Treinamento Do Osciloscopio DSO1000 PDF

 

DSO1000 Recursos de Treinamento Tr einamento do Osciloscópio para o Professor

Guia de Laboratório e Tutorial para alunos de cursos universitários de Engenharia Elétrica e Física

 

 

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teste Keysight.

Número de peça do manual 54136-97008

Edição Maio de 2012 Disponível somente em formato eletrônico Keysight Technologies, Inc. 1900 Garden of the Gods Road Colorado Springs, CO 80907 EUA

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Guia e Tutorial de laboratório—Visão geral Este Guia de Laboratório e Tutorial de Osciloscópio para estudantes de Engenharia Elétrica/Física deve ser se r usado com os osciloscópios Série DSO1000 da Keysight Technologies.

 

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Algumas palavras para os professores professores de Engenharia Elétrica/Física Caros professores professores de Engenharia Elétrica/Física e/ou instrutores de laboratório, Este guia de laboratório e tutorial do osciloscópio Keysight Série DSO1000 para estudantes de Engenharia Elétrica/Física consiste em sete laboratórios práticos individuais que os estudantes devem realizar, na ordem, se familiarizarem com oque queoséseus um osciloscópio e saberem usar esseoutro instrumento. Um osciloscópio épara a ferramenta de medição alunos vão usar mais docomo que qualquer instrumento, para testar experimentos em circuitos que vocês pedirem para eles fazerem, assim como para testarem testarem seus projetos de conclusão do curso. Eles também irão usar muito os osciloscópios após se formarem e começar começarem em a trabalhar na indústria de eletrônicos atual. Então, é extremamente importante que eles sejam proficientes no uso dessa ferramenta vital. Cada laboratório exige de 15 a 20 minutos para terminar. Esses laboratórios se destinam a uso com os osciloscópios Keysight Série 1000. Antes de os alunos começarem a testar qualquer um dos experimentos atribuídos em seu primeiro laboratório de circuitos, sugerimos que eles leiam a Seção 1, o Apêndice Apênd ice A e o Apêndice B deste documento, como estudo prévio (lição de casa). A Seção 1 oferece uma introdução ao osciloscópio, assim como alguns aspectos fundamentais sobre como usar as pontas de prova. O Apêndice A e o Apêndice B são tutoriais curtos sobre a teoria de funcionamento e largura de banda do osciloscópio. Os alunos devem, então, concluir o exercício prático da Seção 2 deste documento durante a primeira sessão de laboratório. Os alunos devem ter um conhecimento básico sobre como usar um osciloscópio após

 

concluírem oseles laboratórios, laboratórios ficarão ainda nº1 mais e nº2.capacitados Entretanto, aseusar os alunos o osciloscópio, tiverem tempo sabendo para inclusive concluircomo todosdocumentar os sete e salvar os resultados para os relatórios do laboratório de experiências com circuito circuitos. s. Observe que o laboratório nº3 (Capturar eventos singulares) ensina aos alunos como "tocar" com a ponta de prova do osciloscópio na mesa/bancada para criar uma descarga eletrostática. Se você não quiser que seus alunos batam com suas pontas de prova na bancada, ignore esse laboratório em particular. Este guia de laboratório de osciloscópio foi estruturado para oferecer flexibilidade em seu uso. Atenciosamente,

Johnnie Hancock Gerente do Programa de Educação em Osciloscópios Keysight Technologies

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Conteúdo Guia e Tut Guia Tutor orial ial de lab labor orat atór ório io—V —Vis isão ão ger geral al / 3 Algum Alg umas as palavra palavrass para os os profess professore oress de Engenh Engenhari ariaa Elétric Elétrica/Fí a/Físic sicaa / 4

1 In Intr trooduç duçãão Usar Us ar as pon ponta tass de de pro prova va do do osc oscililos oscó cópio pio / 9 Conh Co nhec ecer er o pai paine nell frfron onta tall / 12

2 Labor Laboratór atórios ios de Familiariza Familiarização ção com com o Osciloscóp Osciloscópio io Labo La bora rató tório rio nº1 nº1:: Como Como faze fazerr mediçõ medições es bás básic icas as / 16 Labora Lab oratór tório io nº2: nº2: Noçõ Noções es básic básicas as de dispar disparoo do osci oscilos loscóp cópio io / 24 Laboratór Labora tório io nº3 nº3:: Cap Captur turar ar eve evento ntoss sin singula gulare ress / 30 Labora Lab oratór tório io nº4: nº4: Comp Compens ensar ar as pon pontas tas de de prova prova 10:1 10:1 pass passivas ivas / 32 Calcula Cal cularr a quan quantidad tidadee adequ adequada ada de com compen pensaç sação ão capac capacitiv itivaa / 35 Carr Ca rreg egar ar po pont ntas as de pr prov ovaa / 36

 

Labora Lab oratór tório io nº5: nº5: Docum Document entar ar e salvar resu resultados ltados de de testes testes no no oscilo osciloscó scópio pio / 38 Labora Lab oratór tório io nº6: nº6: Usar Usar a matem matemáti ática ca de form formaa de onda onda do oscilo osciloscó scópio pio / 44 Labora Lab oratór tório io nº7 nº7:: Usar Usar o modo modo zoo zoom m do do osci oscilos loscóp cópio io / 49

3 Resumo Publi Pu blica caçõ ções es af afin inss da Ke Keys ysig ight ht / 54

A Diagr Diagrama ama de blocos blocos e teoria teoria de operaç operação ão do oscilos osciloscópi cópioo Dia iagr gram amaa de de blo bloco coss do do DSO DSO / 56 Bloco ADC / 56 Bloco at atenuador / 57 Bloc Bl ocoo de de desl sloc ocam amen ento to CC / 57 Bloco am amplilifficador / 57 Bloc Bl ocos os com compar parado adorr de dispar disparoo e lógi lógica ca de de dispar disparoo / 58 Bloc Bl ocos os de de base base de de temp tempoo e memó memóririaa de aqui aquisi siçã çãoo / 58 Bloco Ex Exibição DS DSP / 60

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B Tu Tutori torial al de largura largura de banda banda do oscilosc osciloscópio ópio Defifini De nirr a largu largura ra de de banda banda dos dos osc oscililos oscó cópi pios os / 62 Largur Lar guraa de de banda banda re reque querida rida por aplic aplicaçõ ações es ana analóg lógicas icas / 64 Larg La rgur uraa de ban banda da requ requer erida ida por por aplica aplicaçõ ções es digit digitai aiss / 65 Regra pr prática / 65 Etapa Eta pa 1: Det Determ ermina inarr as vel veloci ocidades dades re reais ais mai maiss rápidas rápidas de bor borda da / 65 Etapa 2: Calcular f  joelho / 65 Etapa Eta pa 3: 3: Calc Calcular ular a largu largura ra de banda do osc oscilo iloscó scópio pio / 66 Exemplo / 66 Comp Co mpar araç ação ão ent entre re mediç mediçõe õess de cl cloc ockk digita digitall / 68

Índice

 

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DSO1000 Recursos de Treinamento para o Professor Guia de Laboratório e Tutorial

1 Introdução Usar as pont Usar pontas as de pro prova va do osci oscilos loscóp cópio io / 9 Conh Co nhec ecer er o pai paine nell fron fronta tall / 12

Osciloscópios são ferramentas críticas para medições de tensão e intervalos, nos circuitos elétricos analógicos e digitais dos dias de hoje. Quando você terminar a faculdade de Engenharia Elétrica e começar a trabalhar na indústria de eletrônicos, você provavelmente irá descobrir que um osciloscópio é uma ferramenta de medição medi ção que você vai usar mais do que qualquer outro instrumento, para testar, verificar e depurar seus projetos. Mesmo na faculdade ou no curso de física da sua universidade particular, um osciloscópio é a ferramenta de medição que você mais irá usar nos laboratórios de circuitos, para testar e verificar suas tarefas e projetos. Infelizmente, muitos estudantes nunca aprendem realmente a usar um osciloscópio. Eles usam um modelo que é, geralmente, feito de botões para girar e apertar aleatoriamente, até que uma imagem parecida com o que estão procurando apareça magicamente na tela. Esperamos que, após você terminar esta série de laboratórios breves, você terá uma compreensão melhor do que é um osciloscópio e como usar um com mais eficiência. Para começar, o que é um osciloscópio? Um osciloscópio é um instrumento de medição eletrônica que monitora, sem interferir, sinais de entrada e os exibe graficamente em um formato simples de tensão versus tempo. O tipo de osciloscópio que o seu professor usava na faculdade era, provavelmente, um totalmente baseado em tecnologia analógica. Esses osciloscópios mais antigos, normalmente chamados analógicos, tinham largura de banda limitada (o que é discutido no Apêndice B), não faziam medições automáticas e também precisavam de que o sinal de entrada fosse repetitivo e contínuo. O tipo de osciloscópio que você irá usar nesta série de laboratórios e provavelmente durante o resto dos seus estudos universitários, é chamado de osciloscópio de armazenamento digital; às vezes, nos referimos a ele simplesmente como DSO. Os DSOs de hoje podem capturar e mostrar sinais repetitivos e singulares, e eles frequentemente incluem um conjunto de medições automáticas e recursos e análise que devem permitir que você caracterize seus projetos e experiências estudantis com mais rapidez e precisão do que o seu professor conseguia fazer na sua época de faculdade.

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Introdução

Se você estiver interessado em conhecer a teoria do funcionamento de um osciloscópio, consulte o Apêndice A deste documento. Entretanto, a melhor maneira de aprender rapidamente como usar um osciloscópio e entender o que ele pode fazer por você é, primeiro, conhecer alguns dos seus controles mais importantes e depois simplesmente começar a medir alguns sinais básicos.

 

Figure 1

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Osciloscópio Keysight Série 1000B

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Introdução

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Usar as pontas de prova do osciloscópio A primeira coisa, ao se fazerem medições com um osciloscópio, normalmente é conectar as pontas de prova dele entre o dispositivo sendo testado e os BNCs de entrada do osciloscópio. As pontas de prova do osciloscópio oferecem uma terminação de impedância de entrada relativamente alta (resistência alta e capacitância baixa) na ponta de teste. Uma conexão de impedância alta é importante para isolar o instrumento de medição do circuito sendo testado, já que o osciloscópio e a ponta de prova não devem alterar as características dos sinais, durante o teste. Há vários tipos diferentes de pontas de prova de osciloscópio que são usadas para tipos específicos de medições, mas as pontas de provas que você vai usar hoje são do tipo mais comum, chamadas de pontas de prova de tensão 10:1 passivas, Figur ure e 2. "Passivas" simplesmente quer dizer que esse tipo de ponta conforme a Fig de prova não inclui componentes "ativos" como transistores ou amplificadores. “10:1” significa que essa e ssa ponta de prova irá atenuar o sinal de entrada recebido na entrada do osciloscópio por um fator de 10.

