1_Osciloscopio

5/10/2018 1_Osciloscopio - slidepdf.com

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA ETECNOLOGIA DA BAHIA

CAMPUS DE VITÓRIA DA CONQUISTAAV. AMAZONAS, 3.150 – BAIRRO ZABELÊ

VITÓRIA DA CONQUISTA-BACEP: 45.030-220

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Disciplina: Circuitos Elétricos II (Laboratório)Professor: João Erivando Soares MarquesPeríodo: 2011.2

Guia de Experimento

Módulo 1 – Medições com Osciloscópio Digital

1. INTRODUÇÃO

Para quem pensa que osciloscópio de raios catódicos é um instrumento novo, bastadizer que ele foi inventado em 1897 por Ferdinand Braun, tendo então a finalidade de seanalisar as variações com o tempo de intensidade de tensão. Em 1897 foi o mesmo ano emque J.J. Thomson mediu a carga do elétron a partir da sua deflexão por meio de camposmagnéticos.

Foi somente com a utilização de tubos de raios catódicos feitos por Welhnet, em1905, é que foi possível a industrialização deste tipo de equipamento que até hoje seencontra com diversos aperfeiçoamentos.

A finalidade de um osciloscópio é produzir em um anteparo uma imagem queseja uma representação gráfica de um fenômeno dinâmico , como por exemplo: pulso de

tensão, uma tensão que varie de valor com relação ao tempo, a descarga de um capacitor,etc. Pode-se também, através de um transdutor adequado, avaliar qualquer outro fenômenodinâmico, como exemplo: a oscilação de um pêndulo, a variação da temperatura ou de luzde um ambiente, as batidas de um coração. Dependendo da aplicação, os osciloscópiosmodernos podem contar com recursos próprios, o que significa que não existe um só tipono mercado.

Isso ocorre porque os fenômenos que se desejam visualizar na tela podem terduração que vai de alguns minutos até a alguns milionésimos de segundo.

Da mesma forma, os fenômenos podem se repetir numa certa velocidade sempre damesma forma, ou então podem ser únicos, ocorrendo por um só instante apenas uma vez. Oosciloscópio básico pode permitir a visualização de fenômenos que durem desde alguns

segundos até outro que ocorram milhões de vezes por segundo.Em outra definição do que é um osciloscópio, esta mais simples e direta, este ébasicamente um dispositivo mostrador de gráficos, ou seja, ele desenha um gráfico deum sinal elétrico. Em muitas aplicações, o gráfico apresenta como os sinais mudam com otempo: o eixo vertical (eixo Y) representa tensão e o eixo horizontal (eixo X) representa otempo. A intensidade ou o brilho da tela é denominado de eixo Z, como é mostrado naFigura 1.






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Figura 1 – Componentes X, Y e Z de uma forma de onda no osciloscópio.

Um simples gráfico pode dizer muitas coisas sobre o sinal, tais como: Os valores de tempo e tensão do sinal; A frequência de um sinal oscilante; A frequência com uma porção particular do sinal está ocorrendo relativo a

outras partes; Se um componente que está com mau-funcionamento está distorcendo o sinal; Quanto de um sinal é c.c ou c.a.; Quanto de um sinal é ruidoso e se o ruído varia com o tempo.

A capacidade de um osciloscópio em apresentar em sua tela fenômenos curtíssimos,é dada pela sua resposta de freqüência. Existem osciloscópios com largura de faixa entre 20e 250 MHz.

Para poder visualizar os fenômenos com precisão os osciloscópios possuemrecursos adicionais e controles que podem variar bastante com o tipo. Nos mais simplestem-se apenas a possibilidade de sincronizar um fenômeno com base de tempo interna,enquanto que em outros isso pode ser estendido a bases externas e em alguns casos até hácircuitos de digitalização que "congelam" a imagem para facilitar a análise posterior.

