O OSCILOSCÓPIO
Terminologia

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Estudar sobre um assunto implica em conhecer novos termos técnicos. Este capítulo se dedica a explicar os termos mais utilizados com relação ao estudo dos osciloscópios.

Termos utilizados nas medições

Existe um termo geral para descrever um padrão que se repete no tempo: onda. Existem ondas de som, ondas oceânicas, ondas cerebrais e por suposição, ondas de tensão. Um osciloscópio mede estas últimas. Um ciclo é a menor parte de uma onda que se repete no tempo. Uma forma de onda é a representação gráfica de una onda. Uma forma de onda de tensão sempre se apresentará com o tempo no eixo horizontal (X) e a amplitude no eixo vertical (Y).

A forma de onda nos proporciona uma valiosa informação sobre o sinal. Em qualquer momento podemos visualizar a amplitude que alcança e, portanto, saber se o valor da tensão alterou-se no decorrer do tempo (se observamos, por exemplo, uma linha horizontal poderemos concluir que nesse intervalo de tempo o sinal é constante). Com a inclinação das linhas diagonais, tanto em rampa de subida como em rampa de descida, podemos conhecer a velocidade na passagem de um nível para outro, podemos observar também mudanças repentinas no sinal (ângulos muito agudos) geralmente provocadas por fenômenos transitórios.

Tipos de ondas

As formas de onda podem ser classificadas nos quatro tipos mostrados a seguir:

• Ondas senoidais.
• Ondas quadradas e retangulares.
• Ondas triangulares e em dente de serra.
• Pulsos e Bordas ou Degraus.

Ondas senoidais

São as ondas fundamentais e isso por várias razões: Possuem algumas propriedades matemáticas muito interessantes (por exemplo, com a combinação de sinais senoidais de diferentes amplitudes e freqüências se pode reconstruir qualquer forma de onda), o sinal que se obtém das tomadas de força elétrica de qualquer casa têm esta forma, os sinais de teste produzidos pelos circuitos osciladores de um gerador de sinais também são senoidais, a maioria dos geradores de potência em AC (corrente alternada) produzem sinais senoidais.

O sinal senoidal amortecido é um caso especial deste tipo de ondas e é produzido em fenômenos de oscilação, especificamente nos casos em que não mantém seu aspecto original no decorrer do tempo.

Ondas quadradas e retangulares

As ondas quadradas são basicamente ondas que passam de um estado a outro de tensão, a intervalos regulares, em um intervalo de tempo muito reduzido. São bastante utilizadas na prática para testar amplificadores ( devido ao fato de que este tipo de sinais conterem em si mesmos todas as freqüências ). A televisão, o rádio e os computadores utilizam muito este tipo de sinais, fundamentalmente como relógios e temporizadores.

As ondas retangulares se diferenciam das ondas quadradas por não apresentarem intervalos iguais nos momentos em que a tensão permanece em nível alto e baixo. São particularmente importantes para analisar circuitos digitais.

Ondas triangulares e em formato dente de serra

São produzidas em circuitos projetados para controlar tensões linearmente, como podem ser, por exemplo, o controle horizontal de um osciloscópio analógico ou o controle tanto horizontal como vertical de uma televisão. As transições entre o nível mínimo e máximo de um sinal mudam a um ritmo constante. Estas transições são denominadas de rampas.

A onda em formato dente de serra é um caso particular de sinal triangular com uma rampa de descida quase vertical em comparação com a rampa de subida.

Pulsos e Bordas ou Degraus

Sinais, como bordas ou degraus e pulsos, que aparecem somente uma vez, são denominados de sinais transitórios. Uma borda ou degrau indica uma mudança repentina na tensão, como por exemplo quando ligamos um interruptor de alimentação. O pulso indicaria, neste mesmo exemplo, que foi conectado o interruptor e em um determinado instante foi desconectado. Geralmente o pulso representa um bit de informação atravessando um circuito de um computador digital ou também um pequeno defeito em um circuito (por exemplo um falso contato momentâneo). É comum encontrarmos sinais deste tipo em computadores, equipamentos de raios X e de comunicações.

Medidas nas formas de onda

Nesta seção descreveremos as medidas mais usuais para descrever uma forma de onda.

Período e Freqüência

Se um sinal se repete no tempo, possui uma freqüência (f). A freqüência se mede em Hertz (Hz) e é igual ao número de vezes que o sinal se repete em um segundo, quer dizer, 1Hz equivale a 1 ciclo por segundo.
Um sinal repetitivo também possui outro parâmetro: o período, definido como o tempo que o sinal demora para completar um ciclo.
Período e freqüência são inversos um do outro:

Tensão

Tensão é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos de um circuito. Normalmente um desses pontos apresenta potencial nulo (GND, 0v), mas nem sempre, por exemplo se pode medir a tensão pico a pico de um sinal (V_pp) como a diferença entre o valor máximo e mínimo deste. A palavra amplitude significa geralmente a diferença entre o valor máximo de um sinal e o terra.

Fase

A fase pode ser explicada muito melhor se consideramos a forma de onda senoidal. A onda senoidal pode ser extraída da movimentação de um ponto sobre um círculo de 360º. Um ciclo do sinal senoidal alcança os 360º.


Quando se comparam dois sinais senoidais de mesma freqüência pode ocorrer que ambos não estejam em fase,ou seja, que não coincidam no tempo as passagens por pontos equivalentes de ambos sinais. Neste caso, se diz que ambos sinais estão defasados, podendo-se medir esta defasagem com uma simples regra de três:

360º \\ t ------> x}\right\} ">

Sendo t o tempo de atraso entre um sinal e outro.

Que parâmetros influem na qualidade de um osciloscópio?

O termos definidos nesta seção nos permitirão comparar diferentes modelos de osciloscópio disponíveis no mercado.

Largura de Banda

Especifica a faixa de freqüências nas quais o osciloscópio pode medir com precisão. Por convenção, a largura de banda se calcula desde 0Hz (contínua) até a freqüência na qual um sinal do tipo senoidal é visualizado a uns 70.7% do valor aplicado à entrada (o que corresponde a uma atenuação de 3dB).

Tempo de subida

Outro dos parâmetros que nos dará, junto com o anterior, a máxima freqüência de utilização do osciloscópio. É um parâmetro muito importante se desejarmos medir com confiabilidade pulsos e degraus (lembrar que este tipo de sinais possuem transições entre níveis de tensão muito rápidas). Um osciloscópio não pode visualizar pulsos com tempos de subida mais rápidos do que o seu próprio.

Sensibilidade vertical

Indica a facilidade do osciloscópio para amplificar sinais fracos. Se pode proporcionar em mV por divisão vertical; normalmente é da ordem de 5 mV/div (chegando até 2 mV/div).

Velocidade

Para osciloscópios analógicos esta especificação indica a velocidade máxima da varredura horizontal, o que nos permitirá observar eventos mais rápidos. Pode ser da ordem de nanosegundos por divisão horizontal.

Exatidão no Ganho

Indica a precisão com a qual o sistema vertical do osciloscópio amplifica ou atenua o sinal. É indicada normalmente em porcentagem máxima de erro.

Exatidão da base de tempo

Indica a precisão na base de tempo do sistema horizontal do osciloscópio para visualizar o período do sinal (tempo). Também pode ser dada em porcentagem de erro máximo.

Velocidade de amostragem

Nos osciloscópios digitais indica quantas amostras por segundo é capaz de obter o sistema de aquisição de dados (especificamente o conversor A/D). Nos osciloscópios de qualidade comprovada, chegamos a velocidades de amostragem de Megamostras/sg. Uma velocidade de amostragem grande é importante para podermos visualizar pequenos períodos de tempo. No outro extremo da escala, também necessitamos de velocidades de amostragem baixas para podermos observar sinais de variação lenta. Geralmente a velocidade de amostragem permite atuarmos sobre o comando TIMEBASE para manter constante o número de pontos que foram armazenados para representar a forma de onda.

Resolução vertical

É medida em bits e é um parâmetro que nos dá a resolução do conversor A/D no osciloscópio digital. Nos indica com que precisão os sinais de entrada são convertidos em valores digitais armazenados na memória. Técnicas de cálculo podem aumentar a resolução efetiva do osciloscópio.

Comprimento do registro

Indica quantos pontos são memorizados em um registro para a reconstrução da forma de onda. Alguns osciloscópios permitem variar, dentro de certos limites, este parâmetro. O máximo comprimento do registro depende do tamanho da memória de que dispõe o osciloscópio. Um comprimento do registro grande permite realizar zooms sobre detalhes da forma de onda de forma muito rápida (os dados já haviam sido armazenados), sem esquecer que esta vantagem tem um custo, o de consumir mais tempo no momento de amostrar o sinal completo.