apostila osciloscópio

apostila osciloscópio

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1. INTRODUÇÃO

Muitos instrumentos de medição utilizados em Eletrônica e Telecomunicações tais como o

VOM, podem ser classificados como medidores quantitativos, já que, pela leitura na sua escala ou nos dígitos fornecem um valor correspondente à grandeza medida.

O osciloscópio é um instrumento que além de uma medida quantitativa, apresenta também uma medida qualitativa da grandeza que está sendo objeto de análise. Na maioria dos casos o osciloscópio apresenta a variação de uma tensão em função do tempo. Por este motivo o osciloscópio torna-se um instrumento de grande versatilidade. Porém para aproveitar ao máximo desta versatilidade é necessário que se saiba usá-lo corretamente, conhecendo o seu funcionamento.

A seguir faremos uma breve descrição de um osciloscópio e como funciona. Na figura 01 temos a tela de um osciloscópio básico de um canal. Para dois canais alguns dos controles serão duplicados.

Fig01: Parte frontal de um osciloscópio básico de um canal O elemento no qual a imagem é formada é chamado de Tubo de Raios Catódicos

2.TRC - TUBO DE RAIOS CATÓDICOS

Um osciloscópio, na realidade, nada mais é do que um tubo de raios catódicos (TRC), acoplado a alguns circuitos.

O TRC é uma válvula eletrônica, portanto, um bulbo de vidro, dentro do qual existe vácuo relativo, e onde foram dispostos: um canhão eletrônico, quatro placas defletoras, uma camada de material fosforescente e um anodo coletor.

Fig02: Tubo de Raios Catódicos (TRC)

O canhão eletrônico é composto por um filamento, cátodo, grade de controle e algumas grades de convergência e aceleração. Sua função é emitir um feixe estreito de elétrons, com certa velocidade, em direção à tela. Pode-se controlar a intensidade deste feixe (número de elétrons por segundo) variando-se a tensão aplicada entre o cátodo e a grade de controle.

A parte frontal do TRC é revestida internamente por uma camada de material fosforescente que, ao ser atingido por um feixe de elétrons, emite luz naquele ponto. A intensidade desta luz é proporcional à intensidade do feixe de elétrons.

Normalmente o feixe emitido pelo canhão atinge a tela no centro, mas é possível fazermos o feixe incidir em outro ponto da tela. Esta é a função das placas defletoras; desviar a trajetória do feixe, sendo que as placas 1 e 2 (fig. 3) são chamadas de placas defletoras horizontais e as 3 e 4

Revestimento de aquadag Placa de reflexão vertical

Primeiro Ânodo

Segundo

Ânodo Placa de reflexão horizontal

Aquecedor

Catodo

Grade Tela de placas defletoras verticais. Se ligarmos uma tensão contínua nas placas 3 e 4 (fig. 3) com o positivo na placa 3 e o negativo na placa 4, a placa 3 atrairá o feixe de elétrons (cargas diferentes se atraem), já que ela é positiva e o feixe de elétrons é negativo, assim como a placa 4 repelirá o feixe (cargas iguais se repelem). Isto ocasionará uma mudança na direção do feixe, portanto o ponto luminoso será deslocado, neste caso, para cima. Dependendo das tensões aplicadas nas placas defletoras verticais e horizontais podemos deslocar o ponto luminoso para qualquer posição na tela.

Figura 3 – O Tubo de Raios Catódicos (TRC) Depois que os elétrons colidem com a camada fosforescente, estes são atraídos e coletados pelo ânodo coletor, já que este é polarizado positivamente em relação ao cátodo.

3.GERADOR DE VARREDURA

Na maioria dos casos o osciloscópio é utilizado para a análise de uma forma de onda, ou seja, a variação de uma tensão em função do tempo. Para que isto aconteça é necessário que o ponto luminoso se desloque na tela com uma velocidade constante no sentido horizontal que é o eixo do tempo.

Já que a posição do ponto luminoso é diretamente proporcional à tensão aplicada ao respectivo par de placas defletoras, temos que aplicar uma tensão que varie linearmente com o tempo (fig 4).

