Hoje vamos explorar uma ferramenta indispensável e amplamente utilizada por profissionais da eletrônica que no caso é o osciloscópio!
Vamos abordar desde os principais tipos de osciloscópios e as principais funcionalidades para executar medições na prática.
Então, se você quer saber tudo sobre cada funcionalidade desta ferramenta, acompanhe nosso artigo até o final! E para se especializar ainda mais na área de eletrônica acesse nosso artigo dos melhores cursos on-line de eletrônica para se fazer.
Resumo histórico
Para início de conversa, a medição de sinais já vinha sendo desenvolvida desde o século XIX, porém uma primeira versão do osciloscópio semelhante ao que conhecemos, foi criada em 1963 pela Tektronix, na época com o osciloscópio analógico.
O osciloscópio digital só veio a surgir em meados da década de 80, onde predominaram o mercado pela sua funcionalidade e versatilidade em relação aos osciloscópios analógicos. Hoje a predominância do mercado ainda é dos osciloscópios digitais.
Características importantes de um osciloscópio
Quando se necessita adquirir um osciloscópio, existem algumas características de cada aparelho que são extremamente importantes de serem analisadas antes de realizar a compra. Estas características serão abordadas nesta seção:
• Bandwidth
O Bandwidth é o parâmetro que indica qual a faixa de frequência limite dos sinais que o osciloscópio pode medir, antes de causar uma atenuação ou distorção no sinal. Geralmente esta medida é dada em Hz (Hertz).
• Taxa de amostragem
A Taxa de amostragem do osciloscópio representa quantas amostras o equipamento consegue realizar em relação a um determinado tempo. Essa capacidade afeta diretamente a resolução do sinal observado. Geralmente é dada em GS/s (Giga Samples por segundo).
• Profundidade de memória
A profundidade de memória em um osciloscópio está relacionada com o tempo máximo de visualização que o equipamento pode exibir na tela, quanto maior a memória do dispositivo, maior o sinal que poderá ser visualizado e vice-versa.
Isso é muito importante para quando se deseja analisar a estabilidade de sistemas eletrônicos e consertar equipamentos de alta performance como, máquinas lava e seca, chuveiros elétricos de alta potência e interruptores eletrônicos.
• Interface com o computador
Um dos requisitos mais desejados neste tipo de equipamento na atualidade, esse recurso permite que haja interação direta entre o osciloscópio e o computador, permitindo uma gama de possibilidades com relação ao processamento do sinal e dos dados gerados pelo osciloscópio.
• Tamanho da tela
O tamanho de tela é uma característica interessante, porém não é tão relevante a não ser pelo fato da visibilidade dos sinais. Existem hoje osciloscópios com telas muito grandes permitindo ver amplamente o sinal que está sendo coletado.
• Funções matemáticas
As funções matemáticas são recursos de extrema relevância quando estamos utilizando o osciloscópio para analisar sinais.
As principais operações matemáticas disponíveis em um osciloscópio são as 4 operações fundamentais da matemática e também a FFT que permite realizar análises no domínio da frequência.
• Ponteiras
As ponteiras do osciloscópio são muitas vezes negligenciadas, porém afetam diretamente o sinal coletado pelo osciloscópio visto que é o ponto inicial da coleta do sinal.
Existem ponteiras mais simples que são utilizadas para a coleta de sinais que não necessitam de tanta precisão, mas para casos onde é necessário fidelidade do sinal, é obrigatório o uso de ponteiras especiais.
• Fabricante (Assistência e Garantia)
Apesar de não ser um ponto crítico na tomada de decisão de compra, é importante que seja observado o fabricante do equipamento, principalmente com relação à assistência técnica e calibração do osciloscópio. Por ser um equipamento caro, é desejável que o fabricante ofereça garantia na integridade do equipamento.
Tipos de osciloscópios mais comuns
Osciloscópio Analógico
Os osciloscópios analógicos são instrumentos capazes de medir e exibir a forma de onda de um sinal, permitindo que seja verificado níveis de tensão e de frequência, por exemplo.