 

Figure 2

Ponta de prova de tensão 10:1 passiva

Ao se usar uma ponta de prova 10:1 passiva padrão, todas as medições do osciloscópio devem ser feitas entre a ponta de teste do sinal e o terra. Em outras palavras, você deve conectar o clipe de aterramento da ponta de prova ao terra. Você não deve medir tensões em um componente de circuito intermediário usando esse tipo de ponta de prova. Se você precisar medir a tensão em um componente que não esteja aterrado, você deverá usar a função matemática subtração do osciloscópio ao medir os sinais nas duas extremidades do componente relativo ao aterramento, usando dois canais do osciloscópio, ou você poderá usar uma ponta de prova ativa diferencial especial. Observe também que nunca se deve completar um circuito usando o osciloscópio. Figur ure e 3 mostra um modelo elétrico de uma ponta de prova 10:1 passiva quando A Fig conectada a um osciloscópio, usando a seleção de entrada padrão de 1 MΩ do osciloscópio, o que é necessário ao se usar esse tipo de ponta de prova. Observe que muitos osciloscópios de largura de banda maior também têm uma opção de

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Introdução

terminação de entrada de 50  Ω selecionável pelo usuário, geralmente usada para terminações de ponta de prova ativas e/ou quando houver uma entrada de sinal diretamente de uma fonte de 50  Ω usando um cabo coaxial BNC de 50  Ω.

Figure 3 Esquema simplificado de uma ponta de prova 10:1 passiva conectada à impedância imped ância de eentrada ntrada 1 MΩ do osciloscópio Apesar de o modelo elétrico da ponta de prova passiva e do osciloscópio incluírem tanto capacitância inerente/parasita (não incluída no projeto) como redes de capacitância de compensação incluídas no projeto intencionalmente, vamos ignorar esses elementos capacitivos, por ora, e analisar o comportamento do sinal ideal deste sistema de ponta de prova/osciloscópio em condições de baixa entrada de baixa frequência ou CC.

 

Após removermos todos os componentes capacitivos de nosso modelo elétrico de ponta de prova/osciloscópio, o que resta é apenas um resistor de extremidade da ponta de pr prova ova de 9 MΩ em série com a impedância impedância de entra entrada da de 1 MΩ do osciloscópio. A resistência resistência líquida de entrada da ponta de prova prova é, assim, 10 MΩ. Usando a Lei de Ohm, você pode ver que o nível de te tensão nsão recebido na entrada do osciloscópio é 1/10 do nível de tensão na extremidade da ponta de prova (Vosciloscópio = Vponta de prova x (1 MΩ/10 MΩ). Isso significa que, com uma ponta de prova 10:1 passiva, a faixa dinâmica do sistema de medição do osciloscópio foi estendida. Em outras palavras, você pode medir sinais com amplitude 10X maior em comparação com os sinais que você poderia medir com uma ponta de prova 1:1. Além disso, a impedância de entrada do seu sistema de medição do osciloscópio (ponta de prova + osciloscópio) aument aum entaa de 1 MΩ pa  para ra 10 MΩ. Isso é uma vantagem, pois uma impedância de entrada menor poderia carregar o dispositivo em teste (DUT) e possivelmente mudar os níveis de tensão reais dentro do DUT, DUT, o que nnão ão seria bom. E, apesar de a impedância impedância de entrada lílíquida quida de 10 MΩ ser grande, sem dúvida, você deve se lembrar de que esta quantidade de impedância imped ância de carga deve ser considerada em relação à impedância do dispositivo a que você está aplicando as pontas de prova. Por exemplo, um circuito simples de um amplificador operacional com um resistor de feedback feedback ddee 100 MΩ pode gerar leituras falsas em um osciloscópio.

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Introdução

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Embora a maioria dos osciloscópios de desempenho mais elevado possa detectar quando uma ponta de prova 10:1 está conectada e automaticamente definir o fator de atenuação como 10:1, o osciloscópio Keysight Série 1000 exige que esse fator seja introduzido manualmente, ou que a tecla te cla do painel frontal [Default Setup]  seja pressionada para definir a atenuação de ponta de prova como 10:1. Assim que o osciloscópio souber qual o fator de atenuação dao ponta de prova (seja detectado automaticamente ouéinserido manualmente), osciloscópio oferece leituras compensadas de todas as configurações verticais, para que todas as medições de tensão sejam referenciadas para o sinal de entrada não-atenuado na extremidade da ponta de prova. Por exemplo, se você aplicar a ponta de prova a um sinal de 10 Vpp, o sinal recebido na entrada do osciloscópio será de apenas 1 Vpp, na verdade. Mas, como o osciloscópio sabe que você está usando uma ponta de prova 10:1 divisora, ele irá relatar que está vendo um sinal de 10 Vpp ao fazer medições de tensão. Quando chegarmos ao Laboratório 4 (Compensando suas pontas de prova 10:1 passivas), nós voltaremos a esse modelo de pontas de prova passivas e lidaremos com os componentes capacitores. Esses elementos no modelo elétrico da ponta de prova/osciloscópio irão afetar o desempenho dinâmico/CA do sistema combinado de osciloscópio e ponta de prova.

 

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Introdução

Conhecer o painel frontal Vamos começar conhecendo primeiro os controles/botões mais importantes do seu osciloscópio. Perto da parte de cima do seu osciloscópio, estão os controles “Horizontal” mostrados na Figu Figurre 4. O botão maior define a escala horizontal em segundos/divisão. Esse controle define a escala do eixo X da forma de onda exibida. Uma "divisão" horizontal é o tempo ∆ entre cada linha da grade vertical. Quando desejamos exibir formas de onda mais rápidas (sinais de frequência mais alta), normalmente definimos a escala horizontal para um valor s/div menor. Se você quiser exibir formas de onda mais lentas (sinais de frequência mais lenta), defina a escala horizontal para um valor s/div maior. O botão menor na seção Horizontal define a posição horizontal da forma de onda. Em outras palavras, com esse controle, você poderá mover o posicionamento horizontal da esquerda e da direita da forma de onda. Os controles horizontais do osciloscópio (s/div e posição) são frequentemente chamados de controles de "base de tempo" principais do osciloscópio.

 

Figure 4

Controles horizontais do osciloscópio (eixo X)

Figu gurre 5), na Os controles/botões mais próximos próximos da parte inf inferior erior do osciloscópio (Fi seção Vertical (logo acima dos BNCs de entrada), definem a escala vertical do osciloscópio. Se você estiver usando um osciloscópio de dois canais, haverá dois pares de controles de escala vertical. Se você estiver usando um osciloscópio de quatro canais, haverá quatro pares de controles de escala vertical. verti cal. O botão maior

para cada canal de éentrada, seçãodo Vertica Vertical, fatorformas de escala vertical verticaUma l em Volts/divisão. Essa a escalanagráfica eixo Yl, define para aso suas de onda. "divisão" vertical é o ∆V entre cada linha da grade vertical. Se você quiser exibir sinais relativamente grandes (tensões de pico a pico altas), geralmente você deverá definir a configuração Volts/div para um valor relativamente alto. Se você estiver exibindo níveis de sinal de entrada pequenos, defina a configuração Volts/div para um valor relativamente baixo. Os botões/controles menores para cada canal, na seção Vertical, são os controles de posição/deslocamento. Você pode usar esse botão para mover a forma de onda para cima e para baixo, na tela.

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Introdução

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Controles verticais do osciloscópio (eixo Y)

Outra variável muito importante na configuração do osciloscópio é o controle/botão de nível de disparo mostrado na Fi Figu gurre 6. Esse controle/botão fica perto do centro do painel frontal do osciloscópio, logo abaixo da seção identificada como Disparo. O disparo é, provavelmente, o aspecto menos compreendido de um osciloscópio, mas é um dos recursos mais importantes para se conhecer nele. Nós iremos tratar dos disparos do osciloscópio em mais detalhes, quando chegarmos aos laboratórios práticos.

Figure 6

Controle de nível de disparo do osciloscópio

Ao ler as instruções dos laboratórios a seguir, sempre que você vir v ir uma palavra em negrito dentro de colchetes, como Cursores [Cursors], trata-se de uma tecla (ou botão) do painel frontal localizada no lado direito do osciloscópio. Quando a tecla é pressionada, um menu único com seleções de "softkey" associadas com aquela

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Introdução

função em particular o painel frontal será ativada. “Softkeys” são as 5 teclas/botões localizadas à direita do visor do osciloscópio. As funções dessas teclas mudam de acordo com o menu que está ativo. Agora, localize o botão de controle Entrada mostrado na Figu Figurre 7. É o botão logo à direita do visor do osciloscópio. Nós vamos usar muito esse botão para mudar muitas variáveis e seleções de configuração que não têm botões dedicados nos contr con trole oless do pai painel nel fr front ontal. al. Sempr Sempree qu quee vo você cê vvir ir a seta ver verde de curv curvaa ( ) em uma seleção de softkey, essa é uma indicação de que o botão Entrada controla essa variável. Então, vamos começar a fazer medições com o osciloscópio!

Figure 7

Controle de entrada geral do osciloscópio

 

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2 Laboratórios de Familiarização com o Osciloscópio Laboratór Labora tório io nº1: nº1: Como Como fazer fazer mediçõe mediçõess básica básicass / 16 Laboratório Labor atório nº2: Noçõ Noções es básicas básicas de disparo do oscilos osciloscópio cópio / 24 Labora Lab oratór tório io nº3: nº3: Capturar Capturar evento eventoss singular singulares es / 30 Laboratório Labor atório nº4: Compe Compensar nsar as as pontas pontas de prova 10:1 passiva passivass / 32 Laboratório Labora tório nº5: nº5: Docume Documentar ntar e salvar resultados resultados de testes testes no oscilosc osciloscópio ópio / 38 Laboratório Labor atório nº6: Usar a matem matemática ática de forma forma de onda do oscilo osciloscópi scópioo / 44 Laboratório Labora tório nº7: Usar o modo modo zoom do oscilo osciloscópi scópioo / 49

 

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Laboratórios de Familiarização com o Osciloscópio

Laboratório nº1: Como fazer medições básicas Nesta primeira aula, você aprenderá como utilizar os controles de escala horizontal e vertical do osciloscópio e como configurar o osciloscópio adequadamente para que exiba uma onda quadrada repetitiva. Além disso, você aprenderá como fazer algumas medições simples de tensão e tempo nesse sinal. 1 Conecte o cabo de alimentação na tomada e ligue o osciloscópio. 2 Conecte uma ponta de prova do osciloscópio entre o BNC de entrada do canal 1 e o terminal identificado como Comp. ponta que tenha a forma de “pulso” e 8. Conecte o clipe de aterramento aterramen to da ponta de prova como mostrado na Figur Figure ao terminal com o símbolo de terra. Observe que, nos osciloscópios da série DSO1000A, os terminais Comp. ponta estão localizados embaixo do visor.

