Compreender a operação básica de osciloscópios

O que é um osciloscópio e como ele deve ser utilizado?

O principal propósito de um osciloscópio é medir e exibir o desenvolvimento da tensão ao longo do tempo. Eles são amplamente utilizados para projetos elétricos/eletrônicos, testes e solução de problemas de quase todos os aparelhos elétricos.

Os osciloscópios mostram o desenvolvimento da tensão ao longo do tempo para formas de onda periódicas ou repetitivas. Modernos osciloscópios de armazenamento digital também podem facilmente exibir e capturar formas de onda não periódicas. Além da exibição básica de tensão ao longo do tempo, a maioria dos osciloscópios mais modernos costumam ter muitas funções adicionais, por exemplo:

• Medição automática de frequência ou tensão de pico a pico
• Possibilidade de examinar barramentos seriais e análise de sinais mistos
• Análise de domínio de frequência de sinais – semelhante a um analisador de espectro

O sistema vertical

O eixo vertical exibe a tensão em função do tempo. Ele é utilizado para ajustar e posicionar a forma de onda de maneira vertical. Para exibir e ajustar as formas de onda, é utilizado o controle volts/divisão que regula a amplificação ou a atenuação do sinal de entrada.

O aspecto mais importante a ter em mente ao configurar o sistema vertical é a utilização do controle volts/divisão para aumentar ao máximo a forma de onda na tela. Em outras palavras, fazer com que o pico positivo e o pico negativo fiquem o mais próximo possível da parte superior e da parte inferior, respectivamente, sem partes da forma de onda fora da área de exibição.

Isso assegura que sejam utilizados todos os bits dos osciloscópios do conversor analógico para digital (A/D) e todas as vantagens do conversor A/D. Também é mais fácil ver pequenos detalhes ou recursos em uma forma de onda ao maximizar a escala vertical.

O sistema horizontal

No que diz respeito ao sistema horizontal, há dois tópicos ou aspectos diferentes que precisam ser abordados: a exibição da forma de onda e a taxa de amostragem.

Exibição de forma de onda

Os controles de exibição da forma de onda no sistema horizontal são relacionados ao eixo horizontal, que corresponde ao tempo. Esses controles podem ser usados para ajustar a forma de onda e/ou alterar sua posição horizontal. Semelhante ao volts/divisão no sistema vertical, segundos/divisão altera a duração de cada divisão, ou seja, quantos ciclos podem ser vistos na tela do osciloscópio. Utilize o controle de posição para mover a forma de onda para a direita e para a esquerda na tela.

Taxa de amostragem

O aspecto mais importante do sistema horizontal é chamado de amostragem.
O sistema horizontal digitaliza o sinal de entrada em uma determinada taxa de amostragem em amostras por segundo ou a cada intervalo de amostragem. Essas amostras são armazenadas na memória e, em conjunto, elas constituem o chamado registro de forma de onda.

Quanto maior a taxa de amostragem:

• Maior é a resolução/o grau de detalhes da forma de onda exibida
• Maior é a probabilidade de captar eventos incomuns
• Maiores são requisitos de armazenamento (maior profundidade de memória)

Qual taxa de amostragem deve ser escolhida?
Se a amostragem do sinal de entrada for muito lenta, existe o risco de obter um sinal incorreto que não representa adequadamente a amostra digital.

Sistema de trigger e modo de trigger

O sistema de trigger é extremamente importante, pois triggering é necessário para quase todas as operações de osciloscópios. Essencialmente, um disparo, ou trigger, define as condições que devem ser cumpridas antes que o osciloscópio inicie a aquisição ou comece a recolher amostras.
O triggering pode realizar duas tarefas diferentes:

É importante definir corretamente o trigger. A configuração incorreta de trigger é um problema muito comum ao utilizar osciloscópios. Há muitos tipos diferentes de trigger. Osciloscópios modernos podem acionar triggers em fatores como larguras de pulso, runts ou glitches. O tipo mais comum de trigger é o trigger de borda.

No trigger de borda, o disparo ocorre quando o limite de tensão definido é ultrapassado, seja na borda ascendente ou na borda descendente de uma forma de onda.

Além dos diferentes tipos de trigger, também existem vários modos de trigger. O modo de trigger determina o comportamento do instrumento se não ocorrer nenhum trigger. Aqui, distinguimos entre modo Auto e Norm.

No modo Auto, o osciloscópio dispara repetidas vezes após um intervalo de tempo se as condições para o trigger não forem cumpridas. Se um trigger real ocorrer, ele tem prioridade. Esse modo ajuda a ver a forma de onda mesmo antes do trigger ser configurado. A forma de onda na tela não é sincronizada e formas de ondas sucessivas não são disparadas no mesmo ponto da forma de onda.

No modo Norm, o instrumento captura uma forma de onda normal somente se ocorrer um trigger, ou seja, se todas as condições para o trigger forem cumpridas. Se nenhum disparo acontecer, nenhuma forma de onda é capturada e é exibida a última forma de onda capturada. Se nenhuma forma de onda tiver sido capturada antes, não é feita nenhuma exibição.

O sistema de exibição

Em osciloscópios analógicos, o sistema de exibição era somente um pouco mais do que um tubo de raios catódicos exibindo um traço verde brilhante. Os sinais analisados ou medidos frequentemente correspondiam às divisões de contagem na tela.

Os osciloscópios digitais possuem muitas funções de exibição e medição, como aumentar e diminuir o zoom de um sinal e utilizar cursores ou marcadores para fazer medições manuais. Também há um grande número de funções automatizadas, como tensão de pico a pico, frequência, tempos de subida e descida, velocidade de variação da saída, fator de crista e contagens de pulso.
Muitos desses valores também podem ser feitos em uma base estatística (medições estatísticas).