Multímetro Digital Instrumento para medidas de grandezas elétricas em DC e AC (baixas frequências) Principais medidas: Tensão e corrente Resistência e continuidade Diodos e transistores Capacitância e indutância Frequência Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 1
Multímetro Digital Diagrama em blocos Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 2
Multímetro Digital Principais elementos: Conversor A/D de rampa dupla com decodifcador para display decimal (7 segmentos) Divisor de tensão ou corrente (atenuador) Retifcador de precisão Conversor Resistência/Tensão Conversor Capacitância/Tensão Conversor Indutância/Tensão Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 3
Multímetro Digital Seletor de Tensão R i n = R i =10 M Ω Seletor de Corrente V ADC =R i n I i n R in depende da escala selecionada Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 4
Multímetro Digital Medidas AC Sinais AC (tensão ou corrente) são inicialmente convertidos para DC através de um retificador de precisão (a) ou circuito gerador de RMS (b) a) b) -calibração para sinal senoidal -depende da forma de onda -medida true RMS -independe da forma de onda Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 5
Multímetro Digital Medida de Resistência Aplicação de uma corrente de teste constante Corrente de teste depende da escala selecionada Tensão máxima ~200 mv Medida de Diodos Valor lido corresponde à tensão de polarização do diodo Corrente de teste constante (~1 ma) Tensão máxima ~2 V Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 6
Multímetro Digital Medida de Capacitância Medida de Indutância Aplicação de uma tensão senoidal constante Conversor I/V e retificação Seleção da escala pelo Rf V o =Cx (V i ω Rf ) Aplicação de uma corrente senoidal constante Conversor I/V e retificação Seleção da escala pelo Rf V o = Lx (V i ω Rf ) Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 7
Osciloscópio Instrumento para análise de sinais no domínio do tempo Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 1
Aquisição do sinal por um conversor A/D Flash Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 2
Armazenagem do sinal digitalizado: O resultado da conversão A/D é transferido para uma memória binária rápida SRAM Os dados são processador e enviados ao display Dois tipos de amostragem: Em tempo real Em tempo equivalente Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 3
Amostragem em Tempo Real O conversor A/D amostra o sinal de entrada e o converte para a forma digital em intervalos de tempo precisos defnidos pela freqüência de amostragem f s. A amostragem é realizada até que toda a memória seja preenchida. Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 4
Peculiaridades da técnica de amostragem Pre-trigger Sub-Amostragem ou Aliasing Amostragem em Tempo Equivalente (sobreamostragem) Interpolação Temporal Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 5
Sub-Amostragem ou Aliasing Quando a freqüência de amostragem do conversor A/D não respeita o critério de Nyquist (é inferior ao dobro da máxima freqüência do sinal f s < 2f max ), ocorre uma espécie de batimento entre as duas freqüências, fenômeno conhecido como aliasing. O sinal visualizado não corresponde ao original e possui uma freqüência f igual a: sendo f a freqüência do sinal original; i inteiro 1 f ' = f i. f s Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 8
Aliasing f f S f i=1 i=2 i=3 i=4... f ' = f i. f s f s /2 f s 3f s /2 5f s /2 7f s /2 9f s /2... f Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 9
Aliasing i=1 i=2 21 Hz Signal with 20 Hz Sampling 39 Hz Signal with 20 Hz Sampling 1.1 1.1 0.55 0.55 sig nal (V ) 0 200 400 600 800 1000 sig nal (V ) 0 200 400 600 800 1000 0.55 0.55 1.1 time (ms) i=1 1.1 i=2 i=3 i=4... time (ms) f s /2 f s 3f s /2 5f s /2 7f s /2 9f s /2... f Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 10
Amostragem em Tempo Equivalente Quando o sinal amostrado é repetitivo, pode-se usar um recurso de sobre-amostragem que permite aumentar o número de pontos horizontais (melhor resolução) pela composição de várias varreduras horizontais. Cada seqüência de amostagens é efetuada com a máxima velocidade do conversor. A visualização fnal é o resultado da sobreposição das várias seqüências de amostragem Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 11
Amostragem em Tempo Equivalente Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 12
Amostragem em Tempo Equivalente A reconstrução do sinal a partir da superposição das diversas seqüências exige o conhecimento preciso do tempo entre o disparo (trigger) e cada uma das amostras (t 1, t 2, t 3...). Isto é possível com o uso de interpoladores temporais. O intervalo de tempo entre o disparo e a primeira amostragem das várias seqüências (t 1, t 2, t 3...) pode variar de forma seqüencial ou aleatória. Pode-se amostrar sinais com f max >fs/2 Este recurso não funciona com sinais não repetitivos. Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 13
Interpolação Temporal O sinal de entrada que defne o sincronismo (trigger) não é correlato com a freqüência de amostragem do conversor O jitter temporal associado a esse processo é igual ao tempo de amostragem (1/f S ), o que aumentaria signifcativamente o erro de amostragem e o tempo de subida/descida aparente de sinais rápidos. Para aumentar a resolução temporal além daquela defnida pela freqüência de amostragem (1/f S ), utiliza-se uma técnica de interpolação linear baseada numa linha de atraso associada à uma memória acionada pelo trigger Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 14
Interpolação Temporal a linha de atraso pode ser digital: portas lógicas associadas em cascata a resolução temporal fnal depende do número de portas e do atraso de cada uma delas O atraso entre o clock e o trigger fca armazenado na memória após cada aquisição e é usado para corrigir a posição horizontal do sinal A freqüência de amostragem em tempo equivalente pode chegar até n.f S com este método obtém-se resolução temporal da ordem de ps. Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 15
Interpolação Temporal Interpolação Temporal clock trigger D1 D2 D3... Dn Latch Q1 Q2 Q3... Qn clock D1 D2 D3... Dn trigger delay Latch: Q1=1 Q2=1 Q3=0... Qn=0 Delay resolução temporal: 1/(n.f S ) Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 16
Interpolação Gráfica Interpolação Gráfca Adiciona amostras intermediárias calculadas a partir das amostras reais Melhora a visualização dos dados na tela Equivale a uma sobre-amostragem Dois tipos principais: Linear: as amostras são ligadas grafcamente por segmentos de reta Sinc: as amostras são ligadas grafcamente pela função Sen(x)/x Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 18
Interpolação Gráfica Linear: Mais simples e rápida Menor qualidade Sen(x)/x: Mais complexa e lenta Maior qualidade Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 19
Medições Automáticas Um conjunto de medidas temporais (período, freqüência, largura de pulso, etc.) e de amplitude (valor médio, RMS, pico, etc.) podem ser efetuadas automaticamente a partir de funções pré-defnidas no sistema operacional do osciloscópio. Além disso é possível efetuar processamento matemático das formas de onda amostradas, como operações aritméticas básicas (+, -, *, /), integral, diferencial, análises estatísticas, etc. Prof. Marlio Bonfim Instrumentação Eletrônica 20