Um osciloscópio é um dispositivo que exibe corrente, tensão, frequência e avanço de fase de um circuito eléctrico. O dispositivo mostra a relação entre o tempo e a intensidade de um sinal eléctrico. Todos os valores são representados utilizando um gráfico bidimensional simples.
Conteúdos
Para que serve um osciloscópio
Um osciloscópio é utilizado por técnicos de electrónica e radioamadores para medir
- Amplitude de um sinal eléctrico - Relação entre tensão e tempo;
- analisar o deslocamento de fase;
- para ver a distorção de um sinal eléctrico
- calcular a frequência da corrente a partir dos resultados.
Embora o osciloscópio demonstre as características do sinal a ser analisado, é mais comummente utilizado para identificar os processos que ocorrem num circuito eléctrico. Com um osciloscópio, os técnicos podem obter as seguintes informações
- a forma de onda do sinal periódico;
- Valores de polaridade positivos e negativos;
- o intervalo de variação do sinal ao longo do tempo;
- a duração do meio-período positivo e negativo.
A maioria destes dados pode ser obtida utilizando um voltímetro. No entanto, as medições teriam então de ser feitas com uma frequência de alguns segundos. A percentagem de erro nos cálculos é elevada. Trabalhar com um osciloscópio poupa muito tempo na obtenção dos dados necessários.
Como funciona um osciloscópio
Um osciloscópio mede com um tubo de raios catódicos. Trata-se de uma lâmpada que concentra a corrente a ser analisada num feixe. Isto chega ao ecrã do instrumento, deflectindo em duas direcções perpendiculares:
- vertical - mostra a tensão a ser analisada;
- Horizontal - mostra o tempo decorrido.
Dois pares de placas de tubos de feixe de electrões são responsáveis pela deflexão do feixe. Os que estão posicionados verticalmente estão sempre energizados. Isto ajuda a distribuir os diferentes valores dos pólos. A atracção positiva desvia-se para a direita, a atracção negativa para a esquerda. Desta forma, a linha no ecrã do instrumento move-se da esquerda para a direita a uma velocidade constante.
Há também uma corrente eléctrica que actua sobre as placas horizontais, que desvia o indicador de voltagem do feixe de demonstração. A carga positiva é para cima, a carga negativa é para baixo. Assim, um gráfico bidimensional linear, chamado oscilograma, aparece no visor do dispositivo.
A distância que o feixe percorre da extremidade esquerda para a direita do ecrã é chamada de varrimento. A linha horizontal é responsável pelo tempo de medição. Para além do gráfico bidimensional linear padrão existem também varreduras circulares e em espiral. No entanto, não são tão convenientes de utilizar como as clássicas formas de onda do osciloscópio.
Classificação e tipos
Existem dois tipos principais de osciloscópios:
- Analógico - aparelho para medir sinais médios;
- Digital - os instrumentos convertem o valor de medição para um formato "digital" para posterior transmissão de informação.
Existem as seguintes classificações de acordo com o princípio de funcionamento:
- Modelos universais.
- Equipamento especial.
O mais popular são dispositivos universais. Estes osciloscópios são utilizados para analisar diferentes tipos de sinais:
- Harmónicos;
- Impulsos únicos;
- Pacotes de pulsos.
Os osciloscópios universais são concebidos para uma grande variedade de dispositivos eléctricos. Podem medir sinais que variam entre alguns nanossegundos. O erro de medição é de 6-8%.
Os osciloscópios universais estão divididos em dois tipos principais:
- Monobloco - têm uma especialização geral de medidas;
- com unidades intercambiáveis - adaptáveis à situação específica e ao tipo de instrumento.
As unidades especiais são concebidas para um tipo específico de equipamento eléctrico. Assim, existem osciloscópios para rádio, radiodifusão televisiva ou tecnologia digital.
Dividem-se em dispositivos universais e especiais:
- Alta velocidade - utilizada em instrumentos de acção rápida;
- Armazenamento - dispositivos que armazenam e recuperam leituras feitas anteriormente.
Ao seleccionar um instrumento, deve ser feito um estudo cuidadoso das classificações e tipos, a fim de seleccionar o mais adequado à situação.
Concepção e principais parâmetros técnicos
Cada instrumento tem uma série das seguintes características técnicas:
- O coeficiente de erro possível na medição da tensão (a maioria dos dispositivos tem este valor não superior a 3%).
- O valor da linha de varrimento do dispositivo - quanto maior for esta característica, mais longo é o tempo de observação.
- A característica de sincronização contendo: gama de frequências, níveis máximos e instabilidade do sistema.
- Os parâmetros de desvio vertical do sinal com a capacitância de entrada do equipamento.
- Valores de resposta transitórios mostrando tempo de subida e ultrapassagem.