Figura 4 – Sinal de Varredura gerado nas Placas Horizontais

Verifica-se, portanto que a forma de onda, ou seja, o gráfico da tensão em função do tempo que devemos aplicar nas placas que vão provocar o movimento horizontal, terá que ser uma reta, ou melhor, uma rampa, porque a tensão vai aumentando linearmente. Quando o ponto chega à extremidade da tela (lado direito) há necessidade de fazê-lo retornar o mais rapidamente possível, pois o retorno não será utilizado para a formação da imagem. Este sinal é chamado de dente de serra (fig.5).

Aplicando-se um sinal dente de serra. Às placas defletoras horizontais, obtemos na tela do TRC um ponto luminoso se deslocando da esquerda para a direita, com velocidade constante voltando rapidamente e repetindo a trajetória. Se aumentarmos a freqüência, o tempo que o ponto leva de uma extremidade para outra será menor, mas sempre com velocidade constante, fazendo com que tenhamos a percepção de uma linha horizontal na tela. Isto se deve a persistência do olho humano e da camada de fósforo.

Tensão varia linearmente Retorno t V

T e n s ã o a s p l a c a s o r i z o n t a i s

Retorno

Velocidade Constante t Figura 5 – Onda dente de Serra

Analise atentamente a figura 5, para compreender bem este processo.

4. DEFLEXÃO VERTICAL

O sinal que desejamos observar deverá ser aplicado às placas de deflexão vertical, fazendo com que o ponto luminoso se movimente para cima e para baixo conforme o nível de tensão presente.

Note que agora a velocidade não é mais constante, e sim, depende do tipo de sinal que estamos aplicando. Analise atentamente a figura 6, onde está se aplicando nas placas uma onda senoidal.

Figura 6 – Sinal de Varredura gerado nas Placas Verticias Se ligarmos simultaneamente o sinal do gerador de varredura (dente de serra) nas placas defletoras horizontais, e um sinal senoidal de mesma freqüência nas placas defletoras verticais, obtemos na tela uma composição destes dois sinais, que sempre reproduzirá a forma de onda do vertical. Analise a figura 7 ponto a ponto para compreender melhor este efeito.

Figura 7 – Composição de Varreduras Placas Horizontais e Verticais

Como a excursão do sinal no sentido vertical é proporcional à tensão aplicada em cada instante, podemos graduar a tela em uma escala de tensão.

Normalmente o sinal que temos nas pontas de prova não tem amplitude conveniente para ser aplicado diretamente às placas defletoras. Utiliza-se então um amplificador e um atenuador na entrada, provido de um seletor, apenas para adequar o sinal.

5. SINCRONISMO

Apresentamos uma seqüência de figuras (fig 8, 9, 10 e 1) mostrando a necessidade e a maneira pela qual o sincronismo é obtido. Em todos os desenhos a primeira forma de onda é a que está presente na entrada VERTICAL, ou seja, nas placas defletoras verticais.

A segunda forma de onda é proveniente da saída do gerador de varredura, ou seja, aplicada nas placas defletoras horizontais. Logo abaixo, a imagem que apareceu na tela em cada ciclo do gerador de varredura, e ao lado, a resultante que se observaria na tela do osciloscópio.

v e l o c i d a de n ão c o n s t a nte

Tensão nas placas verticais

Tensão nas Placas Horizontais

12 3 4 5 6 7 8 9

T e n s ão n as

P l a c a s V e r t i c ais

Figura 8 – Um sinal aplicado ao vertical e o gerador de varredura ajustado para a mesma freqüência. A imagem na tela aparece estável porque a cada ciclo do gerador de varredura, o ponto luminoso descreve a sua trajetória sobre a trajetória anterior, ou seja, desenha uma imagem sobre a outra, dando a impressão que a imagem está parada.

Figura 9 – Um sinal aplicado ao vertical e o gerador de varredura ajustado para a metade da freqüência. Processo semelhante ao da fig. 8, só que aparecem dois ciclos na tela.

Figura 10 – Um sinal aplicado ao vertical e o gerador de varredura ajustado para uma freqüência qualquer diferente (não à igual, nem 1/2 ou 1/3, 1/4, etc). A imagem na tela aparece confusa, porque a cada ciclo do gerador de varredura é reproduzido na tela um desenho (senóide neste caso) em posições diferentes, dando a impressão de que a imagem está correndo.

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