Estes além de poderem digitalizar uma imagem, o que significa a facilidade maiorde análise, pois se pode "paralisá-la" na tela a qualquer momento, também podem realizar

cálculos em função do que foi armazenado. Não é difícil de se encontrar osciloscópios quealém de apresentarem na tela uma forma de onda, uma senóide por exemplo, tambémapresentam de forma numérica os seus valores de pico, sua freqüência, período, apresentamaté mesmo eventuais distorções que existam.

As formas de onda revelam diversas características sobre um sinal. Pode servisualizado se a altura da forma de onda teve mudanças, caracterizando uma mudança naamplitude da tensão, ou se o comprimento da forma de onda foi mudada, caracterizando






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uma mudança no comprimento do tempo. Na Figura 2 são apresentadas algumas formas de

ondas.

Senoidal Senoidal amortecida Quadrada

Retangular Dente de serra Triangular

Degrau Pulso ComplexaFigura 2 – Formas de onda comuns.

2. MEDIÇÕES DE FORMAS DE ONDAS

Serão descritas algumas medições de características mais comuns das formas deonda.

2.1 Frequência e PeríodoSe um sinal se repete ao longo do tempo, ele possui uma frequência. A frequência é

medida em Hertz (Hz) sendo igual ao número de vezes que o sinal se repete em umsegundo (ciclos por segundo). Um sinal repetitivo possui também um período, que é aquantidade de vezes que o sinal completa um ciclo. Período e frequência são característicasrecíprocas, no qual o período é o inverso da frequência e vice-versa. A Figura 3 apresenta

estes dois conceitos.






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Figura 3 – Período e frequência de uma onda senoidal.

2.2 Tensão ElétricaA Tensão Elétrica é a quantidade de potencial elétrico entre dois pontos em um

circuito. Usualmente, um destes pontos é o terra, mas nem sempre. Pode-se querer medir atensão entre o máximo pico e o mínimo pico da forma de onda, sendo esta, a tensão depico-a-pico.

2.3 Amplitude

A Amplitude refere-se à quantidade de tensão entre dois pontos em um circuito.Amplitude comumente refere-se à tensão máxima de um sinal medido com relação ao sinalde terra, ou zero volts (referência).

Figura 4 – Amplitude e graus de uma onda senoidal.






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2.5 Fase

A fase é mais bem explicada observando uma onde senoidal. O nível de tensão daonda senoidal é baseada no movimento circular. Dado que um círculo possui 360º, um cicloda onda possui 360º, conforme mostrado na Figura 4. Usando graus, pode-se referir aoângulo de fase de uma onda.

O deslocamento de fase descreve a diferença em tempo entre dois outros sinaissimilares. A forma de onda na Figura 5 que é de uma corrente é dita ser deslocada 90º daforma de onda de tensão, já que ela alcança um ponto similar da forma de onda de tensão aexatos ¼ desta.

Figura 5 – Diferença de fase entre duas senóides.

2.6 Medições de Formas de Onda com Osciloscópios DigitaisOs osciloscópios digitais modernos possuem funções que realizam medições de

forma de onda mais facilmente. Eles possuem seleções de comando no painel frontal oubaseados em menus na tela, no qual podem ser facilmente selecionados. Geralmente, estasleituras são mais precisas do que a medição direta na tela. São exemplos de medições quepodem ser realizadas com o osciloscópio digital, além daquelas já mencionadasanteriormente:

Duty Cycle;

Atraso Valor RMS; Tempo de decaimento; Jitter Potência média ótica.






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3. TIPOS DE OSCILOSCÓPIOS

Os equipamentos eletrônicos podem ser classificados em duas categorias: analógicae digital. Equipamentos analógicos trabalham com tensões que variam continuamente notempo, enquanto que equipamentos digitais com sinais discretos que representam amostrasda tensão.

Um osciloscópio digital usa um conversor A/D (analógico-digital) que converte atensão medida em uma informação digital. Este adquire a forma de onda como uma série deamostras e as armazena até acumular amostras suficientes para descrever a forma de onda.Os osciloscópios digitais podem ser classificados em osciloscópios de armazenamentodigital (DSO – Digital Storage Oscilloscope), osciloscópios digitais de fósforo (DPO – Digital Phosphor Oscilloscope), osciloscópios de sinais misturados (MSO – Mixed Signal

Oscilloscopes) e osciloscópios de amostragem digital. A Figura 6 mostra uma típicaarquitetura de um osciloscópio digital.