Para além dos valores básicos listados acima, os osciloscópios têm parâmetros adicionais sob a forma de uma resposta de amplitude-frequência mostrando a dependência da amplitude em relação à frequência do sinal.
Os osciloscópios digitais também têm um valor de memória interna. Este parâmetro indica a quantidade de informação que o instrumento pode registar.
Como são feitas as medições
O ecrã de um osciloscópio é dividido em pequenos quadrados que são chamados divisões. Dependendo do instrumento, cada quadrado será igual a um determinado valor. A designação mais popular é: uma divisão equivale a 5 unidades. Também em alguns instrumentos existe um botão para controlar a escala do gráfico de modo a que os utilizadores possam efectuar medições com mais conforto e precisão.
Antes de iniciar qualquer tipo de medição, o osciloscópio deve ser ligado a um circuito eléctrico. A sonda está ligada a qualquer um dos canais livres (se houver mais de 1 canal no dispositivo) ou ao gerador de impulsos, se o osciloscópio tiver um. Uma vez ligado, várias imagens de sinal aparecerão no visor do dispositivo.
Se o sinal recebido pelo dispositivo for abrupto, o problema está na ligação da sonda. Alguns estão equipados com parafusos em miniatura que precisam de ser apertados. Também os osciloscópios digitais têm uma função de posicionamento automático para resolver o problema de um sinal perdido.
Medição de corrente
Ao medir corrente com um osciloscópio digital, é necessário saber o que tipo de corrente deve ser observado. Os osciloscópios têm dois modos de funcionamento:
- Corrente contínua ("CC") para corrente contínua;
- Corrente Alternada ("CA") para corrente alternada.
A corrente contínua é medida quando o modo de corrente contínua é activado. Ligar as sondas da máquina à fonte de alimentação em alinhamento directo com os pólos. O crocodilo preto está ligado ao menos, o vermelho ao mais.
Uma linha recta aparecerá no visor. O valor do eixo vertical corresponderá ao parâmetro de tensão DC. A corrente pode ser calculada de acordo com a lei de Ohm (tensão dividida pela resistência).
A corrente alternada é uma onda sinusoidal, porque a voltagem também é variável. Por conseguinte, o seu valor só pode ser medido num determinado período de tempo. Também é calculado usando a lei de Ohm.
Medição de Voltagem
Para medir a tensão do sinal será necessário o eixo de coordenadas verticais de um gráfico bidimensional linear. Devido a isto, toda a atenção será dada à altura do oscilograma. Deve, portanto, ajustar o ecrã de forma mais conveniente para a medição antes de começar a observar.
Em seguida, definir o dispositivo para o modo DC. Ligar as sondas ao circuito e observar o resultado. Uma linha recta aparecerá no visor do aparelho, cujo valor corresponde à tensão do sinal eléctrico.
Medição de frequência
Antes de compreender como medir a frequência de um sinal eléctrico, deve saber o que é um período, uma vez que os dois conceitos estão inter-relacionados. Um período é o menor intervalo de tempo após o qual a amplitude começa a repetir-se.
É mais fácil ver o período num osciloscópio utilizando o eixo horizontal de coordenadas temporais. Só precisa de reparar após que intervalo de tempo o gráfico de linhas começa a repetir o seu padrão. É melhor considerar o início do período como o ponto de contacto com o eixo horizontal, e o fim como a repetição da mesma coordenada.
A velocidade de varrimento é reduzida para facilitar a medição do período do sinal. Neste caso, o erro de medição não é tão elevado.
A frequência é o valor inversamente proporcional ao período em análise. Ou seja, para medir um valor, deve dividir um segundo de tempo pelo número de períodos que ocorrem durante esse intervalo. A frequência resultante é medida em Hertz, o padrão para a Rússia é de 50 Hz.
Medição do deslocamento de fase
O deslocamento de fase é definido como a posição relativa no tempo de dois processos oscilantes. É medida em fracções do período do sinal, de modo que, independentemente da natureza do período e da frequência, os mesmos turnos de fase têm um valor comum.
A primeira coisa a fazer antes de medir é descobrir que sinal está atrasado em relação ao outro e depois determinar o valor do sinal do parâmetro. Se a corrente estiver à frente, o parâmetro de mudança de ângulo é negativo. Se a voltagem estiver à frente, o sinal do valor é positivo.
Para calcular o grau de mudança de fase segue-se:
- Multiplicar 360 graus pelo número de células da grelha entre os inícios dos períodos.
- Dividir o resultado pelo número de divisões ocupadas por um período do sinal.
- Escolher um sinal negativo ou positivo.
A mudança de fase de medição num osciloscópio analógico é inconveniente porque os gráficos apresentados são da mesma cor e escala. Para este tipo de observação, são utilizados um dispositivo digital ou instrumentos de canal duplo para colocar amplitudes diferentes num canal separado.
Artigos relacionados:
