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7-10 TÉCNICAS E APLICAÇÕES
Osciloscópio: equipamento bastante versátil.
Limitações depende fundamentalmente do usuário.
7.10.1 Medições de Frequência
Osciloscópio: não é um medidor preciso de frequência. Usado para
estimar o valor da frequência ou quando a forma de onda for tão
complexa que um frequencímetro não opera de forma confiável.
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7.10.2 Medição de Ângulo de Fase e Tempo de Atraso
• O osciloscópio é o instrumento mais indicado para
medições de tempo e ângulo de fase.
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7.10.2 Determinação das Características de Modulação
Percentagem de Modulação = [(A-B)/(A+B)] x
100%
A: amplitude máxima B: amplitude mínima
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TIPOS DE OSCILOSCÓPIOS
• Bancada
• Portáteis
• Baseados em PC
Placas conectadas no próprio PC ou um
módulo de aquisição de dados (USB, RS-
232, GPIB ou Ethernet)
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TIPOS DE INSTRUMENTOS
• Instrumento de medição analógico: o sinal de
saída ou indicação é uma função contínua do
valor do mensurando ou do sinal de entrada.
• Instrumento de medição digital: apresenta o sinal
de saída ou indicação sob a forma digital
(numérica).
• Distinção clara: tipo de indicação e princípio de
funcionamento de um instrumento.
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OSCILOSCÓPIOS ANALÓGICOS E DE AMOSTRAGEM
• Os osciloscópios analógicos eram preferidos
quando era necessário visualizar sinais com
variações muito rápidas em tempo real.
• Atualmente, estão praticamente obsoletos, só se
justificando quando o baixo custo é um requisito
fundamental.
• Modelos que combinam as duas funcionalidades:
combiscopes.
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Vantagens dos osciloscópios digitais:
1. Armazenamento e posterior vizualização
das formas de onda (transitórios);
2. Possibilitam processar a informação
digital do sinal ou enviar dados para um
computador.
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PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO
OSCILOSCÓPIO DE AMOSTRAGEM
• Seguidamente, um conversor AD recolhe um conjunto
de amostras (samples) do sinal e converte seus valores
de tensão para uma palavra de código digital.
• O sistema horizontal possui um clock que determina a
frequência com que o conversor AD adquire e
converte as amostras do sinal (frequência de
amostragem).
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As amostras são armazenadas em memória como pontos
constituintes da forma de onda do sinal. Normalmente uma
amostra é constituída por 8 bits (256 níveis de tensão), 10
bits (1024 níveis de tensão) ou 11 bits (2048 níveis).
O conjunto de amostras que representa uma forma de onda
é denominada de registro.
O sistema de sincronismo e a base de tempo determinam o
início e o fim deste registro, resultando num comprimento
deste registro (record length). Depois deste registro ser
armazenado em memória, é enviado para a tela.
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2.5 CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DOS
OSCILOSCÓPIOS ANALÓGICOS E DIGITAIS
• Escolha: utilização x custo/benefício.
• Largura de Banda (Bandwidth): Talvez a característica
mais importante. Faixas de 20/30 MHz a 30 GHz.
• Tempo de subida: é uma medida mais adequada do
desempenho para medição de impulsos e degraus. Valores
típicos: dezenas de ns até centenas de ps.
• Número de Canais: 2, 4 ou 8 canais.
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2.5 CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DOS
OSCILOSCÓPIOS ANALÓGICOS E DE AMOSTRAGEM
Sensibilidade Vertical (Vertical Sensitivity): mV/Div.
Valores típicos: 1-2 mV/Div a 5V/Div (até 2-100 V/Div).
Exatidão do Sistema Vertical (Gain or Vertical Accuracy):
Incerteza relativa: 1-3%.
Exatidão do Sistema Horizontal (Time Base or Horizontal
Accuracy): Incerteza relativa: 2-3% (baixa largura de
banda), 0,001% (alta largura de banda).