 

Figure 8 Conecte uma ponta de prova entre a entrada do canal 1 e o terminal de compensação da ponta de prova

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Sempre haverá uma onda quadrada de 1 kHz presente no terminal "comp. ponta". Embora o propósito principal desse sinal seja calibrar/compensar as pontas de prova do osciloscópio, o que q ue faremos mais tarde em outro laboratório, usaremos esse sinal para fins de treinamento. 3 Pressione a tecla Config. Padrão [Default Setup] do painel frontal.

Config. Padrão definirá uma configuração predefinida de fábrica para o osciloscópio. Não apenas definirá os fatores de escala X e Y do osciloscópio com os valores predefinidos, mas também desativará quaisquer modos especiais de operação que algum de seus colegas de classe pode ter usado. Aplicar uma configuração padrão também ajusta os fatores de atenuação de ponta de prova do osciloscópio em 10X, de modo que todas as medições de amplitude sejam referenciadas ao nível do sinal presente na extremidade da ponta de prova. Quando começar a fazer novas medições med ições com o osciloscópio, é sempre bom iniciar com a configuração padrão. Agora vamos ajustar corretamente as configurações de escala vertical, horizontal e de disparo após fazer com que a onda quadrada quadrada de 1 kHz seja exibid exibidaa no visor. 4 Pressione a tecla Ligar/De Ligar/Desligar sligar Menu [Menu On/Off] no painéis frontal (próximo ao canto superior direito do visor) para expandir a área de exibição da forma de onda do osciloscópio. 5 Gire o botão Nível de dispar d isparoo no sentido horário até a configuração de nível de disparo indicar aproximadamente 1,5 Volt (leitura próxima ao lado superior direito do visor) e a linha de disparo d isparo horizontal temporária interceptar a metade da forma de onda. Observe que você aprenderá mais sobre o disparo do osciloscópio no próximo laboratório. 6 Gire o botão Horizontal grande (próximo ao topo do painel frontal do osciloscópio) no sentido anti-horário até observar mais de dois períodos da onda quadrada. A configuração correta deve ser de 200 200 us us// (leitura próxima do lado superior esquerdo do visor). Essa configuração é uma abreviação de 200 µs/divisão. Deste ponto em diante, nós nos referiremos a isso simplesmente como a configuração da "base de tempo" do osciloscópio. 7 Gire o botão da posição Horizontal (o botão menor próximo ao topo do painel

frontal do osciloscópio) para mover a forma de onda para esquerda e para direita. Pressione esse botão de defini-lo defi ni-lo de volta a zero ze ro (0,0 segundo no centro da tela). 8 Gire o botão de posição vertical do canal 1 (botão menor amarelo na seção vertical do painel frontal, logo acima do BNC de entrada) até que o topo da forma de onda esteja próximo ao centro do visor. A configuração correta deve ser de aproximadamente -3,0 -3,0 us/ us/ (leitura temporária próxima do lado inferior esquerdo do visor). 9 Gire o botão V/div do canal 1 (botão maior amarelo na seção vertical) no sentido horário até a leitura no canto inferior esquerdo do visor apresentar “500mV/”. Isso significa 500 mV/div. Se você pressionar o botão V/div do canal 1Seu e então fizerpode os ajustes, está disponível de ajuste “fino” o professor chamarverá issoque de ajuste “vernier” odorecurso osciloscópio. Pressione

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botão novamente para retornar ao ajuste “simples” e, em seguida, coloque novamente em 500 500 mV mV//. O ajuste da posição vertical do osciloscópio e da configuração V/div (etapas (e tapas nos. 8 e 9 acima) é normalmente um processo iterativo; ajuste um, depois o outro e repita esse processo até a forma de onda ser exibida corretamente. e 9. Vamos agora fazer O visor do seu osciloscópio deve estar parecido com a Figur Figure algumas medições nessa onda quadrada. Observe que o visor do osciloscópio é basicamente um gráfico com X versus Y. No eixo X (horizontal), podemos medir o tempo; e no eixo Y (vertical), a tensão. Em muitas tarefas das aulas de Engenharia Elétrica ou Física, você provavelmente calculou e representou sinais elétricos em um gráfico, com formato similar, porém estático, no papel. Ou talvez você tenha usado vários aplicativos de software de PC que automaticamente desenhavam o gráfico das formas de onda. Quando um sinal de entrada repetitivo é aplicado a um osciloscópio, podemos observar gráficos dinâmicos (continuamente atualizados) das formas de onda.

 

Figure 9 Ajustar as configurações vertical, horizontal e de disparo d isparo do osciloscópio para exibir uma forma de onda O eixo X (horizontal) consiste em 12 divisões principais na tela (se a exibição do menu estiver desativada), com cada divisão principal sendo igual à configuração s/div. Nesse caso, cada divisão principal horizontal representa 200 microssegundos, considerando-se que a base de tempo do osciloscópio esteja definida como 200 µs/div, conforme instruído anteriormente. Como há 12 divisões na tela, o osciloscópio osciloscópio mos mostra tra 2,4 ms (200 µs/div x 12 divisões) d ivisões) da esquerda para a

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direita do visor. Observe que cada divisão principal também é dividida em 5 divisões secundárias (0,2 divisões cada uma), exibidas como marcas indicadoras. Cada divisão divisão ssecu ecundár ndária ia re repr prese esenta nta 1/5 1/5 div × 200 µs/di divv = 40 µs. Nosso eixo Y (vertical) consiste em 8 divisões principais verticalmente, cada uma delas igual à configuração configuração V/div, que deve ser ajustad ajustadaa em 500 mV/div. Nessa configuração o osciloscópio osciloscópio pode medir sinais tão elevados quanto 4 Vp-p (500 mV/div x 8 divisões). Cada divisão princ principal ipal é também dividida em 5 divisões secundárias (0,2 divisões cada cad a uma). Cada divisão secund secundária, ária, repr representada esentada como marcas indicadoras, repr representa esenta 100 mV cada. 10 Faça uma estimativa da largura de pulso (PW) de um dos pulsos positivos contando o número de divisões (principal e secundária) de uma borda ascendente até a próxima borda descendente e, em seguida, multiplique pela configuração s/div (deve ser 200 µs/div). PW = _____________ 11 Estime o período (T) de uma dessas ondas quadradas contando o número de

divisões de uma borda ascendente até a próxima borda ascendente e, em seguida, multiplicando pelo valor definido para s/div. T = _____________

 

12 Qual é a frequência dessa onda senoidal (F = 1/T).

F = _____________ 13 Determine a tensão pico a pico dessa forma de onda contando o número de

divisões desde a parte inferior até o topo da forma de onda; em seguida, multiplique pelo valor valor definido definido para V/div (deve ser 500 mV/div). Vp-p = _____________ Observe que o rótulo amarelo “1” na lado esquerdo do visor indica ind ica o nível de terra (0,0 V) da forma de onda do ccanal anal 1. Se o canal 2 desse osciloscópio também estivesse ligado, você veria um rótulo verde “2” indicando o respectivo nível de terra (0,0 V). Agora vamos usar a função “cursores” do oscilo osciloscópio scópio para fazer essas mesmas medições de tensão e tempo. 14 Pressione a tecla Cursores [Cursors] do painel frontal; depois, pressione a softkey Modo. Gire o botão Entrada até Manual ficar em destaque; em seguida, aperte o botão Entrada para selecionar. 15 Pressione a softkey CurA--- até ela ficar destacada em azul (observe que ela já pode estar na cor azul). 16 Gire o botão Entrada para posicionar o cursor de tempo A na primeira borda ascendente da forma de onda, próximo do lado esquerdo do visor.

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17 Pressione a softkey CurA--- para desativar esse cursor e, em seguida, pressione

a softkey CurB--- para ativar o cursor de tempo B. 18 Gire o botão Entrada para posicionar o cursor de tempo B na segunda borda ascendente da forma de onda no centro do visor. O visor do seu osciloscópio e 10. deve estar parecido com a Figur Figure

 

Figure 10 Usar os cursores de tempo para medir o período e a frequência da onda quadrada 19 Qual o período e a frequência dessa forma de onda? ∆X

= _____________

1/∆X = _____________ 20 Pressione a softkey Tipo para mudar dos cursores de Tempo para os cursores de 21 22 23 24

20

Amplitude. Pressione a softkey CurB--- para desativar esse cursor e, em seguida, pressione a softkey CurA--- para ativar o cursor de amplitude A. Gire o botão Entrada para posicionar o cursor de amplitude A na parte inferior da forma de onda. Pressione a softkey CurA--- para desativar esse cursor e, em seguida, pressione a softkey CurB--- para ativar o cursor de amplitude B. Gire o botão Entrada para posicionar o cursor de amplitude B na parte superior da forma de onda. O visor do seu osciloscópio deve estar parecido com a Figurre 11. Figu

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Figure 11 Usar os cursores de amplitude para medir a tensão pico a pico da onda quadrada 25 Quais são as amplitudes superior, inferior e Vpp desta forma de onda?

Inf nfer erio iorr (C (Cur urA) A) = ____ ______ ____ ____ ____ ____

 

Supe Superi rior or (C (Cur urB) B) = ____ ______ ____ ____ ____ ____ Vpp (∆Y) = _____________ Os cursores fornecerão uma medição um pouco mais precisa e eliminarão as suposições da medição. Vamos usar um método ainda mais fácil e exato para executar essas medições. 26 Pressione a tecla Med Medição ição [Meas [Meas]] no painel frontal. Observe que essa tecla do

painel frontal é rotulada como Med Medição ição [Measur [Measure] e] nos osciloscópios da série DSO1000A. 27 Se a softkey superior estiver rotulada como 2/2 (menu 2 de 2); pressione essa softkey para alternar para 1/2 (menu 1 de 2). 28 Pressione a softkey Tensão; em seguida, gire o botão Entrada para destacar Vpp  e, em seguida, aperte o botão Entrada para selecionar. 29 Pressione a softkey Tempo; em seguida, gire o botão Entrada para destacar Freq  e, em seguida, aperte o botão Entrada para selecionar.

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O visor do seu osciloscópio deve agora estar parecido com a Figu Figurre 12, exibindo as medições automáticas de Vpp e frequência próximo da parte inferior da tela.

Figure 12 Usar as medições paramétricas automáticas do osciloscópio

 

O método mais comum utilizado para medir med ir tempo e tensão em um osciloscópio é normalmente o de “contagem de divisão” que usamos primeiro. Embora as divisões devam ser contadas e depois multiplicadas pelas configurações do osciloscópio, engenheiros familiarizados com seus osciloscópios podem estimar rapidamente os parâmetros de tensão e tempo dos sinais... e algumas vezes uma estimativa aproximada é tudo o que se precisa para saber se um sinal é válido ou não. Antes de interessante. finalizarmos este primeiro laboratório, vamos tentar fazer mais uma medição 30 Pressione a softkey 1/2, o que nos levará para a segunda página desse menu de medição. 31 Pressione a softkey Exibir todos para alternar de OFF para ON. O visor do seu osciloscópio deve agora estar parecido com a Figu Figurre 13, exibindo uma lista abrangente abrangente de medições paramétr paramétricas icas na onda quadrada de 1 kHz.

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Figure 13 Realizar “todas” as medições de tensão e tempo na onda quadrada Um dos primeiros passos realizados neste laboratório de familiarização foi definir o nível de disparo do osciloscópio. Entretanto, ainda não discutimos do que se trata esse disparo de osciloscópio. Vamos aprender mais sobre disparo de osciloscópio no próximo laboratório prático.

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Laboratório nº2: Noções básicas de disparo do osciloscópio Conforme mencionado anteriormente, o disparo do osciloscópio é provavelmente o recurso mais importante de um osciloscópio, que deve ser compreendido caso se deseje obterimportante aproveitamento máximo das medições em no osciloscópio. Isso é especialmente ao tentar realizar muitos dos mais complexos sinais digitais da atualidade. Infelizmente, o disparo do osciloscópio costuma ser o aspecto menos compreendido da operação do osciloscópio. É possível pensar no "disparo" do osciloscópio como uma forma de "obtenção de fotografias sincronizadas". Quando o osciloscópio capta e exibe um sinal de entrada repetitivo, ele pode estar tirando milhares de fotografias por segundo do sinal de entrada. Para exibir essas formas de onda (ou fotografias), a obtenção da fotografia deve estar sincronizada com "alguma coisa". Esse “alguma coisa” é um único ponto no tempo do sinal de entrada. Uma situação análoga ao disparo do osciloscópio é uma fotografia do momento da chegada de uma corrida de cavalos. Embora não seja um evento repetitivo, o obturador da câmera deve estar sincronizado sinc ronizado com o focinho do primeiro cavalo no momento em que ele cruza a linha de chegada. Tirar fotos aleatoriamente da corrida de cavalos em algum momento entre a largada e a chegada da corrida seria análogo à exibição de formas de onda não disparadas no osciloscópio. Para compreender melhor o disparo do osciloscópio, vamos realizar algumas outras medições em nossa familiar onda quadrada que usamos no laboratório nº1. 1 Assegure-se de que a ponta de prova do osciloscópio ainda esteja conectada entre o terminal identificado como “ Comp. ponta” e o BNC de entrada do canal 1. 2 Pressione Config. Padrão [Default Setup] no painel frontal do osciloscópio. 3 Pressione Ligar/D Ligar/Desligar esligar Menu [Menu On/Off] para desligar o menu e expandir a área de exibição da forma de onda.

 

4 Gire o botãodadeforma nível de de onda disparo no sentido horário da metade (aproximadamente 1,5para V). definir o nível próximo 5 Ajuste o botão de posição vertical do canal 1 para centralizar a forma de onda

na área de exibição do osciloscópio. e 14. Neste ponto O visor do seu osciloscópio deve estar parecido com a Figur Figure estamos visualizando apenas uma parte estreita da onda quadrada em torno de sua borda ascendente, pois a base de tempo está definida como 1,0  µs/div. Lembre-se, o período desse sinal é aproximadamente 1,0 ms. Observe o símbolo “T” próximo à parte superior do visor. Ele marca o ponto no tempo onde o osciloscópio está disparando nessa forma de onda. Os dados da forma de onda, captados antes do ponto de disparo (lado esquerdo do visor), são considerados dados de tempo negativos, ao mesmo tempo que os dados captados após o ponto de disparo (lado direito do visor) são considerados dados de tempo positivos. Agora observe o símbolo “T” próximo ao lado esquerdo do visor. Ele marca o nível

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da tensão onde o osciloscópio está disparando nessa forma de onda. O local onde os dois símbolos “T” interceptam uma borda ascendente da forma de onda é o ponto de disparo d isparo aproximado, ou ponto de sincronização.

Ponto de disparo

Figure 14 Disparar em uma borda ascendente

 

6 Gire o botão de nível de disparo no sentido horário para elevar o nível até

próximo do topo da forma de onda. Você deve observar que a forma de onda desliza para esquerda. 7 Gire o botão de nível de disparo no sentido anti-horário para baixar o nível até próximo da parte inferior da forma de onda. Você deve observar que a forma de onda desliza para direita. 8 Retorne o nível de disparo para aproximadamente 1,5V, próximo da metade da

forma de onda.

Por padrão, o osciloscópio automaticamente seleciona disparar nas bordas ascendentes. Agora vamos configurar o osciloscópio para disparar em uma borda descendente descende nte dessa on onda da quadrada ddee 1 kHz. 9 Pressione a tecla Menu dispar d isparoo [Trig Menu] do painel frontal. Observe que essa tecla do painel frontal está rotulada como Menu [Menu] na seção Disparo Di sparo sobr sobree osciloscópios série DSO1000A. 10 Pressione a softkey Inclin.; depois, gire o botão Entrada para destacar o símbolo da borda descendente. O visor do seu osciloscópio deve estar agora sincronizado e exibindo uma borda Figu gurre 15. Agora descendente dessa forma de onda semelhante à mostrada na Fi vamos saber mais sobre os modos "Varredura".

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Ponto de disparo

Figure 15 Disparar em uma borda descendente 11 Gire o botão horizontal grande no sentido anti-horário para ajustar a base de

tempo em 200 µs/div. Você agora deve observar alguns períodos dessa forma de onda com a borda descendente da onda quadrada ainda sincronizada si ncronizada com o ponto no centro da tela. 12 Gire o botão de nível de disparo no sentido horário até o seu indicador ficar acima da forma de onda.

 

Como o nível de disparo d isparo está ajustado de forma a ficar acima da d a forma de onda, o osciloscópio não tem nada para sincronizar sua captura de imagens, como re 16. O osciloscópio está agora em disparo d isparo ““Automático” Automático” e você mostrado na Figu Figure deve observar uma mensagem verde “AUTO” piscando perto do canto superior esquerdo do visor. Isso estarem significa sincronizados que o osciloscópio disparos automáticos, mas sem com oestá sinalgerando de entrada. Veja que você observaria a mesma coisa se o nível de disparo fosse estabelecido abaixo da forma de onda.

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Nível de disparo

Figure 16 Disparo automático com o nível de disparo definido acima do sinal de entrada O modo de varredura (ou disparo) di sparo) padrão do osciloscópio é o automático. Quando o osciloscópio está usando o modo automático de varredura sem encontrar uma condição de disparo válida (borda descendente cruzando a onda quadrada de 1 kHz neste caso), ele gera seus pr próprios óprios disparos assíncr assíncronos onos e começa a capturar imagens (aquisições) do sinal de entrada entra da em momentos aleatórios. Como a "captura de imagens" agora é aleatória, em vez de estar sincronizada com o sinal de entrada, tudo o que podemos ver é um "borrão" ou formas de onda exibidas aleatoriamente. Essa exibição aleatória de formas de onda indicam que nosso osciloscópio não está disparando no sinal de entrada. Observe também que a palavra "varredura" é um termo que teve origem nos osciloscópios analógicos, como usados pelo seu professor quando ele em estava na universidade, nos quaisaqueles um feixe de elétrons "varria" ou era defletido um tubo de raios catódicos (CRT) vetorial. Osciloscópios de armazenamento digital (DSO) não “varriam”, mas digitalizavam sinais de entrada usando um conversor analógico-digital (ADC) e exibiam os pontos digitalizados como uma imagem bitmap na tela plana do visor do osciloscópio. O termo "varredura", entretanto, ainda é amplamente empregado. Você também deve ter atenção ao fato de que alguns osciloscópios atuais também t ambém chamam esse modo de operação de "modo de disparo". 13 Pressione o botão de nível de disparo para definir automaticamente o nível de disparo para cerca de 50%. 14 Desconecte a ponta de prova do canal 1 do terminal “ Comp. ponta”.

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Com a ponta de prova do canal 1 desconectada de nossa fonte de sinal, devemos agora ver o sinal CC 0, 0,00 V da linha de base. Com Comoo esse sina sinall de 0,0 V CC não apresenta nenhum cruzamento de bordas, o osciloscópio não tem nada para efetuar disparos e novamente faz "disparos automáticos" para exibir esse sinal de nível CC. Além do modo de varredura automática padrão, o osciloscópio também possui outro modo de varredura selecionável pelo usuário chamado de modo normal. Vamos ver agora como o modo de varredura normal difere do modo de varredura automática. 15 Reconecte a ponta de prova do canal 1 ao terminal “ Comp. ponta”. Você deverá visualizar novamente a onda quadrada disparada. 16 Pressione a softkey Varredura para alternar entre o modo de varredura Auto e o modo de varredura Normal. 17 Desconecte novamente a ponta de prova do canal 1 do terminal “ Comp. ponta”. Agora você deve visualizar a última aquisição (última imagem) que ocorreu antes de a ponta de prova ter sido desconectada, ou talvez visualizar um transiente. Você também deve visualizar uma mensagem “Aguarde” piscando no canto superior esquerdo do visor. Essa é uma indicação de que o osciloscópio está esperando por eventos de disparo válidos. Observe que não é possível ver o traço do nível 0,0 V CC mostrado pelo mo modo do de varredura varredura automática quando a ponta de prova estava desconectada. Quando o modo de varredura normal é selecionado, o osciloscópio exibe formas de onda somente se detectar condições de disparo válidas (cruzamentos de bordas descendentes, nesse caso). 18 Gire o botão de disparo no sentido horário para definir o nível de disparo em aproximadamente +4,0 +4,000 V (acima da onda quadrada se estivermos estive rmos com a ponta de prova conectada). 19 Reconecte a ponta de prova do canal 1 ao terminal “ Comp. ponta”.

