um amplificado, por exemplo, recebe geralmente um pequeno sinal do estágio anterior e o transforma em um sinal de maior amplitude. Em outras palavras, o estágio amplifica o sinal. Muitas vezes desejamos saber se a transformação do sinal de entrada foi feita corretamente. Por exemplo: é importante saber se a forma de onda de um sinal varia quando ele passa por um circuito amplificador. Na figura acima o semiciclo positivo do sinal de entrada apareceu destorcido na saída (lembre-se que houve uma inversão de fase do sinal em 180 ). Pode se suspeitar de que o

amplificador ficou saturado e está limitando parte da onda. Assim, a causa mais provável do defeito é uma variação na polarização do transistor. Cada pulso da figura abaixo tem uma amplitude de 3,5 volts e urna largura de 1 milissegundos. O pulso se repete uma vez a cada 10 milissegundos. Como os pulsos se repetem de 0,01 em 0,01 segundo, a freqüência dos pulsos é 100 pulsos por segundo. 6 A senoide é uma forma de onda arredondada. Existem outras ondas cujas subidas e descidas são linhas retas. A forma de onda da figura acima é um exemplo. Outro exemplo é a onda dente de serra, representada na figura abaixo. Outra característica importante das formas de onda é a sua fase. Qual é a relação entre as amplitudes de duas formas de onda em um dado instante de tempo? Observe as características das formas de onda da ilustração abaixo. A forma de onda de cima (senoide) cresce de zero a 10 volts positivos durante os primeiros 90 (um quarto de ciclo). Durante o mesmo período de tempo a senoide de baixo diminui de 10 volts a zero. Em outras palavras, as duas ondas estão defasadas de 90.

A fase e outras características das formas de onda podem ser determinadas se representarmos a amplitude em função do tempo. Mesmo que dispuséssemos de um aparelho capaz de medir as variações das formas de onda, a visão humana é lenta demais as variações de amplitude. O homem não seria capaz de traçar um gráfico preciso. O osciloscópio faz isso eletronicamente. Ele apresenta uma representação visual de um gráfico da amplitude do sinal em função do tempo. 7 HORA DE REVISAR: P1. O que é que determina as exigências de entrada e saída de um circuito? P2. Quais são as características de um sinal representadas na forma de onda? P3. Como se chama a forma de onda constituída por segmentos de retas inclinados? P4. Para que os Técnicos de Eletrônica precisão de osciloscópio?

8 O QUE É UM OSCILOSCÓPIO O osciloscópio é um indicador: ele indica a formado sinal presente no ponto de prova. Alguns osciloscópios fornecem uma representação mais precisa do sinal do que outros: a diferença é meramente de projeto. Todos os osciloscópios funcionam de acordo com os mesmos princípios básicos. Se você aprender como funciona um osciloscópio e como operálo, poderá trabalhar facilmente com qualquer osciloscópio. Os osciloscópios mais comuns contêm um tubo de raios catódicos (CRT- "cathode ray tube") e um grupo de circuitos de controle. O CRT é que mostra a forma de onda (Existem também osciloscópios chamados de Digital que utilizam display de LCD). Os circuitos de controle fornecem um sinal ao CRT. A forma de onda a examinar chega aos circuitos de controle através de um conjunto de fios de prova. Para estudarmos um osciloscópio, temos que examinar o funcionamento do tubo de raios catódicos e dos circuitos de controle. Os fios de prova são apenas ligeiramente diferentes dos que você já conhece. Como os circuitos de controle são projetados em função do tubo de raios catódicos, vamos estudar primeiro este último elemento. TUBOS DE RAIOS CATÓDICOS O tubo de raios catódicos é um componente importante dos aparelhos de televisão, onde também é chamado de cinescópio ou tubo de imagem. O CRT funciona fazendo um Feixe controlável de elétrons varrer a superfície interna do tubo. O número de elétrons do feixe varia de acordo com os pontos claros e escuros da imagem captada pela câmara de televisão. A cor branca é produzida quando um grande número de elétrons atinge uma substância química que reveste a superfície interna do tubo. Os elétrons fazem esse revestimento emitir luz. A cor preta resulta da interrupção do feixe de elétrons e os tons de cinza aparecem quando um número médio de elétrons atinge a tela. A imagem é "pintada" na tela pelo fino feixe de elétrons que percorre a superfície do tubo muitas vezes por segundo. Este movimento é produzido por um campo magnético variável, gerado por um conjunto de bobinas que envolvem o pescoço do CRT. Para representar a imagem de uma forma de onda na tela do osciloscópio, usa-se um processo bastante parecido. O movimento do feixe de elétrons é controlado eletrostaticamente e o feixe traça na tela a forma de onda do sinal que está sendo examinado. Como no tubo de imagem da televisão, os elétrons fazem brilhar uma substância química que reveste a superfície interna do tubo. FUNCIONAMENTO DO OSCILOSCÓPIO