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Frequência de Amostragem (Sample Rate)
• Indica quantas amostras são adquiridas por
segundo. Expressa em MS/s ou GS/s.
• Quanto maior a frequência máxima de amostragem
de um osciloscópio, maior a exatidão com que ele
representa os detalhes de um sinal com variações
rápidas.
• A frequência mínima de amostragem é importante
quando se precisa medir sinais lentos, durante
longos períodos de tempo.
• A frequência de amostragem muda quando se
ajusta o comando Time/Div.
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Frequência de Amostragem (Sample Rate)
• Teorema de Nyquist: para reconstruir um
sinal este deve ser amostrado a uma
frequência pelo menos 2 vezes maior que o
componente de maior frequência do sinal.
• Na prática, a frequência de amostragem deve
ser pelo menos 5 vezes superior à maior
componente de frequência do sinal em
análise.
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Resolução Vertical (Vertical or ADC Resolution)
• Representa a resolução, em bits, do conversor A/D
definindo a qualidade com que os sinais analógicos
são convertidos para valores digitais.
• O valor dessa grandeza influencia a exatidão na
medição de tensão.
• Valores típicos: 8 a 11 bits (256 a 2048 níveis
distintos de tensão).
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Comprimento do Registro (Record Length)
• Indica quantas amostras do sinal são armazenadas
pelo osciloscópio para se formar uma dada imagem.
• O comprimento máximo do registro depende da
memória do osciloscópio.
• Compromisso entre detalhe e comprimento do
registro: mais amostras durante um pequeno período
de tempo ou menos amostras durante período mais
longo.
• Alguns osciloscópios: permitem a atualização de sua
memória.
• Valores típicos: alguns kb a dezenas de Mb.
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TELA DO OSCILOSCÓPIO
• Avanço tecnológico das telas (ecrãs,
displays).
• Dimensão (mm ou polegadas), Resolução
(pixels), Suporte de cores.
• Exemplo: telas policromáticas de 10,4
polegadas (26,4 cm), resolução de 800 x 600
pixels.
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CONECTIVIDADE
• Osciloscópios de amostragem: maior
capacidade de comunicação.
• Interfaces mais comuns: RS-232,
GPIB, USB, Ethernet (100 Mb/s e 1
Gb/s).
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BW = 100 MHz (TDS 220)
Taxa de amostragem: 1 GS/s
Extensão do registro: 2500 pontos
Cursores com leitura e cinco medidas automatizadas
Display de LCD de alto contraste e alta resolução
com compensação de temperatura
Configuração e armazenamento de forma de onda
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Autoset para configuração rápida.
Pode medir o valor médio e de pico de um sinal.
Base de tempo dual.
Capacidade de trigger de vídeo.
Portas de comunicação: Centronics, GPIB e RS-232.
Display com persistência variável.
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TIPOS DE OSCILOSCÓPIOS
• Instrumentos reais: incorporam num só
equipamento todos os blocos da cadeia de
instrumentação e controle necessários ao seu
funcionamento, desde a transdução até a
indicação.
• Instrumentos virtuais: englobam alguns ou todos
os blocos da cadeia de instrumentação num
computador. São também chamados de
instrumentos baseados em computador.
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OSCILOSCÓPIOS VIRTUAIS
Começam a ter aceitação no mercado. Tipos:
1) Placa de aquisição de dados (I/O) interna: baseiam-se
numa placa específica de aquisição de dados, mas para
algumas aplicações pode-se utilizar a placa de som.
2) Módulo de aquisição de dados (I/O) externo: o
computador comunica com um dispositivo de aquisição de
dados externo, através de uma interface de comunicação
(USB, GPIB, RS-232).
3) Computador como interface de osciloscópio real: o
computador comunica com um osciloscópio real através de
uma interface de comunicação (USB, GPIB, RS-232).