Figura 6 – A arquitetura de processamento de um DSO.

4. SISTEMAS E CONTROLES DE UM OSCILOSCÓPIO

Nesta seção serão descritos brevemente os sistemas básicos e controle que podemser encontrados em osciloscópios analógicos e digitais.

Um osciloscópio consiste de quatro diferentes sistemas: Sistema vertical; Sistema horizontal; Sistema de Trigger (Disparo); Sistema da tela.

Um osciloscópio pode ter outras seções, dependendo do modelo e do tipo. NaFigura 7 é mostrado o osciloscópio GW Instek, que se encontra no laboratório de eletro-eletrônica do IFBA de Vitória da Conquista – BA, e que será utilizado nos experimentos.

Quando em uso o osciloscópio, é necessário ajudar três conjuntos básicos paraacomodar um sinal de medição:

Controle vertical: que ajusta a atenuação ou a amplificação do sinal. Utiliza-seo controle Volts/div para ajustar a amplitude do sinal;






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Figura 7 – Osciloscópio GW Instek Série GDS-800 do laboratório de eletro-eletrônica do IFBA.






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Controle horizontal: é a base do tempo. Utiliza-se o controle Sec/div para

ajustar a quantidade de tempo por divisão no eixo horizontal da tela doosciloscópio;

Trigger (Disparo): utiliza-se o nível de trigger para estabilizar um sinal, oupara disparar um simples evento.

4.1 Sistema Vertical e ControlesOs controles verticais podem ser usados para posicionar e ajustar a escala de uma

forma de onda, verticalmente, ajustar o acoplamento de entrada. A Figura 8 apresenta emdetalhes o sistema vertical e seus controles no osciloscópio GW Instek.

Figura 8 – Sistema vertical e seus controles, do osciloscópio GW-Instek.

4.1.1 Posição e Volts por DivisãoO controle de posição vertical permite mover a forma de onda para cima e para

baixo exatamente onde se quer vê-la na tela do osciloscópio.A tensão máxima que pode ser visualizada na tela é o ajuste da escala de Volts/div

multiplicado pelo número de divisões. Note que a ponta de prova que é utilizada podeinfluenciar no fator de escala, já que ela pode escalas de 1x ou 10x (às vezes até 100x),ajustadas na própria ponta de prova. Neste caso, divide-se a escala de volts/div pelo fator deatenuação da ponta de prova.

4.1.2 Acoplamento de entradaAcoplamento refere-se ao método utilizado para conectar um sinal elétrico de um

circuito em outro. Neste caso, o acoplamento de entrada é a conexão do circuito em testepara o osciloscópio. O acoplamento pode ser ajustado para DC, AC ou terra (ground).acoplamento DC mostra todos os componentes de um sinal elétrico (DC + AC). Oacoplamento AC bloqueia o componente DC de um sinal. Os dois tipos de acoplamentopodem ser vistos na Figura 9a e 9b.






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(a) (b)Figura 9 a) Acoplamento de entrada DC (b) Acoplamento de entrada AC.

O ajuste de terra desconecta o sinal de entrada do sistema vertical, o que leva amostrar o lugar onde o zero volts está mostrado na tela do osciloscópio.

4.2 Sistema Horizontal e ControlesOs controles horizontais são usados para posicionar e ajustar horizontalmente a

escala da forma de onda. A Figura 10 apresenta em detalhes o sistema horizontal e seuscontroles no osciloscópio GW Instek.

Figura 10 – Sistema horizontal e seus controles, do osciloscópio GW-Instek.

4.2.1 Posição e Segundos por DivisãoO controle de posição horizontal move a forma de onda para a direita ou esquerda,

deixando-a no lugar desejado na tela, pelo operador.






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O ajuste de segundos-por-divisão (sec/Div) serve para selecionar a base de tempo

no qual a forma de onda é desenhada na tela. Este ajuste é chamado de fator de escala. Se oajuste é de 1ms, cada divisão horizontal representa 1ms e o total da tela do osciloscópiorepresenta 10 ms, ou dez divisões. Mudando a escala de sec/div permite aumentar oudiminuir o intevalo de tempo do sinal de entrada.

4.3 Sistema de Trigger e seus ControlesA função de trigger (ou disparo) em um osciloscópio é sincronizar a varredura

horizontal em um ponto correto do sinal, essencial para deixar o sinal estável na tela doosciloscópio. O controle de trigger permite estabilizar formas de ondas repetitivas ecapturar formas de onda “single-shot ”. Imagine a bagunça na tela que poderia resultar se

cada varredura começasse em um ponto diferente do sinal, como ilustrado na Figura 11.

Figura 11 – Tela de osciloscópio sem o uso do trigger .

Existem diversos tipos de “trigger ”, disponíveis em osciloscópios analógicos e

digitais, alguns comuns a ambos os tipos de osciloscópios. Controles de trigger avançadospermite o operador isolar um evento específico de interesse. A Figura 12 apresenta emdetalhes o sistema de trigger e seus controles no osciloscópio GW Instek.

Figura 12 – Sistema horizontal e seus controles, do osciloscópio GW-Instek.






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4.3.1 Nível de Trigger

O nível de trigger provê um ponto de definição para o trigger e determina comouma forma de onda é mostrada. Um circuito de trigger atua como um comparador. Se forselecionado algum nível de trigger na entrada do comparador, que é um circuito interno aoosciloscópio. O controle de nível determina se o ponto de trigger está sobre a borda desubida ou de descida de um sinal. Uma borda de subida é uma inclinação positiva e umaborda de descida é uma inclinação negativa. Este controle de nível determina onde a bordado ponto de trigger ocorre.

Este recurso ressincroniza a base de tempo ao sinal de entrada, impedindo odeslizamento horizontal do traço. Desta forma, o trigger permite a visualização de sinaisperiódicos tais como ondas quadradas e ondas seno. O circuito de trigger também permite avisualização de sinais não-periódicos, tais como pulsos que não se repetem em uma taxa

fixa.

Figura 13 – Trigger com borda de subida positiva e negativa.

4.3.2 Fontes e tipos de Trigger O osciloscópio não necessariamente necessita “disparar” o sinal a ser mostrado.

Diversas fontes podem “disparar” a varredura: Um canal de entrada; Uma fonte externa que pode ser aplicada a um canal de entrada; Uma fonte de sinal de potência;

http://pt.wikipedia.org/wiki/Onda

http://pt.wikipedia.org/wiki/Quadrado

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Um sinal interno definido pelo osciloscópio, de um ou mais canais de entrada.

Os tipos de trigger incluem: Trigger externo: um pulso de uma fonte externa conectada a uma entrada

dedicada do osciloscópio; Trigger de borda: um detector de borda que gera um pulso quando o sinal

passa de uma tensão limiar especificada em uma direção específica; Vídeo Trigger : um circuito que extrai pulsos sincronizantes de formatos de

vídeo tais como PAL e NTSC e disparam a base de tempo em todas as linhas,em uma linha específica, em todos os campos, ou em um quadro. Este circuitoé tipicamente encontrado dos dispositivos monitores de forma de onda;

Trigger por atraso, aguarda um tempo específico após passar por uma tensãolimiar antes de começar a varredura. Nenhum circuito de trigger funcionainstantaneamente, sempre ocorre um pequeno atraso, porém um circuito detrigger por atraso estende este valor até um intervalo conhecido e ajustável.Deste modo, o operador pode examinar um pulso particular em um longogrupo de pulsos.

4.4 Outros Controles do OsciloscópioNo osciloscópio GW Instek, como também em outros modelos e fabricantes,

existem diversos tipos de controles em que não se enquadram nos que foram apresentadosanteriormente. A Figura 14 apresenta em detalhes, os controles extras existentes noosciloscópio GW Instek.

Figura 14 – Controles extras, do osciloscópio GW-Instek.

4.4.1 Operações de matemáticaO osciloscópio pode realizar operações matemáticas entre duas ou mais formas de

onda, inclusive com funções matemáticas mais avançadas como uma FFT (Fast Fourier

Transformer ) ou uma integração. Para um maior detalhamento sobre estas operações dematemática, o manual de operação do equipamento deverá ser consultado.

http://pt.wikipedia.org/wiki/V%C3%ADdeo

http://pt.wikipedia.org/wiki/PAL

http://pt.wikipedia.org/wiki/NTSC

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Monitor_de_forma_de_onda&action=edit&redlink=1

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Monitor_de_forma_de_onda&action=edit&redlink=1

http://pt.wikipedia.org/wiki/NTSC

http://pt.wikipedia.org/wiki/PAL

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5. CONSELHOS PARA USOO problema mais típico encontrado quando se utiliza um osciloscópio não familiar é

que o traço não está visível.Muitos osciloscópios mais recentes possuem opções de “reset ” ou um botão “auto

set-up”. Utilize-o caso haja confusão. Outra razão para a “perda” do traço é um ajuste deluminosidade (brightness) muito baixo. Todos os osciloscópios possuem um ajuste deluminosidade que serve para tornar o traço visível tanto em varreduras lentas como nasmais rápidas. Um ajuste muito tênue pode tornar o traço pouco visível. um ajuste muitointenso pode deixar o sinal borrado. Alguns osciloscópios possuem um ajuste de foco quepermite ajustar a espessura do traço.

Caso isto aconteça, configure as opções de canal para acoplamento “DC”, comtrigger automático. Aumente o valor de volts por divisão (Volts/Div) do canal

(efetivamente diminuindo a altura da linha) até a linha aparecer. Configure o tempo pordivisão (Time/Div) próximo da velocidade do evento desejado, e então ajuste Volts/Div atéo evento aparecer em um tamanho útil.

Os osciloscópios comumente possuem uma saída de teste que pode ser medida parase asseguram que um canal e sua ponta de prova estejam funcionando. Quando se utilizaum osciloscópio não familiar, é recomendado medir a este sinal primeiro.

A capacitância do fio na ponta de prova pode fazer com que o osciloscópio mostreimprecisamente sinais de alta velocidade. Se o sinal parece distorcido, ou seja se elemostrar pontas ou elevações estranhas, a capacitância da pronta de prova deve ser ajustada.Muitas destas (como as com atenuação de 10x) tem um pequeno parafuso de ajuste para acapacitância. A maioria dos osciloscópio provê uma saída de teste que produz uma onda

quadrada para o ajuste da ponta. O ajuste deve ser feito de modo que as bordas da ondapareçam um quadrado, sem excessos nem arredondamento.

As pontas de prova do osciloscópio são relativamente caras e frágeis. Para reduzir acapacitância, o condutor no cabo de prova é algumas vezes mais fino que um fio de cabelohumano. A "caneta" plástica da ponta é muitas vezes fácil de se quebrar. Deve-se evitardeixar a ponta de prova em algum local em que ela possa ser pisada.

Outra dica é que a largura de banda das pontas de teste devem ser iguais ou excederà largura de banda dos amplificadores de entrada do osciloscópio.

Em geral, a conexão de terra do osciloscópio deve ser ligada ao terra do circuito queestá sendo analisado. A maioria dos osciloscópios possui um conector de terra em suasaída. Para medir precisamente sinais de alta frequência, o cabo de terra deve ser o mais

curto possível; para frequências acima de 100 MHz, o conector embutido de terra deve serremovido e substituído por um pequeno pino de terra que sai do anel de terra na ponta daprova.

