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As Utilidades do Osciloscópio (INS394)

Um dos instrumentos de maior utilidade na bancada de trabalhos eletrônicos como em outros setores de pesquisa é o osciloscópio. Visualizando fenômenos dinâmicos, ele não só possibilita uma avaliação de sua forma de variação, como também a realização de medidas precisas. Porém nem todos sabem utilizar o osciloscópio aproveitando todos os seus recursos.

Nota: este artigo é de 1989. Ele trata de um osciloscópio analógico básico da época, Os osciloscópios digitais atuais fazem as mesmas coisas se muito mais.

Embora este instrumento seja utilizado com maior frequência no laboratório de eletrônica, principalmente em setores mais avançados como, por exemplo, os que envolvem circuitos de altas frequências, calibrações de instrumentos e telecomunicações, o osciloscópio é, na verdade, um recurso muito mais amplo.

As escolas técnicas que possuem este instrumento, com programação bem feita, podem aproveitá-lo em demonstrações nos cursos de física e até mesmo de química. Do mesmo modo, o osciloscópio pode ser usado também como um preciso instrumento analógico, o que nem sempre é lembrado em trabalhos na bancada.

 

O OSCILOSCÓPIO BÁSICO

Os modernos osciloscópios, como o da foto, possuem, às vezes, muito mais recursos do que um técnico ou um profissional de reparação precisa. Duplo traço, ou mesmo quádruplo, memória, expansão de sinal, modulação de feixe, são alguns destes recursos.

 


 

 

Um osciloscópio básico, como vemos na figura 1, possui duas entradas: uma vertical, onde normalmente é aplicado o sinal externo e que provoca a movimentação do feixe no sentido vertical da tela, e outra horizontal, que tanto pode ser usada para sincronismo interno, fazendo com que o feixe percorra uma extensão fixa no sentido horizontal a partir de um comando dente-de-serra, como também para a aplicação de outro sinal externo ou de sincronismo externo.

 


 

 

Para as duas entradas temos controles de ganho que permitem trabalhar com uma ampla faixa de intensidades de sinais. Para o sincronismo interno temos uma faixa de frequências também ampla, que permite visualizar sinais numa faixa de frequências de mesma ordem.

A aplicação mais simples é mostrada na figura 2 e consiste na visualização de um sinal senoidal (corrente alternada da rede aplicada na entrada vertical) com a amplitude ajustada no controle de sensibilidade vertical.

 


 

 

Na varredura horizontal temos uma frequência de 30 Hz, que permite visualizar dois ciclos completos da corrente alternada.

Observe que a tela é dotada de divisões (quadriculado), que servem de referência para a determinação da amplitude e frequência de sinais, como a senóide da tensão da rede, ou para a medida de outras grandezas.

Partindo destas informações podemos descrever algumas aplicações interessantes para o osciloscópio.

 

CALIBRAÇÃO DA ENTRADA VERTICAL - CANAL Y

Os osciloscópios são dotados de controles de ganho para o canal vertical, que nem sempre são calibrados com precisão. Em que posição deveremos levar este controle para que tenhamos, por exemplo, 1 V para cada divisão (figura 3).

 


 

 

O procedimento dado a seguir, que usa como referência um voltímetro digital, de preferência, nos permite calibrar um osciloscópio, determinando posições de ganho para que coincida com as divisões da tela (figura 4).

 


 

 

Inicialmente, ligamos o osciloscópio e, depois de deixá-lo aquecer, fixamos o ponto nitidamente no centro da tela.

A varredura interna deve estar desligada. Na entrada, ligamos o circuito indicado com o voltímetro e ajustamos P1 para obter a tensão correspondente a uma divisão.

O ganho vertical do osciloscópio (eixo Y) deve ser ajustado para que o ponto se desloque uma divisão para cima em relação ao centro da tela. A posição do controle de ganho deve, então, ser marcada como correspondente ao número de volts indicados no voltímetro para cada divisão.

 

MEDIDAS DE TENSÕES CONTÍNUAS

A partir do procedimento anterior, com um osciloscópio devidamente calibrado, podemos tanto medir tensões Continuas como a amplitude pico-a-pico de tensões alternadas.

Bastará ligar a fonte de tensão à entrada vertical do osciloscópio, com o ganho no eixo Y na posição de menor sensibilidade (para evitar sobrecarga do circuito), e a varredura interna desligada.

Feita a ligação, depois de centralizarmos o ponto, ajustamos o controle de ganho do eixo Y (vertical) até pararmos numa marca previamente calibrada, que nos permita uma visualização da tensão a ser medida.

Para o caso de uma tensão contínua, ela aparecerá simplesmente como um ponto deslocado do centro, em direção vertical. Para uma tensão alternada teremos um traço vertical.

Na figura 5 temos exemplos destas visualizações, que nos permitem, determinar as tensões.

