O osciloscópio na manutenção de aparelhos eletrônicos

Um dos instrumentos de maior utilidade em qualquer tipo de manutenção eletrônica quer seja de equipamentos de consumo, industriais ou ainda computadores e periféricos é o osciloscópio. Com ele podemos visualizar as formas de onda nos diversos pontos de um circuito, medir tensões e com isso descobrir com facilidade qual circuito ou qual componente não está funcionando. No entanto, para usar o osciloscópio é preciso um certo preparo e este preparo não consiste simples em se ler o manual do fabricante do instrumento ou ainda em se fazer experiências mexendo nos botões do painel "para ver o que acontece". Na verdade, um problema grave que ocorre com a venda de certos instrumentos eletrônicos, como o osciloscópio é que eles não são acompanhados de manuais que possam ser considerados acessíveis e completos. A maioria dos fabricantes supõe que o comporador do osciloscópio seja um profissional que saiba como usá-lo. Isso sem se falar que muitos desses manuais são falhos na própria edição original, as traduções são mal feitas contendo erros e omissões que dificultam bastante o uso pelo comprador. Neste artigo vamos dar algumas "dicas" simples para os profissionais que adquiriram seu primeiro osciliscópio ou que não tenham experiência alguma e desejam adquirir um.

 


A finalidade básica de um osciloscópio é permitir a visualização das formas de onda de sinais, obtidas diretamente a partir de circuitos eletrônicos. O osciloscópio consegue isso fazendo com que um feixe de elétrons trace na tela de um tubo de raios catódicos uma imagem deste sinal, conforme mostra a figura 1.


Figura 1

No entanto, os sinais que existem nos circuitos eletrônicos, como por exemplo de uma fonte chaveada de um monitor de vídeo ou ainda de um circuito de sincronismo são extremamente rápidos é preciso que o osciloscópio tenha recursos para "congelar" a imagem ou pelo menos apresentá-la de modo que vejamos alguma coisa. Para que tenhamos a visualização da forma de onda, mesmo de frequências muito altas, devem entrar em jogo dois tipos de sinais. O primeiro sinal é aquele que desejamos visualizar e que normalmente é aplicado num circuito que deflexiona o feixe de elétrons no sentido vertical, ou seja, ele oscila para "baixo e para cima" segundo o padrão deste sinal.
O segundo sinal desloca o feixe da esquerda para a direita de modo a não termos simplesmente uma linha vertical, mas uma visualização "no tempo" conforme mostra a figura 2.


Figura 2

É a combinação correta das frequências dos dois sinais que permite obter uma imagem ideal do que desejamos ver. Assim, por exemplo, se o sinal que desejamos visualizar tiver duas vezes a frequência daquele que provoca o movimento horizontal, denominado varredura (da esquerda para direita), conseguimos visualizar dois ciclos completos, conforme mostra a figura 3.



Figura 3

É claro que o osciloscópio não possui apenas ajustes da frequência de varredura que deve ser escolhida conforme a frequência do sinal que deve ser visualizado. Se qualquer dos dois sinais (varredura e visualizado) for muito intenso, a tendência é que a imagem "saia da tela" enquanto que, se for muito fraco, a imagem pode ficar muito pequena para podermos ver algum detalhe. Assim, outros controles importantes são os que ajustam as amplitudes dos sinais.
Temos ainda um outro controle importante a ser considerado: se o sinal visualizado não tiver uma frequência que seja um múltiplo exato da frequência do sinal usado para a varredura, a imagem não sincroniza e aparece entrecortada. O resultado disso é a produção de uma imagem instável ou ainda formada por múltiplos traçados, conforme mostra a figura 4.



Figura 4

Assim, os osciloscópios possuem um ajuste de chaveamento do sinal de modo que a frequência da varredura se desloque levemente de modo a sincronizar a imagem e assim ser obtido um traçado único para o feixe de elétrons. Muitos osciloscópios destinados ao trabalho em service de televisores e monitores de vídeo possuem circuitos que sincronizam os sinais diretamente com os circuitos do equipamento analisado. Desta forma, fica muito mais fácil observar sinais do circuito horizontal de um televisor ou monitor se o sincronismo da imagem do osciloscópio for obtido diretamente do oscilador horizontal do aparelho analisado. Da mesma forma, fica muito mais fácil analisar um circuito de deflexão vertical de um monitor de vídeo se o osciloscópio for sincronizado por seu sinal.

Existem então controles que permitem levar a imagem ao ponto ideal conforme a frequência do sinal analisado, sua intensidade e também sua origem. Sabendo usar estes controles, fica fácil para o profissional de manutenção observar formas de ondas em circuitos diversos como televisores, monitores de vídeo, amplificadores de áudio, controles de máquinas industriais, fontes chaveadas de PCs e periféricos, a própria tensão da rede de energia, transmissores, osciladores, etc.



Figura 5


COMO LIGAR O OSCILOSCÓPIO NUM EQUIPAMENTO EM TESTE
Os osciloscópios são como os multímetros: devem ser ligados com cuidado nos circuitos analisados, pois se as tensões encontradas forem muito altas, podem ocorrer problemas de sobrecarga. Da mesma forma, se o osciloscópio for ligado de forma indevida num circuito ele pode afetar a forma do sinal que vai ser observado com uma falsa indicação de um problema que não existe. Os osciloscópios possuem pontas de prova especiais que evitam a captação de ruídos que possam afetar a forma de onda do sinal que vai ser observado. Da mesma forma, esta pontas são de baixa capacitância de modo a não alterar a forma de onda do sinal. Uma capacitância parasita, como de um fio longo, altera a constante de tempo do circuito e com isso a forma de onda do sinal que vai ser observado. O osciloscópio comum deve ser ligado conforme mostra a figura 6.



Figura 6

O cabo de entrada de sinal deve ser ligado à entrada vertical (V). Isso significa que os sinais aplicados a esta entrada vão deflexionar o feixe de elétrons que produz a imagem para cima e para baixo. O pólo vivo da entrada vai ligado diretamente ao ponto onde está o sinal que desejamos observar. Para esta finalidade as pontas de prova são dotadas de pequenos ganchos que facilitam sua conexão usando uma área m¡nima exposta. Isso minimiza a possibilidade de se captar zumbidos que possam afetar a forma de onda do sinal observado. A garra jacaré que vai ligada à blindagem do fio de entrada deve ser ligada à massa ou terra do aparelho em que se está observando a forma de onda. Veja que este ponto do cabo está bem pr¢ximo da ponta de modo a se obter o maior efeito de blindagem possível e assim minimizar a possibilidade de captação de zumbidos. Nos tipos modernos podem existir conectores especiais que minimizam ainda mais a possibilidade de captação de zumbidos.
Uma vez feita a conexão do osciloscópio ao aparelho em prova, antes de ligar o osciloscópio e o pr¢prio aparelho em prova devemos observar o seguinte: Se não tivermos idéia da intensidade do sinal que existe no ponto analisado, devemos ajustar o ganho do osciloscópio para o mínimo, ou seja, "mais volts por divisão". O que ocorre, conforme mostra a figura 7, é que a intensidade do sinal vai determinar quantas divisões da tela sua imagem ocupa.



Figura 7

Por exemplo, se um sinal tiver 20 volts de amplitude e o osciloscópio for ajustado para apresentar 10 volts por divisão, o sinal em questão vai ocupar duas divisões em sua amplitude máxima. Se o osciloscópio tiver sido ajustado para uma sensibilidade de 1 volts por divisão e o sinal tiver 100 volts de amplitude, evidentemente a tela não tem 100 divisões e a imagem "cai fora" da tela, conforme mostra a figura 8.


Figura 8

Se não souber qual ‚ a intensidade do sinal, comece por um valor alto e depois vá reduzindo até que a imagem caia confortavelmente dentro da tela de modo que você possa observá-la. O outro ajuste que devemos fazer antes de ligar o aparelho em teste é o da frequência de varredura. Normalmente, nos osciloscópios comuns a varredura (sweep) ‚ expressa, não em termos de frequência mas sim em termos de tempos, conforme mostra a figura 9.



Figura 9

O profissional que trabalha com este tipo de instrumento deve estar apto a saber escolher o melhor tempo de varredura de acordo com a freqüência do sinal que está sendo analisado. Assim, um milisegundo (1 ns) significa que o tempo para a varredura completa do sinal é de 1 milésimo de segundo e que portanto uma frequência de 1 quilohertz (1 kHz) terá seu sinal observado num ciclo completo. Se o sinal observado tiver frequência maior, teremos a possibilidade de observar mais de um ciclo com este tempo de varredura. Por exemplo, um sinal de 5 kHz terá 5 ciclos visualizados quando o tempo escolhido para a varredura for de 1 ms, conforme mostra a figura 10.