Se o osciloscópio possui uma conexão com o terra das linhas de alimentação, eprovável que o pino de terra também esteja ligado ao terra (através do chassi doosciloscópio). Se o circuito em teste também tem sua referência com o terra das linhas dealimentação, então conectar o pino de terra a qualquer sinal teria o mesmo efeito de umcurto-circuito ao terra, podendo causar danos ao circuito em teste ou ao próprio

http://pt.wikipedia.org/wiki/Capacit%C3%A2ncia

http://pt.wikipedia.org/wiki/Fio

http://pt.wikipedia.org/wiki/Onda_quadrada


http://pt.wikipedia.org/wiki/Cabelo

http://pt.wikipedia.org/wiki/Humano

http://pt.wikipedia.org/wiki/Largura_de_banda

http://pt.wikipedia.org/wiki/Frequ%C3%AAncia

http://pt.wikipedia.org/wiki/Curto-circuito

http://pt.wikipedia.org/wiki/Curto-circuito

http://pt.wikipedia.org/wiki/Frequ%C3%AAncia

http://pt.wikipedia.org/wiki/Largura_de_banda

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osciloscópio. Isto pode ser evitado alimentando-se o osciloscópio através de um

transformador de isolação.

6. MEDIÇÃO DE TENSÃO, FREQUÊNCIA E PERÍODO DEUMA FORMA DE ONDA

A sensibilidade vertical é usada para definir a variação de tensão associada a umadivisão vertical. Praticamente todas as telas de osciloscópio apresentam, superpostas àimagem, uma figura, chamada retícula, composta por quadrados com 1 cm de lado, querepartem a tela em um certo número de divisões verticais e horizontais. A sensibilidadehorizontal define o intervalo de tempo associado a uma divisão horizontal.

No desenho da Figura 15 e com as sensibilidades indicadas, determina-se o período,a frequência e o valor de pico da forma de onda.

Figura 15 – Forma de onda em uma tela de osciloscópio.

Um ciclo corresponde a quatro divisões. O período é, portanto:

e a frequência

A altura máxima acima do eixo horizontal compreende duas divisões. Portanto:

6.1 Medidas de FaseObserve na Figura 16 que cada função senoidal possui a mesma frequência,

permitindo que qualquer uma das formas de onda seja utilizada para determinar o período.Para a forma de onda escolhida na Figura 16, o período compreende 5 divisões por 0,2

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Transformador_de_isola%C3%A7%C3%A3o&action=edit&redlink=1

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ms/div. O defasamento entre as formas de onda (sem se referir a adiantamento ou atraso) é

de 2 divisões. Como o período completo representa um ciclo de 360º, a relação a seguirpode ser construída assim:

(1)

Figura 16 – Medida de diferença de fase entre duas ondas, utilizando um osciloscópio.

Substituindo na Equação 1, tem-se:

e portanto e está adiantada 144º em relação a i.

6.2 Valor Médio (Nível CC)Para que o osciloscópio meça valores médios de tensão, deve-se adotar a sequência

abaixo: Primeiramente, escolher GND a partir da lista de opções DC-GND-AC

associada a cada um dos canais verticais. Essa escolha bloqueia qualquer sinal

que tente entrar pela ponta de prova do osciloscópio e faz com que apareça natela uma linha horizontal, como se vê na Figura 17a; Conectar a ponta de prova do osciloscópio à tensão a ser medida e selecione a

opção DC. Se existir uma tensão contínua, a reta horizontal será deslocadapara cima ou para baixo, como na Figura 17b. Multiplicando estedeslocamento pela sensibilidade vertical, obtém-se o valor médio. Umdeslocamento para cima significa uma tensão positiva (a ponta de provavermelha ou positiva do osciloscópio está ligada ao potencial mais alto),






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enquanto um deslocamento para baixo indica uma tensão negativa (a ponta de

prova vermelha ou positiva do osciloscópio está ligada ao potencial maisbaixo).

Figura 17 – Uso do osciloscópio para medir tensões contínuas: (a) opção GNDselecionada; (b) deslocamento vertical devido a uma tensão contínua com a opção DC

selecionada.