 


 

 

No caso (a) estando o ponto deslocado uma divisão e meia para cima da referência (centro) e o controle de sensibilidade na posição de 500 mV por divisão, teremos uma tensão de 750 mV.

No caso (b) estando o traço ocupando 3 divisões (1,5 acima e 1,5 abaixo do centro da tela) e na posição de 1 V por divisão, a tensão medida, pico-a-pico, será de 3 V.

Este mesmo procedimento também serve para avaliar a amplitude de um sinal retangular ou quadrado, conforme mostra a figura 6.

 


 

 

Veja que, nestes casos, não estamos utilizando a varredura horizontal interna, que nos permitiria visualizar a forma de onda. Nos cursos técnicos, em que a introdução ao uso do osciloscópio deve ser feita de forma gradual, a realização de experiências antes do conhecimento desta varredura é importante.

 

CARACTERÍSTICA TENSÃO x CORRENTE NUM RESISTOR

Eis um experimento bastante simples e que consiste na visualização da característica tensão/corrente num resistor. Na figura 7 temos a disposição dos elementos do circuito para que tenhamos a visualização da característica.

 


 

 

Ajustando os controles de sensibilidade vertical e horizontal para o mesmo ganho, o traço ficará inclinado em 45 graus quando P1 for também ajustado para que tenha a mesma resistência de R1.

A explicação para o que se vê no osciloscópio é que a intensidade da corrente é dada pela resistência de P1 somada a R1 e pela tensão do gerador.

Como os resistores puros não causam alterações na fase do sinal alternado, em cada instante o deslocamento do feixe no sentido vertical é proporcional ao deslocamento no sentido horizontal. Durante um ciclo completo da tensão do gerador, esta proporcionalidade se mantém linearmente, o que se traduz no traço reto, porém inclinado.

 

CARACTERÍSTICA DE UM DIODO

Com o procedimento descrito a seguir, podemos visualizar a característica de um diodo comum, do tipo 1N4148, por exemplo, como mostra a figura 8.

 


 

 

A fonte de corrente alternada pode ser um transformador de 6 V de secundário com uma corrente de pelo menos 100 mA.

Devemos então abrir o interruptor S1 e manter S2 fechado. Ajustamos, assim, a tensão para 0 V.

A seguir, passamos o osciloscópio para a posição de varredura externa (EXT). As entradas X e Y devem estar na posição DC.

Levamos, através dos ajustes de centralização, o ponto na tela a algumas divisões abaixo do centro.

Como próxima etapa, ajustamos a tensão da fonte para obter a tela mostrada na figura 9, assim como os controles de sensibilidade das duas entradas (X e Y).

 


 

 

Nesta experiência seria interessante identificar as regiões de condução e bloqueio do diodo. Também é interessante realizar a experiência duas vezes, uma com diodo de germânio e outra com de silício para verificar as diferenças de características.

Fechando a chave S1, teremos uma corrente paralela de grande intensidade, quando comparada com a inversa pelo diodo, porém pequena quando comparada com a que se obtém na polarização direta. Teremos, desta forma, um deslocamento para a direita da característica projetada na tela do osciloscópio. Com a abertura de S2 teremos novamente uma alteração do oscilograma.

 

CARACTERÍSTICA DE CONTROLE DE FASE COM TRIAC

Na figura 10 temos um circuito para se estudar a ação de um triac num controle de fase, com a visualização da sua condução para o circuito de carga.

 


 

 

O triac pode ser qualquer um da série TIC para 200 V se a rede for de 110 V e para 400 V se a rede for de 220 V. É conveniente usar um transformador de isolamento, e como carga, uma lâmpada incandescente de 5 a 25 W, conforme a potência do transformador.

O capacitor é de poliéster para 100 V ou mais e o potenciômetro linear de 100 k.

O procedimento para a experiência é o seguinte: o canal X do osciloscópio deve estar com a varredura interna ligada e o ganho de Y deve ser ajustado para que se obtenha a imagem mostrada na figura 11.

 


 

 

Para chegar a esta imagem também será necessário ajustar a frequência de varredura para valores em torno de 30 Hz. A sonda atenuadora deve estar intercalada entre a entrada e o circuito, á que estamos trabalhando com tensões elevadas.

Na demonstração do funcionamento do triac devemos medir os ângulos de condução nos pontos de máxima e mínima resistência do potenciômetro P1.

Através destes ângulos, pode-se calcular a faixa de controle de potência na carga. A simples observação do brilho da lâmpada durante o experimento permite fazer uma correlação entre o ângulo de condução e a potência aplicada.

Podemos também modificar a faixa de ângulos de condução com a troca do capacitor. A troca do capacitor é interessante, para que se verifique, na prática, a influência de seu valor no ponto de disparo.

 

Publicado originalmente em 1989 (revisado em 2017)

 

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