 

A onda quadrada agora está conectada e sendo inserida no osciloscópio, mas onde está nossa exibição repetitiva desse sinal? sina l? Como estamos usando o modo de varredura normal, o osciloscópio ainda exige cruzamentos c ruzamentos de borda válidos, porém como o nível de disparo está definido acima da forma de onda (a +4,00 V), não há cruzamentos de borda válidos. Como é possível observar com o modo de varredura normal, não temos nenhuma pista de onde nossa forma de onda está, por isso não é possível medir CC. 20 Pressione o botão de nível de disparo para definir automaticamente o nível de disparo para cerca de 50%. O osciloscópio deverá mostrar formas de onda repetitivas novamente. Alguns osciloscópios mais antigos utilizavam, para o que q ue hoje chamamos de modo de varredura normal, o modo de varredura Disparado, que pode, na verdade, ser um termo mais descritivo para esse modo de disparo, pois nesse modo o osciloscópio dispara somente quando encontra uma condição de disparo válida e não gera um disparo automático (disparo assíncrono para gerar a obtenção assíncrona de imagens). Além disso, é um pouco contraditório que o modo de 28

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varredura normal não seja o modo "normalmente" utilizado e o modo padrão do osciloscópio. O modo de disparo normalmente utilizado é o modo de varredura automática, que é o modo padrão do osciloscópio. Neste ponto, você deve estar se perguntando quando deve usar o modo de varredura normal. O modo de varredura normal deve ser utilizado quando o evento de disparo ocorre com pouquíssima frequência (incluindo eventos singulares). Por exemplo, se você fizesse a configuração do osciloscópio capturar e exibir um sinal que ocorresse a uma taxa de apenas ½ Hz (um ciclo a cada 2 segundos) e o modo de disparo tivesse sido definido como modo de varredura automática, então o osciloscópio geraria muitos disparos automáticos gerados de forma assíncrona e não seria capaz de mostrar esse sinal de lenta alteração. Nesse caso, você precisaria selecionar o modo de varredura normal de maneira que o osciloscópio aguardaria até obter eventos de disparo di sparo válidos antes de exibir as formas de onda. Se você dispõe de um gerador de função em seu laboratório, é possível tentar ajustar a frequência frequência em 0,5 Hz e observar a diferença entre usar o modo de varredura automática e o modo normal.

 

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Laboratório nº3: Capturar eventos singulares Até agora temos capturado formas de onda repetitivas, ou seja, sinais que se repetem. No caso de nossa onda quadrada de 1 kHz, esses sinais se rrepetem epetem 1.000 vezes por segundo. Ocasionalmente, entretanto, engenheiros precisam capturar eventos (sinais) singulares, o que significa queos eles ocorrem apenas uma vez. Os osciloscópios de armazenamento digital (DSOs) são excelentes para capturar eventos singulares devido às suas taxas de amostragem muito rápidas. No entanto, configurar o osciloscópio para capturar um evento singular é mais complicado do fazê-lo para capturar uma forma de onda que se repete. Você não pode mais "ajustar" as condições de configuração, tais como V/div e s/div, enquanto visualiza a forma de onda. O sinal não está lá para você fazer isso. Você deve ter algum conhecimento das d as características aproximadas do evento singular, tais como amplitude e largura do evento, antes de configurar o osciloscópio para capturá-lo. Assim, vamos assumir que você sabe que o evento singular possui uma amplitude pico a pico de aproximadamente 2 Vpp e uma largura largura de evento de aproximadamente 10 milissegundos. Vamos agora configurar o osciloscópio para capturar um evento singular com essas características. 1 Pressione a tecla Config. Padrão [Default Setup] do painel frontal. 2 Desconecte a ponta de prova do canal 1 (garra de ponta de prova e clipe de aterramento) do terminal identificado como “Comp. ponta”. 3 Defina a base de tempo o osciloscópio como 1,0 1,000 00 ms ms/div /div. 4 Defina a configuração V/div do canal 1 como 20 2000 mV/div mV/div. 5 Defina o nível de disparo como aproximadamente 30 3000 mV. 6 Pressione a tecla Disparo [Trig] no painel frontal. Observe que essa tecla do painel frontal está rotulada como Menu [Menu] na seção Disparo Dis paro dos osciloscópios série DSO1000A. 7 Pressione a softkey Varredura para alternar entre o modo de varredura Auto e o modo de varredura Normal. 8 Pressione a tecla Ligar/De Ligar/Desligar sligar Menu [Menu On/Off] no painel frontal. 9 Pressione a tecla Único [Single] no painel frontal. 10 Pegue a ponta de prova e toque repetida e delicadamente com ela na bancada ou mesa para criar e capturar uma pequena carga eletrostática (ESD).

 

Você pode ver agora no visor do osciloscópio uma forma de onda armazenada Figu gure re 17. Provavelmente ela será um pouco diferente. semelhante à ilustrada na Fi Se o osciloscópio não capturou nada, tente reduzir o nível de disparo: pressione a tecla Único [Single] no painel frontal e toque na bancada com a ponta de prova novamente. Para capturar múltiplos eventos singulares, pressione Único [Single]  novamente antes de o evento ocorrer na próxima vez.

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Figure 17 Configurar o osciloscópio para capturar um evento singular Para entender melhor o uso do modo de varredura normal estudado no laboratório anterior, vamos tentar capturar múltiplos eventos infrequentes. 11 Pressione a tecla Exec./Parar [Run/Stop] no painel frontal (ela deve estar iluminada em verde). 12 Comece tocando repetidamente na bancada/mesa com a ponta de prova a uma frequência baixa (uma vez a cada segundo, por exemplo).

 

Você deve notar que o osciloscópio captura cada evento singular. Vamos agora mudar o modo de varredura para automática e ver o que acontece. 13 Pressione a tecla Menu dispar d isparoo [Trig Menu] do painel frontal. Observe que essa tecla do painel frontal está rotulada como Menu [Menu] na seção Disparo Di sparo dos osciloscópios série DSO1000A. 14 Pressione a softkey Varredura para alternar de Normal para Auto. 15 Comece novamente a tocar repetidamente na bancada/mesa com a ponta de prova a uma frequência baixa. Você deve observar que o osciloscópio raramente captura o evento singular e, quando o faz, ele aparece aleatoriamente na tela e não fixo no local do disparo centralizado no visor. Isso ocorre porque o osciloscópio está fazendo disparos automáticos. Lembre-se de que a varredura automática (disparo) é excelente quando capturando formas de onda repetitivas, mas ela não deve ser usada para capturar eventos singulares ou com baixa taxa de repetição.

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Laboratório nº4: Compensar as pontas de prova 10:1 passivas Agora que você concluiu as primeiras três aulas em laboratório deste guia de treinamento em osciloscópio e está de certa forma familiarizado familiari zado com o uso de um osciloscópio em pontas medições de tensão eNatempo, voltar deste um pouco guia, e conversar sobre de básicas prova novamente. seçãovamos Introdução falamos brevemente sobre pontas de prova e mostramos o modelo de entrada elétrico da combinação de uma ponta de prova 10:1 passiva e a entrada do osciloscópio. Esse modelo elétrico de ponta de prova e osciloscópio é mostrado novamente na Figu Figurre 18.

 

Figure 18 Esquema simplificado de uma ponta de prova 10:1 passiva conectada à impedância imped ância de eentrada ntrada 1 MΩ do osciloscópio Se estiver lembrado, você recebeu instruções para ignorar os componentes capacitivos neste modelo elétrico e considerar somente os componentes resistivos. Quando observamos somente os componentes resistivos, determinamos que a combinação do resistor da extremidade da ponta de prova 9 MΩ mais a impedância impedância de ent entrada rada de 1 MΩ da ponta de prova estabeleceu uma u ma escala divisora de tensão 10 para 1. É adequado ignorar elementos capacitivos para aplicações CC ou de baixa frequência. Porém, se você precisar medir sinais dinâmicos, que é a principal aplicação de medição para osciloscópios, os elementos capacitivos desse modelo elétrico não podem ser ignorados. As capacitâncias parasitas são inerentes a todas as entradas e pontas de prova de osciloscópios. Elas incluem a capacitância do cabo da ponta de prova (C  cabo), bem como a capacitância de entrada do osciloscópio (C  osciloscópio). "Inerente/parasita" significa simplesmente que esses elementos do modelo elétrico não estão comprometidos de forma intencional, são somente um fato infeliz da vida no mundo real dos eletrônicos. E a quantidade de capacitância inerente/parasita variará de acordo com cada osciloscópio e ponta de prova. Contudo, sem componentes capacitivos adicionais comprometidos para compensar os elementos capacitivos inerentes no sistema, a reatância do sistema sob condições dinâmicas de sinais (não CC) pode mudar a atenuação geral dinâmica do sistema de ponta de prova para algo diferente da escala 10:1 32

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desejada. O propósito do capacitor da extremidade da ponta de prova adicional/integrada (C extremidade) juntamente com o capacitor de compensação ajustável (C comp) é estabelecer uma atenuação de reatância capacitiva que corresponda à atenuação resistiva de 10:1. Quando o capacitor de compensação está ajustado adequadamente, isso também garante que a constante de tempo da capacitância da extremidade dade ponta de das prova em paralelo inerente com o resistor 9 MΩ corresponda à constante tempo capacitâncias e de de compensação em paralelo com o resistor de entrada de 1 MΩ do osciloscópio. Em vez de gastar muito mais tempo conversando sobre a teoria, vamos nos conectar a um sinal e ver o efeito da subcompensação, da sobrecompensação e da compensação adequada. 1 Conecte uma ponta de prova do osciloscópio entre o BNC de entrada do canal 1 e o terminal identificado como Comp. ponta. Conecte o clipe de aterramento da ponta de prova ao terminal terra. 2 Conecte outra ponta de prova do osciloscópio entre o BNC de entrada do canal 2 e o terminal identificado como Comp. ponta. Conecte o clipe de aterramento da ponta de prova ao terminal terra. 3 Pressione Config. Padrão [Default Setup] no painel frontal do osciloscópio. 4 Pressione a tecla [2] no painel frontal (entre os dois botões verdes) para ativar o 5 6 7 8

canal 2. Pressione a tecla Ligar/De Ligar/Desligar sligar Menu [Menu On/Off] no painel frontal para expandir a área de exibição da forma de onda. Ajuste a base de tempo horizontal como 200,0 µs/div. Pressione o botão de nível de disparo para definir automaticamente o nível de disparo como cerca de 50%. Ajuste a posição vertical do canal 2 (botão menor verde) para posicionar a forma de onda do canal 2 (traço verde) abaixo da forma de onda do canal 1 (amarela).

Se as pontas de prova estiverem compensadas corretamente, você verá duas ondas quadradas de 1 kHz com uma resposta bastante plana no visor do Figu gurre 19. Vamos agora ajustar a osciloscópio, similar à mostrada na Fi compensação em cada ponta de prova.

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Figure 19 Usar o sinal de compensação da ponta de prova de 1 kHz do osciloscópio para compensar pontas de prova passivas 10:1 9 Usando uma chave de fenda pequena, ajuste o capacitor de variável localizado

 

no corpo de cada ponta de prova. Observe que esse ajuste está algumas vezes localizado próximo à extremidade da conexão BNC de algumas pontas de prova. Figu gure re 20 mostra um exemplo da ponta de prova do canal 1 (forma de onda A Fi amarela) sobrecompensada (capacitância excessiva) e um exemplo da ponta de prova do canal 2 (forma de onda verde) subcompensada (capacitância pequena demais) Se você não observar uma onda quadrada quase perfeita, reajuste a compensação de suas pontas de prova até que as formas de onda no osciloscópio Figure re 19. sejam similares às da Figu

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compensada s incorretamente Figure 20 Pontas de prova compensadas Depois de ajustar adequadamente suas pontas de prova, desde que você continue a usar essas pontas de prova nesse osciloscópio, não será necessário reajustá-las na próxima vez que usar o osciloscópio. Neste ponto, você concluiu a parte prática desta aula. A seguir discutiremos detalhadamente a teoria por trás da compensação e do carregamento de pontas de prova. Seu professor pode deixar esse assunto como trabalho trabalh o de casa. Caso ele faça isso, você pode passar para o laboratório seguinte e estudar esta seção mais tarde.