Em geral:

(2)

Para a forma de onda da Figura 17b:

Pode-se também utilizar o osciloscópio para medir o valor médio de uma forma deonda qualquer por meio da seguinte sequência de operações:

Usando a opção GND, recoloque a linha horizontal no meio da tela; Escolha a opção modo AC (todas as componentes contínuas do sinal serão

bloqueadas – apenas as componentes variáveis aparecerão na tela). Observe alocalização de algum ponto bem definido da forma de onda, assim como abase da meia onda retificada vista na Figura 18a; ou seja, anote a posição desteponto na escala vertical. Lembre-se para referência futura de que, quando você

usar a opção AC, o osciloscópio distribuirá a forma de onda acima e abaixo doeixo horizontal, de forma que o valor médio passará a ser zero; ou seja, asáreas acima e abaixo do eixo serão iguais;

Agora escolha a opção modo DC (para permitir que tanto a componentecontínua quanto a alternada do sinal entrem no osciloscópio) e observe odeslocamento do ponto anotado no item acima, como na Figura 18b. AEquação 2 pode então ser utilizada para determinar o valor médio da forma de






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onda. No caso da forma de onda vista na Figura 18b, este valor será

aproximadamente:

Figura 18 – Determinação do valor médio de uma onda não-senoidal usando umosciloscópio: (a) canal vertical o modo AC; (b) canal vertical no modo DC.

Esta sequência de operações pode ser aplicada a qualquer sinal alternado. Em algunscasos pode ser necessário, para obter o valor médio, deslocar a posição inicial da forma deonda, na opção AC, para uma região diferente da tela ou escolher uma escala de tensãomais alta.

6.3 Medidas de FaseAs diferenças de fase entre tensões ou entre tensões e correntes em um circuitopodem ser medidas usando-se um osciloscópio de canal duplo. Também pode ser medida adiferença de fase utilizando um osciloscópio de canal simples, interpretando as figuras de Lissajous obtidas na tela.

Na figura 19, o canal 1 do osciloscópio de canal duplo está conectado de modo amostrar na tela, o gráfico da tensão aplicada e. O canal 2 está conectado de modo a mostrara tensão v L do indutor. É importante notar o fato de que o GND do circuito está conectadoao GND dos dois canais. Em outras palavras, existe apenas um GND comum para ocircuito e o osciloscópio. A forma de onda resultante pode ser visualizada como na Figura20.






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Figura 19 – Medida de diferença de fase e e vL.

Figura 20 – Determinação da diferença de fase entre fase e e v L.

Para a sensibilidade horizontal escolhida, as duas formas de onda vistas na Figura20 têm um período T de oito divisores horizontais, e a diferença de fase entre as duastensões é representada por 1,5 divisões. Como o período de uma senóide corresponde a360º, pode-se montar a seguinte regra de três para determinar o ângulo de fase θ :

Em geral:

(3)

Se for necessário obter a diferença de fase entre e e v R, o osciloscópio não poderáser conectado como mostra a Figura 21. Os pontos a e b têm uma conexão comum com






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GND, estando portanto ao mesmo potencial. Isso é equivalente a um curto-circuito, entre a

e b. O curto-circuito resultante “elimina” o elemento indutivo, sendo que a correnteaumenta devido à diminuição da impedância do circuito. Uma situação de perigo podeacontecer caso o indutor tenha uma alta impedância e o resistor tenha uma resistênciarelativamente baixa. A corrente, limitada apenas pela resistência R, poderá atingir valoresmuito elevados, danificando o equipamento.

Figura 21 – Conexão errônea para a medida de fase.

A diferença de fase entre e e v R pode ser determinada trocando-se as posições doindutor e do resistor no circuito ou introduzindo-se um resistor com a função de sensor decorrente, como mostra a Figura 22. Esse resistor permite detectar uma grandeza no circuitosem afetar seu comportamento. Em outras palavras, esse resistor tem de ser um valor muitopequeno, comparando com as outras impedâncias do circuito, para não provocar uma

alteração significativa nos valores de tensão e corrente ou nas relações de fase. Note que oresistor é introduzido de tal maneira que uma de suas extremidades fica conectada ao GNDdo circuito. De acordo com a Figura 22, o canal 2 mostrará a tensão v R, que está em fasecom a corrente i. Entretanto, a corrente também está em fase com a tensão v R no resistor R.O resultado é que as tensões v RS e v R estão em fase e a relação de fase entre e e v R pode serdeterminada observando-se as formas de onda de e e v RS.