A apresentação do sinal na tela do osciloscópio é feita através de um plano cartesiano, onde o eixo X representa o tempo e o Y a amplitude do sinal, com o passar da aquisição, esse sinal capturado é exibido em tempo real na tela do equipamento, quando atinge seu limite de tempo, ele reinicia o desenho da onda.
A grande vantagem deste tipo de equipamento é a representação fiel do sinal apresentado na tela. A maior desvantagem deste tipo de equipamento é o seu tamanho e peso, sendo muito grande e pesado.
Osciloscópio Digital
O osciloscópio digital, assim como o analógico, também é um equipamento utilizado para medir e visualizar sinais elétricos. A maior diferença entre os modelos digitais e analógicos é justamente com relação ao método da aquisição e exibição dos dados.
O osciloscópio digital possui uma aquisição discreta, onde são capturados vários pedacinhos da onda real. Como esse processo ocorre a uma taxa extremamente rápida, temos a impressão de que o sinal é analógico.
As tecnologias empregadas no osciloscópio digital, permitem eles serem muito mais leves e menores com relação ao analógico. A maior desvantagem destes equipamentos é o seu valor, tendo modelos que chegam a valores extremamente altos.
Osciloscópio Portátil
O osciloscópio portátil é uma evolução do osciloscópio digital em termos de tecnologia. Sua premissa é a mobilidade, permitindo que as medições ocorram em qualquer lugar.
Esse tipo de osciloscópio não possui as mesmas capacidades que um equipamento de mesa, porém, dependendo da necessidade, os modelos disponíveis atualmente apresentam grande capacidade de aquisição.
A maior vantagem deste equipamento é a possibilidade de transporte e uso em qualquer lugar, sua maior desvantagem é a menor capacidade em termos de aquisição do sinal e quantidade de canais.
Osciloscópio Misto
O osciloscópio de sinal misto, MSO é um equipamento que possui tanto os canais de aquisição analógicos normais, mas também possui integrado um analisador lógico para sinais digitais produzidos por portas lógicas, por exemplo, permitindo a análise de sinais como os de comunicação serial.
Osciloscópio USB
Saindo um pouco do formato comum de osciloscópios, o osciloscópio USB é um equipamento que emula através do computador o funcionamento do osciloscópio digital. Apesar de ter algumas capacidades limitadas em relação ao digital, o custo benefício que esses equipamentos tendem a trazer é magnífico.
Sendo bem mais compacto e custando bem menos do que um osciloscópio digital, o USB pode executar a maioria das tarefas com tranquilidade e ainda permite integração com outros softwares do computador, como Python e Matlab, abrindo um leque de possibilidades para o usuário.
Apesar de existir uma gama gigantesca de osciloscópios, escolhemos um dos modelos mais comuns de se deparar em laboratórios que é o TBS1000C da Tektronix.
Como esta marca é uma das mais comuns, muito provavelmente os comandos que veremos ao longo do artigo é compatível entre os demais modelos da marca e também se aplica à outros equipamentos.
Funcionalidades e como utilizar um osciloscópio
O maior desafio de um profissional que precisa utilizar o osciloscópio é determinar quais configurações ele deve definir para que o osciloscópio apresente o sinal desejado.
A imagem a seguir apresenta o painel de um osciloscópio digital comum da Tektronix e nós vamos abordar as principais configurações para exibir um sinal.
Configuração básica para medição de sinal AC e DC
Quando estamos analisando um sinal, seja ele AC ou DC, existem algumas variáveis que podemos exibir na tela enquanto o sinal é apresentado, as principais são relacionadas à valores de amplitude do sinal como valor máximo e mínimo, valor de pico a pico e valor médio.
Também podemos estar interessados em variáveis relacionadas a tempo, como período, frequência, tempo de subida ou tempo de descida do sinal. Todas essas opções são apresentadas através do menu de exibição “Measure” e nos auxiliará na medição.