Calcular a quantidade adequada de compensação capacitiva Se você estiver a fim de um desafio, calcule a quantidade de capacitância de compensação (C comp) requerida em uma compensação adequada usando as seguintes suposições: R extremidade = 9 MΩ R osciloscópio = 1 MΩ C osciloscópio = 15 15 pF C cabo = 100 100 pF C extremidade = 15 pF C paralelo = C osciloscópio + C cabo + C comp C comp = ?

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Para calcular a quantidade requerida de capacitância de compensação (C comp), o método mais fácil é igualar a constante de tempo (1/RC) da combinação paralela de R extremidade e C extremidade com a constante de tempo da combinação paralela de R osciloscópio e C paralelo: ------------1 ------------- = ------ ----------------1 ----------------------

 R ti p ×  C ti p

 R sc op e ×  C  pa ra ll el 

Lembre-se que C paralelo é a combinação de três elementos capacitivos no modelo de ponta de prova/osciloscópio. Outro método de cálculo seria igualar 9X a reatância capacitiva de C paralelo com 1X a reatância de capacitância de C extremidade. Isso estabelecerá o mesmo fator de atenuação contribuído pelas reatâncias capacitivas como c omo o fator de atenuação contribuído pela rede somente resistiva (10:1): 1 ------------------- = 9 2 π fC 

ti p

×

  1 -----------------------------2 π fC 

 pa ra ll el 

C comp = _______

Carregar pontas de prova Além de compensar de forma adequada suas pontas de prova passivas 10:1 a fim de obter as medições mais precisas no osciloscópio, outra questão que deve ser considerada é o carregamento da ponta de prova. Em outras palavras, conectar a ponta de prova e o osciloscópio a seu dispositivo sob teste (DUT) mudará o comportamento do seu circuito? Quando você conecta qualquer instrumento em seu circuito, o instrumento em si torna-se parte de seu DUT e pode "carregar" ou mudar o comportamento de seus sinais de alguma forma. Se utilizarmos os valores dados de resistências e capacitâncias listados acima (juntamente com o valor de C comp calculado), podemos modelar o efeito de carregamento da ponta de prova e do osciloscópio juntos como a combinação paralela de um único re 21. Figure resistor e capacitor, conforme mostrado na Figu

 

Figure 21 Modelo de carregamento do osciloscópio e da ponta de prova passiva 10:1 Para aplicações CC ou de baixa frequência, o carregamento é dominado pela Ω

res resistência istência 1100um M sinal , quede naclock maioria dos casos é umA problema. Mas ecasedesse você estiver testade testando ndo digital de 100não MHz? quinta harmôni harmônica

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clock digital, que é um componente significativo na criação da forma desse sinal, seria 500 MHz. Agora calc calcule ule a reatân reatância cia contrib contribuída uída pela capac capacitância itância de 13,5 pF Figu gure re 21: do modelo de carregamento mostrado na Fi  X c

  1 1 = ------------ = ------------------------------------------------------------------- = 23.6 Ω 2 π fC 

  06 2 π ×  500 ×1

   – 12 × 13.5 ×10

Embora 13,5 pF possa par parecer ecer pouco, em fr frequências equências mais altas essa quantidade de capacitância de carregamento pode ser significativa. Em aplicações com frequência mais alta como essa, a maioria dos fornecedores de osciloscópios fornece soluções de pontas de prova ativas opcionais que têm capacitâncias de entrada (sub pF) significativamente menores. Contudo, esses tipos de pontas de prova especiais custam significativamente mais do que a ponta de prova passiva 10:1 típica. Por fim, esteja ciente de que os modelos de ponta de prova + osciloscópio apresentados nesta aula estão muito simplificados. Modelos mais precisos também incluiriam elementos indutivos. Os cabos, principalmente o condutor de terra, devem ser considerados elementos indutivos, principalmente em aplicações de alta frequência. Para conduzir a sua própria experiência de carregamento de ponta de prova, p rova, baixe a nota de aplicação Experiência de carregamento da ponta de prova do osciloscópio listada na seção “ “Publicações afins da Keysight” deste documento.

 

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Laboratório nº5: Documentar e salvar resultados de testes no osciloscópio Quando você concluir as várias tarefas do laboratório de circuitos, seu professor poderá pedir para que você redija um relatório de testes. A inclusão de imagens (fotografias) de suas medições no relatório de laboratório também poderá ser requerida. Além disso, se você não conseguir concluir sua tarefa de laboratório em uma aula, você poderá continuar os testes depois. Mas seria muito bom se você conseguisse continuar de onde parou; sem ter de reconfigurar o osciloscópio ou possivelmente obter as formas de onda novamente. Nesta aula, você aprenderá como salvar e recuperar vários tipos de arquivo de osciloscópio, incluindo imagens, formas de onda de referência e configurações. Nesta aula, você terá de ter acesso a um dispositivo de memória USB pessoal. 1 Confira se a ponta de prova do osciloscópio ainda esteá conectada entre o terminal identificado como Comp. ponta e o BNC de entrada do canal 1. 2 Pressione Config. Padrão [Default Setup] no painel frontal do osciloscópio. 3 expandir Pressioneaaárea tecladeLigar/De Ligar/Desligar sligar On/Off] no painel frontal para exibição da Menu forma[Menu de onda. 4 Ajuste a base de tempo do osciloscópio como 200 µs/div. 5 Pressione o botão de nível de disparo para estabelecer o nível de disparo em

aproximadamente 50%.

 

Nesse ponto você deve visualizar alguns ciclos da onda quadrada de 1 kHz, como Figu gurre 22. Vamos agora salvar essa imagem (figura). ilustrado na Fi

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Figure 22 Dois ciclos de uma onda quadrada de 1 kHz que queremos salvar para fins de documentação e análise posterior 6 Conecte seu dispositivo de memória USB pessoal na porta USB do painel 7 8

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frontal do osciloscópio. Pressione a tecla Salvar/recuperar [Save/Recall] na seção Arquivo do painel frontal. Pressione a softkey Armazenar; em seguida, gire o botão Entrada para destacar PNG e aperte o botão Entrada para selecionar esse como o tipo de operação/tipo de arquivo que deseja salvar ou recuperar. Pressione a softkey Externo, significando que você deseja salvar ou recuperar dados na unidade USB externa. Observe que, embora você possa salvar determinados tipos de dados na memória interna do osciloscópio, esses locais de memória limitados podem ser sobrescritos por seus colegas de classe. Pressione a softkey Novo arq para criar um novo nome de arquivo. Embora seja possível criar um nome de arquivo personalizado, vamos usar agora o nome padrão. Pressione a softkey Salvar para salvar esse arquivo de imagem.

Isso salva a imagem (figura) que estava no visor do osciloscópio antes de você acessar este menu. Embora não seja possível recuperar esse tipo de arquivo para seu osciloscópio, você pode abrir um arquivo .png em seu PC e inserir essa imagem em vários tipos de documentos, como os do Microsoft Word. Isso é algo que seu professor provavelmente exigirá em breve para documentar suas experiências de laboratório. Além de salvar imagens no formato .png, você também pode salvá-las como bitmaps de 8 ou 24 bits. Observe que todas as

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imagens da tela do osciloscópio mostradas neste Guia de Laboratório foram originalmente salvas no formato .png. Vamos agora salvar um arquivo de configuração. 12 Pressione a tecla Ligar/De Ligar/Desligar sligar Menu [Menu On/Off] no painel frontal. 13 Se estiver usando um osciloscópio da série DSO1000B, pressione a tecla Salvar/recuperar [Save/Recall]  do painel frontal. Se você estiver usando um

osciloscópio da série DSO1000A, então o menu Salvar/recuperar já estará sendo exibido. 14 Pressione a softkey Armazenar; gire o botão Entrada para destacar Configurações  e, em seguida, aperte o botão Entrada para selecionar. 15 Pressione a softkey Externo. 16 Pressione a softkey Novo arq; em seguida, pressione Salvar. O arquivo de configuração permite salvar as condições do osciloscópio (V/div, s/div, nível de disparo etc.) para que você possa mais tarde recuperar essas configurações e continuar a fazer medições a partir de onde parou no dia anterior. Vamos agora tentar recuperar a configuração que você acabou de salvar. Primeiramente, vamos eliminar a configuração atual do osciloscópio. 17 Pressione a tecla Ligar/De Ligar/Desligar sligar Menu [Menu On/Off] no painel frontal. 18 Pressione a tecla Config. Padrão [Default Setup] do painel frontal. Isso elimina a configuração atual do osciloscópio. 19 Pressione a tecla Salvar/recuperar [Save/Recall] no painel frontal. 20 Pressione a softkey Armazenar; em seguida, gire o botão Entrada para destacar Configuração e aperte o botão Entrada para selecionar. 21 Pressione a softkey Externo. 22 Gire o botão Entrada para destacar o arquivo de configuração que você acabou de salvar. Observe que esse arquivo tem a extensão .stp. Se esse for o único arquivo .stp armazenado na sua unidade USB, ele será destacado

 

automaticamente.

23 Pressione a softkey Recuperar para recuperar esse arquivo.

Se a ponta de prova ainda estiver conectada ao terminal Comp. ponta, o osciloscópio deve estar corretamente configurado para exibir novamente a onda quadrada de 1 kHz. Observe que você também pode salvar configurações usando o tipo de armazenamento Forma de onda. Se forem salvas e recuperadas como "Forma de onda", então o osciloscópio recuperará a configuração e a(s) forma(s) de onda. No entanto, se você pressionar a tecla Executar [Run] após recuperar configurações e formas de onda, estas últimas serão substituídas por formas de onda digitalizadas ativamente. Existe uma maneira melhor de salvar permanentemente formas de onda para análise posterior usando formas de onda de "referência". Vamos tentar isso. 24 Pressione canal 2). a tecla Ref [Ref] no painel frontal (ao lado da tecla ligar/desligar do

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25 Pressione a softkey Local para alternar da memória Interna para Externa. 26 Pressione a softkey Salvar. 27 Pressione a softkey Novo arq; em seguida, pressione Salvar.