Figura 22 – Determinação da diferença entre fase e e v R ou e e i usando um resistor auxiliar.






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Como v RS e i estão em fase, esse procedimento também nos fornece a diferença de

fase entre a tensão aplicada e e a corrente i da fonte. Se o valor de RS for suficientementepequeno em comparação com o de R e o de X L, as medidas de fase mostradas na Figura 19poderão ser realizadas com RS no circuito. Ou seja, as pontas de prova do canal 2 podem serconectadas na extremidade superior do indutor e em GND, podendo ser ignorado o efeitode RS. Com este método, não se mede o módulo da tensão v R, mas simplesmente adiferença de fase entre e e v R.

Se for necessário medir a diferença de fase entre e e iS no circuito mostrado naFigura 23, pode-se empregar um resistor sensor como mostrado na Figura 24.

Figura 23 – Determinação da diferença de fase entre i R e i L.

Figura 24 – Determinação da diferença de fase entre e e iF .

7. EXPERIÊNCIAS COM OSCILOSCÓPIO

7.1 Medições de Tensões Contínuas

Procedimento:1. Ajuste a chave de base de tempo para 1ms/div;2. Ajuste o traço no centro da tela (será a referência);






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3. Conecte a ponta de prova em um dos canais (CH1 ou CH2) e selecione o

acoplamento em CC, no canal selecionado;4. Posicione a chave de ganho vertical em 5V/div;5. Ligue a fonte de C.C. e ajuste para 10V de saída. Use o multímetro;6. Conecte a ponta de prova do osciloscópio nos bornes de saída da fonte de modo

que a garra de terra seja conectada ao borne negativo;7. Faça a leitura da tensão no osciloscópio:

Obs: Vcc = nº de divisões x posição da chave seletora de ganho vertical

V = _____ x _____ = _____V (Verifique com o multímetro se a tensão lidaconfere);

8. Ajuste, com o osciloscópio, uma tensão de 2,5V na fonte de tensão CC;9. Repita o item 7.

OBSERVAÇÃO: Como se observa, dependendo do valor a se medir, existe umaposição da chave seletora de ganho vertical em que se torna mais fácil a leitura. Sempre quese for realizar alguma leitura de tensão deve-se procurar colocar a chave seletora de ganhovertical em um valor mais alto e depois ir ajustando até que a leitura se torne mais fácil derealizar. Este cuidado é válido para todos os instrumentos sob risco de se danificar oaparelho.

7.2 Medições de Tensões Alternadas, Frequência e Período

Procedimento:1. Ligue o gerador de sinais à rede elétrica. Ajuste-o para um sinal senoidal de

frequência de 1 kHz e uma tensão de pico de 1 V;2. Conecte um canal do osciloscópio ao gerador de sinais, e selecione o

acoplamento em CA, no canal selecionado;3. Meça a tensão de pico a pico, a tensão de pico e a tensão eficaz da onda senoidal

na tela do osciloscópio;

Vpp = _____V; Vp = _____V; Vef = _____V;

4. Meça a tensão CA eficaz na saída do gerador de sinais com o multímetro;

Vef = _____V;

5. Atue na chave seletora de base de tempo até conseguir o menor número possívelde ciclos;






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6. Atuando no controle horizontal, estabeleça um ponto que será considerado como

início do ciclo da figura projetada na tela (o ponto deverá estar exatamente sobre a linhahorizontal);

7. Conte quantas divisões horizontais ocupa um ciclo na tela;8. Verifique qual a posição da chave seletora de base de tempo;9. Calcule período da C.A. projetada na tela ;

T= _____s

10. Calcule a freqüência:f = _____Hz f = 1/T






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Módulo 2 – Medidas de Ângulo de Fase de Um Capacitorem CA

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xz 18

Rx = 18

Rx = 18






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250 us

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Módulo 3 – Reatância Capacitiva

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Rx = 18

Rx = 18

18

18

3000 Hz






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