Medição de sinais AC e DC
Para medir um sinal como um PWM de um arduino, por exemplo, depois de termos configurado as variáveis de interesse, devemos selecionar o canal do osciloscópio que será utilizado, no caso do TBS1000C, temos 2 canais.
Com isso definido, devemos pressionar o botão do canal que desejamos visualizar, caso o sinal não esteja sendo exibido, pressione o botão até o sinal aparecer.
Antes de acoplar a ponteira no ponto de interesse no circuito, devemos também configurar os parâmetros do canal que fará a medição, esse menu é acessado através deste botão descrito na imagem acima.
Nesse menu, é possível realizar a configuração de alguns parâmetros do canal como tipo do acoplamento, ajuste do limite de banda (bandwidth limit), ganho variável, ajuste da sonda e inverter o sinal.
O ponto que devemos nos atentar nesse menu é o ganho da sonda, ele deve ser o mesmo que o do seletor na sonda, geralmente 1x, do restante é aconselhável não fazer nenhuma alteração.
A partir desse momento, podemos acoplar a ponteira no ponto de interesse, pode ser o gate de um Transistor MOSFET, ou uma saída de um gerador de sinais e se tudo estiver correto, o sinal e os valores das variáveis deverão estar aparecendo.
Caso o sinal não esteja aparecendo, devemos ajustar as escalas de tempo e Amplitude.
Ajusta escala tempo e amplitude
Quando o sinal não aparece no visor, precisamos fazer o ajuste das escalas de tempo e amplitude. A forma mais rápida e fácil de fazer esse ajuste, é utilizando o botão Autoset, que fará esse ajuste de forma automática e enquadrará o sinal da melhor forma no visor.
Para algumas análises mais específicas os botões exibidos na imagem abaixo devem ser utilizados para alterar manualmente as escalas de tempo e amplitude, por exemplo, neste modelo a escala de tempo pode ser ajustada de 2ns/div até um total de 100s/div na tela, enquanto a escala de amplitude pode ser ajustada indo de 1 mV/div até 10V/div na tela.
Ajuste de trigger
O trigger é utilizado para avisar o osciloscópio quando ele deve armazenar e exibir um formato de onda a partir de uma condição definida, como por exemplo uma borda de subida, isso permite visualizar as ondas de uma forma muito mais estável.
A configuração de trigger é feita através de botões em uma seção especial do painel do osciloscópio, como podemos ver na imagem:
Existem configurações complexas a serem executadas no menu do Trigger, a minha recomendação é sempre manter o trigger em relação à borda de subida e controlar apenas o nível dele para mais ou menos no botão giratório.
Medidas cursor tempo e amplitude
Agora que você consegue aquisitar um sinal e exibi-lo na tela do osciloscópio, podemos utilizar os cursores para comparar valores de variação tempo e variação de amplitude. Esse recurso é disponibilizado através do botão “Cursor” exibido abaixo:
Quando pressionado esse botão, ele exibirá um menu que te permite habilitar os cursores na tela e também fazer a seleção entre os canais que será medido e o tipo da variável que vai ser comparada, tempo ou amplitude.
A partir disso, o posicionamento dos cursores é feito através do botão giratório “Multipurpose”, onde você pode percorrer o sinal até os pontos de interesse assim como no exemplo abaixo, onde os cursores foram utilizados para verificar o período do sinal.
Conclusões
Chegamos ao final deste artigo sobre osciloscópio e como utilizá-lo, acredito que o segredo é não ter medo de errar e explorar cada recurso disponível na prática com diversos sinais diferentes. Até aqui você aprendeu a configurar um osciloscópio para realizar a medição de um sinal, esses conceitos são interessantes pois se aplicarão a qualquer modelo de osciloscópio que você utilizar.
Então parabéns por chegar até aqui e acompanhar nosso artigo!