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OSCILOSCÓPIOS REAIS x OSCILOSCÓPIOS VIRTUAIS
• Custo
• Flexibilidade (Capacidade de alteração e
evolução)
• Armazenamento de informação
• Resposta temporal
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3. INTERLIGAÇÃO ENTRE O OSCILOSCÓPIO E
OS CIRCUITOS EM ANÁLISE
• Interligação entre o instrumento de medição e o sistema
sob medição: fundamental e papel preponderante na
qualidade da medição.
•Evitar: erros grosseiros e os sistemáticos.
•Efeito de carga: erro sistemático. O sinal medido pelo
osciloscópio pode não ser igual ao original que se pretende
medir.
• Pontas de prova (circuitos que interligam o osciloscópio e o
circuito sob análise): extremamente importantes.
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3. INTERLIGAÇÃO ENTRE O OSCILOSCÓPIO E
OS CIRCUITOS EM ANÁLISE
• Fundamental: noção clara do que é a massa de um
equipamento e do que representa a ligação ou não ligação da
massa à Terra.
• Massa de um equipamento: qualquer elemento metálico
suscetível de ser tocado.
• Está, em regra, isolada dos condutores ativos (fase/neutro
em instalações de corrente alternada, positivo/negativo, em
instalações de corrente contínua).
• Terra: massa condutora de referência, geralmente com
potencial elétrico zero.
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3. INTERLIGAÇÃO ENTRE O OSCILOSCÓPIO E
OS CIRCUITOS EM ANÁLISE
• A massa do osciloscópio é a carcaça ou parte da
carcaça do aparelho, que é normalmente ligada a um
terceiro terminal da tomada de alimentação (fase,
neutro e terra).
• Se a tomada de alimentação tiver ligação de Terra,
a massa do osciloscópio fica ligada à Terra.
• Se o osciloscópio tiver mais que um canal,
geralmente todos os canais partilham a mesma
massa.
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3. INTERLIGAÇÃO ENTRE O OSCILOSCÓPIO E
OS CIRCUITOS EM ANÁLISE
• Osciloscópios com massas independentes
para cada canal: é possível ligar as massa dos
canais a potenciais elétricos diferentes.
•Ponta de prova (normalmente): ligação de
sinal e ligação de massa.
•Osciloscópio com massa compartilhada: só é
necessário ligar um terminal negativo de uma
ponta de prova à massa do circuito.
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3. INTERLIGAÇÃO ENTRE O OSCILOSCÓPIO E
OS CIRCUITOS EM ANÁLISE
Porque ligar a massa do osciloscópio à Terra
• Como medida de segurança.
Porque não ligar a massa do osciloscópio à
Terra?
• Exemplos: Figuras 16 e 17.
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ESTADO DA TECNOLOGIA
• Osciloscópios analógicos: estão caindo em
desuso, devido surgimento de osciloscópios de
amostragem com muito mais potencialidades e
custos aproximados.
• Utilizados quando existem restrições
orçamentárias. Em termos de aprendizado,
talvez seja melhor começar com o osciloscópio
analógico.
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• Função autoset: osciloscópios de
amostragem com utilização mais
simples que a dos analógicos.
• Fabricantes importantes: Tektronix,
Agilent e Lecroy.
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Aplicações especiais:
1. Análises de barramentos de comunicação
em computadores
2. Análise da integridade dos sinais em redes
de comunicação. Larguras de banda
extremamente elevadas, adequadas para
analisar sinais de altas frequências como
os existentes numa rede Gigabit Ethernet.
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• Osciloscópios “virtuais” (baseados em PC):
mercado em franca expansão. Número crescente
de modelos e fabricantes, tantos de módulos de
I/O externos como de placas de I/O internas.
• Soluções não comerciais: osciloscópios
baseados em placas de som, mas que possuem
fortes limitações.
• Simuladores de osciloscópios: utilizados para
demonstrações.