Agora vamos importar (recuperar) essa forma de onda de referência que você acabou de salvar no osciloscópio para posterior análise. Vamos primeiramente apagar a forma de onda do canal 1 atualmente exibida (traço amarelo). 28 Pressione a tecla Ligar/De Ligar/Desligar sligar Menu [Menu On/Off] no painel frontal. 29 Pressione a tecla Exibir [Display] no painel frontal. 30 Se a seleção superior mostra 2/2 (menu 2 de 2), então pressione essa softkey para alternar para 1/2 (menu 1 de 2). 31 Pressione a softkey Limpar para apagar a forma de onda do canal 1. 32 Pressione a tecla Ref [Ref] no painel frontal. 33 Pressione a softkey Local até ela indicar Externo. 34 Pressione a softkey Importar. 35 Gire o botão Entrada para destacar o arquivo de forma de onda de referência

que você acabou de salvar. Observe que esse arquivo tem a extensão .ref. 36 Pressione Importar.

Você deverá ver uma forma de onda branca no visor do osciloscópio semelhante à Figur ure e 23. Você agora pode usar essa forma de onda para comparar com da Fig formas de onda ativamente digitalizadas.

Figure 23 Importar forma de onda de referência (.ref) armazenada para a memória de referência interna uma do osciloscópio

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Além de salvar imagens (.png ou .bmp), configurações (.stp) e formas de onda de referência (.ref (.ref),), você também pode salvar formas de onda no formato .csv (valores separados por vírgula). Isso consiste em uma matriz de d e pares XY (tempo e tensão) que representa os pontos individuais digitalizados d igitalizados da forma de onda. Embora você não possa recuperar esse tipo de arquivo de volta para o osciloscópio, é possível abri-lo em um aplicativo de planilha como o Microsoft Excel. Você também pode importar esse tipo de dado em vários pacotes de software de análise de dados/formas de onda, tais como o LabView e o MatLab, para fazer análises mais avançadas que podem não estar disponíveis no osciloscópio. 37 Pressione a tecla Ref [Ref] no painel frontal para cancelar a exibição da d a forma de onda de referência (Pressione duas vezes nos osciloscópios da série DSO1000B. Pressione uma vez nos osciloscópios da série DSO1000A.) 38 Pressione a tecla Exec./Parar [Run/Stop] para reiniciar as aquisições ( Exec./Parar [Run/Stop] deve ficar verde). 39 Pressione a tecla Salvar/recuperar [Save/Recall] no painel frontal. 40 Pressione a softkey Armazenar; em seguida, gire o botão Entrada para destacar CSV e aperte o botão Entrada para selecionar. 41 Pressione a softkey Externo. 42 Pressione a softkey Novo arq. 43 Pressione a softkey Salvar. 44 Pressione a tecla Ligar/De Ligar/Desligar sligar Menu [Menu On/Off] no painel frontal.

 

Se você abrir esse arquivo em seu laptop usando o Microsoft Excel, é possível visualizar uma lista de pares de dados de tempo e tensão semelhante à mostrada Figu gurre 24. Embora o Excel ofereça recursos limitados para análise de dados de na Fi forma de onda, você também pode abrir o arquivo em aplicativos como LabView ou MatLab para realizar análises mais abrangentes e avançadas.

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Figure 24 Abrir uma forma de onda salva no formato .csv usando Microsoft Excel

 

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Laboratório nº6: Usar a matemática de forma de onda do osciloscópio Osciloscópios podem efetuar operações matemáticas em toda uma forma de onda, ou em pares de formas de onda. Uma função matemática de forma de d e onda muito comum que você pode querer que o osciloscópio faça é subtrair uma forma Figu gure re 25 mostra o exemplo de uma rede divisora de tensão de onda de outra. A Fi simples com dois resistores. Se você quisesse visualizar como seria a forma de onda entre apenas R1? Usando pontas de prova passivas 10:1, como as que você está utilizando hoje, é possível medir as tensões Vin e Vout em relação à terra usando um canal do osciloscópio para cada uma. Mas você não pode medir em R1, pois nenhuma extremidade desse resistor é relativa à terra. Uma opção seria usar uma dispendiosa ponta de prova ativa diferencial. Outra opção seria usar a função matemática “A-B” do osciloscópio para formas de onda a fim de criar uma forma de onda matemática que representaria a diferença entre as formas de onda nos canais 1 e 2. Seu professor ou instrutor de laboratório pode pedir para você realizar uma experiência usando um gerador de função externo juntamente com componentes ativos e/ou passivos. Por enquanto, vamos usar o sinal de compensação de ponta de prova integrado ao osciloscópio para aprender como usar as funções matemáticas de forma de onda.

 

Figure 25 Uma rede divisora de tensão com 2 resistores 1 Conecte uma ponta de prova do osciloscópio entre o BNC de entrada do canal

1 e o terminal identificado como "Comp. ponta". Conecte o clipe de aterramento da ponta de prova ao terminal terra. 2 Conecte a outra ponta de prova do osciloscópio entre o BNC de entrada do canal 2 e o terminal identificado como “Comp. ponta”. Conecte o clipe de aterramento da ponta de prova ao terminal terra. 3 Pressione Config. Padrão [Default Setup] no painel frontal do osciloscópio. 4 Pressione canal 2. a tecla [2] no painel frontal (entre os dois botões verdes) para ativar o

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5 Ajuste a base de tempo horizontal como 200,0 µs/div. 6 Pressione o botão de nível de disparo para definir automaticamente o nível de

disparo como cerca de 50%. 7 Ajuste a posição vertical do canal 2 (botão menor verde) para posicionar a

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9 10 11

forma de ondadedoque canal 2 (traço verde) metade inferior do está visor.ligeiramente Certifique-se a parte superior dana forma de onda verde abaixo do centro da tela. Ajuste a posição vertical do canal 1 (botão menor amarelo) para reposicionar a forma de onda do canal 1 para que sua parte inferior fique ligeiramente acima do centro da tela. Pressione a tecla Mat. [Math] no painel frontal (entre as teclas ligar/desligar ligar/desli gar dos canais 1 e 2). Se a seleção da softkey superior mostra 2/2 (menu 2 de 2), então pressione essa softkey para alternar para 1/2 (menu 1 de 2). Pressione a softkey Operador; gire o botão Entrada para destacar A-B e, em seguida, aperte o botão Entrada para selecionar.

Figur ure e 26. Se as pontas de O visor do seu osciloscópio deve estar parecido com a Fig prova foram corretamente compensadas, a forma de onda matemática (traço roxo), representando a diferença entre os canais 1 e 2, devem mostrar o traço de uma "linha plana" de 0 V. Como ambos os canais estão capturando o mesmo sinal, o resultado deve ser zero.

Forma de onda matemática

Figure 26 Usar a matemática de forma de onda para subtrair o canal 2 do canal 1

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Para tornar essa medição diferencial uma pouco mais interessante, tente desajustar a compensação de apenas uma das pontas de prova (a ponta de prova do canal 1 ou 2). Isso cria uma diferença entre esses dois sinais de entrada. O visor re 27. do seu osciloscópio deve estar parecido com a Figu Figure

 

Figure 27 Criar uma diferença entre as formas de onda do canal 1 e 2 Observe que a escala padrão da forma de onda matemática (5, 5,00 00 V/div) é diferente da escala das formas de onda do canal 1 e do canal 2 ( 1,0 1,000 V/ V/dd iv). Você pode mudar a escala da forma de onda matemática e o deslocamento/ posição no menu do nível 2/2 (menu 2 de 2). Agora ajuste corretamente a compensação da ponta de prova antes de fazer a próxima medição. Vamos executar uma função matemática mais complexa só na forma de onda do canal 1. Vamos converter a forma de onda do canal 1, de uma forma de onda no domínio do tempo em uma forma de onda no domínio da frequência usando a função matemática da transformada rápida de Fourier (FFT). 12 Pressione a tecla 2 [2] Ligar/Desligar no painel frontal até desligar a forma de onda do canal 2 (traço verde). 13 Ajuste a escala vertical do canal 1 (botão maior amarelo) como 50 5000 mV/div mV/div. 14 Reposicione a forma de onda do canal 1 para que ela fique no centro do visor (botão menor amarelo). 15 Altere a configuração da base de tempo (botão grande horizontal) para

1, 1,00 0000 ms/div ms/div.

16 Pressione a tecla Mat. [Math] no painel frontal.

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17 Pressione a softkey Operador; gire o botão Entrada para destacar FFT e, em

seguida, aperte o botão Entrada para selecionar. Figu gurre 28. O osciloscópio estará exibindo tanto Você deverá ver uma tela similar a Fi uma forma de onda de domínio de tempo (Tensão ( Tensão x Tempo) quanto uma forma de

onda de que domínio de frequência em éunidades Vrms x Frequência). Observe a escala horizontal(Amplitude da frequência diferentedenos osciloscópios da série DSO1000A.

Forma de onda FFT

  Figure 28 Usar a matemática de forma de onda para subtrair o canal 2 do canal 1 A função matemática FFT quebra os sinais até os componentes de frequência de onda senoidal individuais. E, se você se lembrar de um pouco das suas aulas de Engenharia Elétrica ou Física, todos os sinais elétricos, incluindo os sinais digitais, são compostos de várias ondas senoidais de frequências diferentes. Um sinal de clock ideal que tenha 50% do ciclo de serviço deve consistir de um componente de frequência de onda senoidal fundamental (frequência repetitiva do sinal) mais os seus harmônicos ímpares (terceiro, quinto, sétimo, etc). Observe que ondas quadradas não ideais também irão incluir harmônicos pares de nível inferior. Vamos agora verificar as frequência dos harmônicos fundamentais e ímpares desse sinal de entrada. 18 Pressione a tecla Cursores [Cursors] no painel frontal. 19 Pressione a softkey Modo; gire o botão Entrada para destacar Acompanhar e, em seguida, aperte o botão Entrada para selecionar. Observe que no Laboratório nº1 usamos cursores para realizar medições de tensão e tempo usando a configuração de cursor “manual”. No modo(X) de cursor manual, você pode controlar as configurações vertical (Y) e horizontal independentemente. Quando o modo "acompanhar" é selecionado, você pode

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Laboratórios de Familiarização com o Osciloscópio

controlar apenas a configuração horizontal dos cursores. O osciloscópio então vincula automaticamente a posição dos cursores de amplitude ao local da forma de onda onde ela é interceptada pelos cursores de tempo. Vamos agora determinar que os cursores "acompanhem" e façam medições na forma de onda FFT. 20 Pressione a softkey Cursor A; gire o botão Entrada para destacar Mat. e, em seguida, aperte o botão Entrada para selecionar. 21 Pressione a softkey Cursor B; gire o botão Entrada para destacar Mat. e, em seguida, aperte o botão Entrada para selecionar. 22 Pressione a softkey CurA—; gire o botão Entrada até a retícula do cursor ficar posicionada no topo do pico de frequência mais alto (próximo ao lado esquerdo da tela). 23 Pressione a softkey CurB—; gire o botão Entrada até a retícula do cursor ficar posicionada no topo do segundo pico de frequência mais alto (próximo ao lado esquerdo da tela). Figur ure e 29. O visor do seu osciloscópio deve estar parecido com a Fig

 

Figure 29 Cursores de acompanhamento para medições de em uma forma de onda FFT 24 O que é frequência “A -> X” e qual é o componente fundamental?