9 ELETROSTÁTICA Antes de estudarmos como funciona o CRT, vamos recapitular o que você já aprendeu sobre campos eletrostáticos. Como você se lembra, campo eletrostático é uma região em que atuam forças elétricas. Entre duas placas carregadas existe um campo eletrostático. Se uma das placas é negativa em relação à outra, o sentido da força elétrica é da placa negativa para a positiva (supondo-se uma carga de prova negativa). FORÇAS EM UM CAMPO ELETROSTÁTICO Na figura abaixo, as linhas elétricas de força vão da placa negativa para a positiva. Isto significa que um corpo negativamente carregado submetido ao campo se moveria para baixo (do negativo para o positivo). Um corpo positivamente carregado se moveria para cima (do positivo para o negativo). Cargas iguais se repelem, cargas opostas se atraem. Você se lembra de como se forma um campo eletrostático? Um campo eletrostático se forma quando carregamos duas placas através de uma fonte de tensão. Quando ligamos uma bateria de 6 Volts a um par de placas, como na acima, a bateria retira elétrons da placa inferior e os deposita na placa superior até que a diferença de potencial entre as placas seja igual à tensão da bateria, a placa com excesso de elétrons fica a um potencial negativo. A outra placa, que está com falta de elétrons, fica positiva. Como vemos no diagrama, existe uma força elétrica no campo eletrostático. Qualquer partícula colocada entre as placas (região em que existe o campo elétrico) será submetida a uma força elétrica.

10 Na figura acima vemos três elétrons submetidos a um campo eletrostático. Todos os três são atraídos pela placa positiva e repelidos pela placa negativa. A distância entre as placas está dividida em 10 unidades iguais; o elétron A está a uma distância de duas unidades da placa negativa; o elétron B está a uma distância de cinco unidades e o elétron C a uma distância de oito unidades. Entre as placas existe um campo elétrico uniforme. Isto significa que a força exercida sobre um elétron não depende da sua posição no interior do campo. Assim, os elétrons A, B e C estão submetidos à mesma força, embora a sua posição em relação às placas seja diferente. Como todos os elétrons são submetidos à mesma força, o tempo relativo de percurso de cada elétron depende da distância entre o elétron e a placa positiva. DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA ELÉTRICA A força eletrostática é representada convencionalmente por linhas tracejadas com uma seta que indica o sentido dessa força. Cada linha representa uma força individual? Se fosse assim, a trajetória de um elétron que penetrasse na região entre as placas movendose horizontalmente seria uma série de degraus, figura (A), representada abaixo. No entanto, sabemos que o elétron descreve uma trajetória curva, como na figura (B), abaixo. A força não existe em feixes discretos; ela é contínua e uniforme ao longo de todo o campo. Entretanto, é mais fácil descrever o campo em termos de linhas imaginárias. DISTRIBUIÇÃO DAS LINHAS DE FORÇA Até agora só examinamos o caso em que as linhas elétricas de força são retas paralelas. Isso não acontece sempre. No diagrama seguinte vemos que as linhas de força podem ser curvas. Lembre-se de que as linhas indicadas são apenas linhas representativas de um campo contínuo. As linhas entre as placas são paralelas. As linhas nas bordas das placas são encurvadas para fora (efeito de borda).

