ELETRICIDADE BÁSICA ROTEIRO DA EXPERIÊNCIA 05 OSCILOSCÓPIO 1 Introdução O osciloscópio é basicamente um dispositivo de visualização gráfico que mostra sinais elétricos no tempo. O osciloscópio pode ser utilizado entre outras funções para : Determinar diretamente o período e a tensão de um sinal; Determinar indiretamente a freqüência de um sinal; Localizar avarias em um circuito; Medir a diferença de fase entre dois sinais periódicos; Como muitas grandezas físicas são medidas através de um sinal elétrico, o osciloscópio é um instrumento indispensável em qualquer tipo de laboratório, e em situações tão diversas como o diagnóstico médico, mecânica de automóveis, prospecção mineral, etc. O osciloscópio permite obter os valores instantâneos de sinais elétricos rápidos, a medição de tensões e correntes elétricas, e ainda freqüências e diferenças de fase de oscilações. Fig. 1 Painel Frontal do Osciloscópio. O monitor de um osciloscópio, mostrado na Fig. 01, é normalmente, um retângulo de 10cmx8cm, subdividido em quadrículos que permitem a leitura dos sinais visualizados. No modo X-Y os eixos vertical e horizontal representam só tensões,
enquanto que no modo Y-t a direção vertical representa tensões e a direção horizontal representa o tempo. As escalas de tensão e tempo são variáveis e controladas pelos seletores de amplificação e base de tempo. 2. Aspectos funcionais dos osciloscópios 2.1 - Circuito de Entrada Os sinais são aplicados ao osciloscópio através das entradas Y e TRIGGER EXT que apresentam uma resistência interna de entrada de 1 Mohm. Normalmente, os osciloscópios dispõem de duas entradas, mas também se encontram aparelhos com quatro entradas. Junto de cada entrada Y encontra-se o seletor do tipo de acoplamento ao módulo de amplificação com o qual se seleciona a escala do monitor. A Fig. 2 apresenta o esquema do circuito de entrada onde se pode ver o seletor de comutação entre os vários tipos de acoplamento. O comutador permite selecionar o tipo de acoplamento: AC, DC, ou GND. O amplificador de ganho variável controla a escala de monitorização dos sinais. O acoplamento pode ser : Fig. 2 - Esquema do circuito de entrada. DC (acoplamento contínuo) O sinal na entrada é aplicado diretamente ao circuito de amplificação. AC (acoplamento filtrado) - Só a componente variável no tempo do sinal é aplicada ao amplificador, a componente contínua é filtrada pelo capacitor C. GND - O sinal presente na entrada é curto-circuitado com a massa. Esta posição do comutador é usada sempre que se pretende ajustar o nível de tensão zero, também designado por linha de base. A Fig. 3 apresenta a visualização de um sinal V y nos modos AC, DC e GND, respectivamente.
2.2 - Seleção do modo de entrada Fig. 3 Sinal V y nos modos AC, DC e GND (GD). Este comutador (ou conjunto) permite selecionar o modo de amostragem dos vários canais de entrada do osciloscópio: CH1 - mostra apenas o canal 1 CH2 - mostra apenas o canal 2 ALT - mostra alternadamente varrimentos completos de cada um dos canais. Para que a alternância não seja perceptível o varrimento deve apresentar um período inferior a 1/n da persistência da retina do olho humano, onde n é o número de canais amostrados. Para dois canais, por exemplo, um período de 50 Hz é suficiente CHOP - a apresentação dos dois canais é efetuada num único varrimento completo do feixe de elétrons por partilha de tempo. A comutação efetua-se a elevada freqüência (100 khz) de forma a garantir que a distância entre traços consecutivos seja inferior ao diâmetro da mancha luminosa. Deste modo a seqüência de pequenos traços é percebida como uma linha contínua. No entanto, se a freqüência de varrimento for superior a 1 khz, pode observar-se um traço descontínuo. ADD - os sinais presentes nos canais 1 e 2 são somados e mostrados. 2.3 - Seleção do Modo de Funcionamento a) Modo X-T Neste modo de funcionamento observamos no monitor os sinais presentes nas entradas CH1 e/ou CH2 em função do tempo. b) Modo X-Y Neste modo de funcionamento observamos no monitor o sinal do canal CH1 em função do sinal do canal CH2. 3 - Medidas com o osciloscópio Pode-se realizar uma série de medidas com o osciloscópio. Algumas delas serão exploradas nesta seção.
3.1 - Período e Freqüência Se um sinal se repete no tempo, ele possui uma freqüência f, medida em Hz. Um sinal repetitivo também possui outro parâmetro, o período. O período (T) é o tempo que um determinado sinal repetitivo demora para completar um ciclo. Assim, freqüência e período são recíprocos. 3.2 - Tensão (Diferença de Potencial) Fig. 4 Medição de Período A tensão é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos de um circuito. Normalmente, um desses pontos pode ser a massa (terra, 0V) do circuito, mas nem sempre. Por exemplo, pode-se medir a tensão de pico a pico de um sinal (Vpp), que é a diferença entre o valor máximo e mínimo deste sinal. 3.3 - Diferença de Fase A diferença de fase entre duas formas de onda senoidais pode ser determinada por uma simples regra de três. Fig. 5 Medição de defasagem.
3.4 Realização Correta de uma Medida Quando utilizamos o osciloscópio para a medição simultânea de duas grandezas simultâneas (dois canais), devemos tomar cuidado com a conexão das referências (terras) das duas ponteiras. Internamente, o osciloscópio irá conectar as duas referências(garras pretas). Assim, deve-se sempre tomar o cuidado de se ligar os dois terras no mesmo ponto do circuito. Caso contrário, o osciloscópio irá conectar internamente dois pontos distintos do circuito. A Fig. 6 apresenta dois exemplos de ligação para exemplificar a ligação errônea e a correta. Fig. 15 Exemplos de Medição Errônea e Correta com o Osciloscópio. A questão do terra das ponteiras.
B - PARTE PRÁTICA Realizar a montagem dos circuitos mostrados na Fig. 16 e medir : Tensão de pico e pico a pico na carga; Corrente de pico e pico a pico na carga; Defasagem entre tensão e corrente na carga; Utilizar o gerador de funções Trio, que apresenta dois bornes de saída. Um deles com resistência interna de 50ohms e outro com resistência de 600ohms. Utilizar a saída de 50ohms. Utilize as seguintes freqüências para realizar as medidas : 60 Hz 300 Hz 1 khz 10 khz Utilize uma tensão de alimentação com amplitude de 5 V de pico. Fig. 16 Circuitos a serem montados REFERÊNCIAS [1] STOUT, MELVILLE Curso Básico de Medidas Elétricas, Vol. 1 e Vol. 2, Editora da USP. [2] ZBAN, P. Instrumentos e Medidas em Eletrônica, Mc Graw Hill do Brasil. [3] Bertulini, O. Princípio de Funcionamento do Osciloscópio, dez. 1996.