Figura 10

Para uma varredura de 1 us (1 micro segundo) temos um tempo 1 000 vezes menor, o que nos leva a visualização de sinais 1 000 vezes mais rápidos. Assim, com este tempo é possível colocar na tela um ciclo completo de um sinal de entrada de 1 MHz. Um sinal de 5 MHz com um tempo de varredura de 1 us terá visualizado 5 ciclos completos. Para um tempo de varredura de 1 ns (1 nano segundo), aumentanos a frequência dos sinais que podem ser vistos outras 1 000 vezes. Com isso, uma varredura de 1 nano segundo nos permite colocar na tela um sinal de 1 GHz. Se o tempo for de 10 ns, que normalmente é o menor que encontramos nos osciloscópios comuns, a frequência do sinal que resultará na visualização de um ciclo completo será de 100 MHz. Veja então que o tempo de varredura deve ser tanto menor quanto maior for a frequência do sinal que deve ser visualizado.
É claro que, se o profissional tiver dúvidas quanto ao valor exato da frequência, pode ir aumentando a varredura até obter uma visualização da forma de onda de acordo com o desejado. Na figura 11 mostramos o que ocorre quando passamos de um tempo muito grande de varredura para o tempo ideal e depois para um tempo menor do que o ideal na visualização da forma de onda de um sinal.


Figura 11

O ajuste do gatilhamento (trigger) pode ser necessário para se obter uma imagem parada (estável). Normalmente, o gatilhamento do sincronismo é feito de modo semelhante ao usado em televisores, nos osciloscópios comuns. A passagem do sinal por um determinado nível faz com que o oscilador interno seja gatilhado, produzindo então seu sinal. Isso garante que a frequência de varredura seja um valor múltiplo da frequência do sinal que deve ser observado e com isso seja obtida uma imagem estável. Um tipo de gatilhamento pode ser feito com a passagem do sinal por zero (zero crossing detector), conforme mostra a figura 12.



Figura 12

Veja então que o início de um ciclo de varredura é determinado pela passagem do sinal pelo ponto de zero volt. Outro caso importante é aquele em que o gatilhamento é externo, obtido do próprio circuito que está sendo analisado.


OUTROS AJUSTES
Evidentemente, os osciloscópios possuem outros ajustes que devem ser observados para se ter uma imagem correta. O ajuste de brilho e foco são simples de se entender. Através do controle de brilho ajustamos a luminosidade do traço na tela de modo que sua visualização seja confortável de acordo com a luz ambiente. Para um ambiente mais claro, precisamos de um brilho maior. O foco, por outro, ajusta a largura do traço obtido para a imagem. Um foco desajustado produz uma imagem borrada. Na figura 13 mostramos o que ocorre com um ponto de imagem produzido pelo feixe de elétrons quando não está sendo deflexionado, com o ajuste de foco no ponto certo e no ponto errado.


Figura 13

Os ajustes de posicionamento vertical e horizontal da imagem, são importantes para se levar esta imagem ao centro da tela. Nas medidas de tensão e frequência feitas pelo osciloscópio o posicionamento horizontal e vertical são importantes para se levar à centralização da imagem e ao enquadramento nas divisões de referência de modo a se obter uma leitura precisa. Na figura 14 mostramos o que ocorre quando atuamos sobre estes controles.



Figura 14

Os osciloscópios mais completos possuem ainda controles especiais que permitem obter um "zoom" de uma parte do sinal projetado e até mesmo de memorizar a forma de onda de um sinal, o que se torna interessante na análise de pulsos de curta duração, como por exemplo transientes de uma rede de energia. O controle de zoom permite aumentar um pedaço do sinal de modo que pequenas variações possam ser observadas. Isso é interessante quando desejamos ver o que acontece no alto de um pico de tensão, conforme mostra a figura 15.



Figura 15

O "congelador de imagem" funciona do mesmo modo que no caso de um aparelho de vídeo-cassete. Podemos usar este controle quando desejamos analisar um pulso de curta duração, pois ele desapareceria imediatamente da tela, não dando tempo para observação. Na análise de formas de onda de um computador , ou qualquer outro circuito digital, esta função é especialmente importante. Nas saídas serial e paralela não temos sinais de frequências fixas, o que significa que somente com este recurso é possível analisar as transições dos sinais.


QUE OSCILOSCÓPIO COMPRAR
Para trabalhar em televisores, videocassetes, DVDs, CD players, equipamentos automotivos, monitores de vídeo, computadores e equipamentos de som (multimidia), fontes e periféricos, osciloscópios de 40 MHz ou mais são perfeitamente adequados para a maioria das tarefas. O que ocorre é que mesmo havendo frequências mais altas em muitos dos circuitos analisados, normalmente elas ocorrem em partes em que a observação de sua forma de onda não é importante para um trabalho de diagnóstico. Assim, apenas numa placa mãe encontramos frequências acima dos 50 MHz, o que significa que a não ser que desejemos um detelhamento do que ocorre neste circuito, um osciloscópio de resposta maior será necessário.
Também deve ser observado que num osciloscópio de 40 MHz podemos observar sinais de frequências mais elevadas. Apenas ocorre que este é o limite para uma observação precisa. Se o leitor é um profissional da eletrônica somente começando a usar é que vai perceber quanto ele é útil.

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