Um elétron em movimento em um campo elétrico tende a seguir a direção das linhas de força. O desvio do elétron da direção das linhas de força pende da velocidade do elétron e do potencial do campo elétrico. Um elétron rápido pode atravessar o campo quase sem modificar a sua trajetória. A trajetória de um elétron lento está mais sujeita aos efeitos do campo. Um campo intenso exerce maior influência sobre a trajetória elétrons do que um campo fraco. 11 FORÇAS ELETROSTÁTICAS ENTRE PLACAS CIRCULARES E CILÍNDRICAS No diagrama abaixo vemos o campo eletrostático entre duas placas circulares com furos centrais. Observe a curvatura das 1inhas de força na região entre os furos. Como sua trajetória é paralela às linhas de força, o elétron B segue diretamente o eixo (linha central) dos furos. A trajetória do elétron a é inicialmente paralela à do elétron B. Quando o elétron A penetra no campo, tende a seguir a direção das linhas de forças. Pouco antes de sair do campo, sua trajetória é encurvada ainda mais pelo efeito das linhas, de força. Imagine agora dois cilindros, um grande e um pequeno, ambos carregados a um potencial positivo. Suponha que o cilindro maior é mais positivo. A distribuição das linhas de força será a indicada na ilustração da figura abaixo. Um elétron no espaço a esquerda do cilindro menor será atraído pelas cargas positivas. Se o elétron está viajando ao longo do eixo do cilindro, não cruza nenhuma linha de força. Quando se aproxima do cilindro maior, mais positivo, sua velocidade aumenta,

12 mas a trajetória permanece inalterada. Um elétron que entra obliquamente no cilindro menor corta as linhas de força e é desviado na direção dessas linhas (trajetórias superiores e inferiores da figura). Ao se aproximar dó cilindro maior o elétron é acelerado por um potencial positivo maior com isto, o elétron passa pelo segundo cilindro com uma velocidade maior e, portanto sua trajetória é menos afetada pelas linhas de força do segundo cilindro. Se a diferença de potencial entre os cilindros for corretamente ajustada, os elétrons se reunirão a certa distância do segundo cilindro. Assim, o uso de dois cilindros com as características descritas acima constitui um meio apropriado de focalizar o feixe de elétrons. HORA DE REVISAR: P5. Uma forma de onda pode ser descrita em termos de suas dimensões vertical e horizontal. Quais são essas dimensões? P6. Um tubo de raios catódicos pode formar uma imagem em sua extremidade mais larga, ou tela. Como é formada essa imagem? P7. O osciloscópio é constituído por um tubo de raios catódicos e um conjunto de circuitos de controle. Qual é a função dos circuitos de controle? P8. Que é um campo eletrostático? P9. Um íon positivo é colocado, em um campo eletrostático. Em que direção se move o íon? P10. Que é que causa o campo eletrostático entre duas placas metálicas? P11. Um campo eletrostático é continuo ou consiste de linhas de forças discretas? P12. Um elétron em movimento tende a seguir a direção das Linhas de força ou uma direção perpendicular a Ela? P13. Por que as linhas de força nas bordas de um campo eletrostático são curvas? P14. O que ocorre com a velocidade do elétron quando se aproxima do cilindro maior? Por que isso acontece? P15. Qual a trajetória do elétron quando está se movendo entre o eixo dos dois cilindro? P16. Qual seria a trajetória do elétron se o cilindro menor estivesse carregado positivamente e o cilindro maior negativamente?

13 REFERÊNCIAS - Enciclópedia Record de Eletricidade e Eletrônica Volume 4 - Instrumentos de Prova Tradução Ronaldo Sergio de Biasi, Ph.D Editora Record Rio de Janeiro 1968 - Eletrônica Básica Van Valkenburger & Neville, INC 6 Volumes - Curso de Eletrônica Titulo Original Basic Eletronics - Tradutores Marcio Pugliesi e Noberto de Paula Lima - 4 volumes - Livraria e Editora LTDA São Paulo -1976 - Manual de Treinamento Sharp TV -Manual de Treinamento Gradiente TV / DVD