F1 = _____________ 25 O que é a frequência “B -> X” e qual deve ser o 3 o harmônico?

F3 = _____________

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Laboratório nº7: Usar o modo zoom do osciloscópio A maioria dos osciloscópios possui duas bases de tempo. Isso significa que eles podem exibir formas de onda com base em duas configurações horizontais diferentes Até agora usado somente a base dechamada tempo de “principal” (s/divisão). do osciloscópio. A 2a temos base de tempo é normalmente exibição de “zoom” horizontal. Se o seu professor/instrutor de laboratório usou um osciloscópio analógico mais antigo em seus tempos de universidade, uni versidade, essa 2a base de tempo era chamada de “retardada”. Quando a exibição zoom é ativada, você pode visualizar formas de onda com duas configurações diferentes e também fazer medições “controladas” ou seletivas. 1 Conecte uma ponta de prova do osciloscópio entre o BNC de entrada do canal 1 e o terminal identificado como "Comp. ponta". Conecte o clipe de aterramento da ponta de prova ao terminal terra. 2 Pressione a tecla Config. Padrão [Default Setup] do painel frontal. 3 Ajuste a base de tempo do osciloscópio (botão grande horizontal) como 200,0 µs/div. 4 Pressione o botão de disparo para definir automaticamente o nível de disparo em cerca de 50%. 5 Ajuste a escala vertical do canal 1 como 50 5000 mV/div mV/div usando o botão amarelo maior. 6 Reposicione a forma de onda para que ela fique no centro da tela usando o botão amarelo menor. 7 Pressione a tecla Med Medição ição [Meas [Meas]] no painel frontal. Essa tecla do painel pain el frontal é identificada como Med Medição ição [Measur [Measure] e] nos osciloscópios da série DSO1000A. 8 Pressione a softkey Tempo; gire o botão Entrada para destacar Temp Tempoo de de subi subida da  e, em seguida, aperte o botão Entrada para selecionar. O visor do seu osciloscópio deve estar parecido com a Fig Figur ure e 30. Observe que o Tempo de subida mostrado próximo à parte inferior da tela pr provavelmente ovavelmente apresenta apr esenta algo co como mo “1) a amplitude do sinal de forma a tirar vantagem de toda a faixa dinâmica do ADC. Se um sinal de entrada de nível muito alto for inserido, você normalmente definiria a configuração V/div como relativamente alta. Com a utilização de uma configuração V/div alta, o estágio do atenuador iria primeiro

 

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A

Diagrama de blocos e teoria de operação do osciloscópio

atenuar o sinal de entrada (ganho < 1) para fazer com que ele esteja na faixa dinâmica do amplificador, e então o amplificador poderia atenuar o sinal (ganho 0,7). Para rrealizar ealizar medições precisas em sinais analógicos, você precisaria usar o osciloscópio na parte da banda de frequência onde ainda ela é relativamente plana, com atenuação mínima. Em cerca cerca de um terço da largura de banda de 1 GHz, este osciloscópi oscil oscópioo exibe uma atenuaç atenuação ão bem pequena (-0,2 dB).

 

Figure 34 Resposta de frequência real de um osciloscópio Keysight com largura de banda de 1 GHz GHz

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Tutorial de largura de banda do osciloscópio

B

Largura de banda requerida requerida por aplicações digitais d igitais A grande maioria dos bacharéis em EE atualmente está focada nas aplicações de projetos digitais quando entram na indústria eletrônica. E as taxas de clock digital e os links de dados seriais na faixa dos multigigabits/s são bastante comuns atualmente.

Regra prática Como regra prática, a largura de banda do seu osciloscópio deve ser, no mínimo, cinco vezes maior do que a taxa de clock digital mais veloz do sistema submetido ao teste. Se seu osciloscópio atende esse critério, então ele será capaz de captar até a quinta harmônica com mínima atenuação de sinal. Esse componente do sinal é muito importante ao determinar o formato geral dos sinais digitais.

f BW >= 5 x f clk Porém, se você precisa realizar medições precisas em bordas de alta velocidade, essa fórmula simples não leva em consideração os componentes reais com a mais alta frequência integrados às bordas rápidas ascendentes ou descendentes.

Etapa 1: Determinar as velocidades reais mais rápidas de borda Um método mais exato para determinar a largura de banda requerida do osciloscópio é averiguar a frequência máxima presente nos sinais digitais, d igitais, que não é a taxa de clock máxima. A frequência máxima estará baseada nas velocidades velocidad es de borda mais rápidas de seus projetos. Portanto, a primeira coisa a se fazer é determinar o tempo de subida e descida dos sinais mais rápidos. Geralmente, essa informação pode ser obtida nas especificações publicadas dos dispositivos usados nos projetos.

Etapa 2: Calcular f  joelho É possível utilizar uma fórmula simples para calcular o componente máximo de frequência “viável”. O Dr. Dr . Howard W. Johnson escreveu o livro “High-speed Digital Design – A Handbook of Black Magic” sobre esse assunto. 1 Ele se refere a esse componente da frequência como “joelho” (f  joelho). Todas as bordas rápidas têm um espectro infinito de componentes de frequência. Porém, há uma inflexão (ou "joelho") no espectro de frequência de bordas rápidas onde os componentes de frequência maiores do que f  joelhosão insignificantes para determinar a forma do sinal.

f  joelho = 0,5/RT (10% 90%) f  joelho = 0,4/RT (20% 80%)

 

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Tutorial de largura de banda do osciloscópio

Em sinais com características de tempo de subida baseadas em limites de 10% a 90%, f  joelho é igual a 0,5 dividido pelo tempo de subida do sinal. Em sinais com características de tempo de subida baseadas em limites de 20% a 80%, o que é muito comum na maioria das especificações de dispositivos atualmente, f  joelho é igual a 0,4 dividido divid ido pelo tempo de subida do sinal. Não confunda esses tempos de subida com o tempo de subida especificado no osciloscópio. Nós estamos falando de velocidades reais de borda de sinal.

Etapa 3: Calcular a largura de banda do osciloscópio A terceira etapa é determinar a largura de banda do osciloscópio exigida para a medição desse sinal, com base no grau de precisão desejado ao se medir tempos de subida e descida. A Tabl able e 2 mostra fatores de multiplicação para vários graus de exatidão que se aplicam a osciloscópios com resposta de frequência gaussiana.

Table 2 Multiplicar fatores para calcular a largura de banda exigida do osciloscópio com base na exatidão desejada

 

Exatidão exigid a 20%

Largura de band a exigid a fBW = 1,0  x f  joelho

10% 3%

fBW = 1,3  x f  joelho f BW = 1,9 x f  joelho

Exemplo Vamos agora dar uma olhada neste exemplo simples:

Determine a largura de banda mínima exigida de um osciloscópio commedir uma resposta de de frequência aproximada apro ximada para um tempo subi subida da degaussiana 1 ns (10-90%) Se o sinal tiver um tempo de subida/descida próximo a 1 ns (com base no critério de 10% a 90%), o componente máximo de frequência viável (f  joelho) no sinal seria de aproximada aproximadamente mente 500 MHz.

f  joelho = 0,5/ 0,5/11 ns = 500 500 MH MHzz

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Tutorial de largura de banda do osciloscópio

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Se você for capaz de tolerar erros de tempo de até 20% ao realizar medições paramétricas de tempo de subida e descida nos sinais, será possível utilizar um osciloscópio com largura largura de banda de 500 MHz nas aplicações com medição digital. Porém, se a precisão de tempo na faixa de 3% for necessária, o osciloscópio com largura largura de banda de 1 GHz seria uma opção melhor.

20% de precisão de tempo: Larguraa de banda do osciloscópi Largur osciloscópioo = 1,0 x 500 MHz = 500 MHz 3% de precisão de tempo: Larguraa de banda do osciloscópi Largur osciloscópioo = 1,9 x 500 MHz = 950 MHz Vamos agora realizar algumas medições em um sinal de clock digital com características similares às deste exemplo usando várias larguras de banda do osciloscópio...

 

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Tutorial de largura de banda do osciloscópio

Comparação entre entre medições de clock digital A Figu Figurre 35 mostra os resultados da forma de onda ao se medir um sinal de clock digital de 100 MHz com velocidades de borda rápida usando-se um osciloscópio com largura de banda de 100pela MHz. Como é possível observar, esse osciloscópio basicamente passa somente frequência fundamental de 100 MHz desse sinal de clock, representando assim o nosso sinal de clock como uma onda senoidal aproximada. Um osciloscópio de 100 MHz pode ser uma boa solução para muitos projetos baseados em MCU de 8 bits com taxas de clock clock na faixa de 10 MHz a 20 MHz, por porém ém a largur larguraa de banda de 100 MHz é evidentemente evidentemente insufici insuficiente ente para esse sinal sinal de cloc clockk digital de 100 MHz.

 

Figure 35 Sinal de clock clock ddigital igital de 100 MHz captu capturado rado em um osc oscilosc iloscópio ópio com 100 MHz de largura de banda Figur ure e 36 mostra Usando um osciloscópio com largura de banda de 500 MHz, a Fig que ele é capaz de captar até a quinta harmônica, que era nossa primeira recomendação prática. Contudo, quando medimos o tempo de subida, vemos que o osciloscópio mede aproximadamente aproximadamente 750 ps. Nesse caso, o osciloscópio não está realizando uma medição muito precisa do tempo de subida desse sinal. O osciloscópio está, na verdade, medindo algo mais próximo de seu próprio tempo de subida (700 ps), não o tempo de subida do sinal de entrada, que fica próximo a

500 ps. Precisamos de um osciloscópio com maior largura de banda para essa aplicação de medição digital caso as medições de tempo sejam importantes.

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Figure 36 Sinal de clock clock ddigital igital de 100 MHz captu capturado rado em um osc oscilosc iloscópio ópio com 500 MHz de largura de banda Quando utilizamos um osciloscópio com largura de banda de 1 GHz para captar esse clock digital de 100 MHz, o resu resultado ltado é que agora temos uma imagem muito mais precisa desse sinal, conforme mostra a Fig Figur ure e 37. Podemos medir tempos de subida e descida mais rápidos, observamos menos sobreamortecimento e podemos observar até mesmo reflexões sutis que o osciloscópio com largura de banda mais baixa mascarou.

 

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Figure 37 Sinal de clock clock digital de 100 MHz capturado em um osciloscópio com 1 GHz de largura de banda Este tutorial sobre largura de banda de osciloscópio se concentrou nos osciloscópios que exibem uma resposta de frequência gaussiana, comum em osciloscópios com especificações de largura largura de banda de 1 GHz e inferior. Muitos osciloscópios com largura de banda maior exibem exibe m uma resposta de frequência que possui uma característica de queda gradativa mais acentuada. Com esse tipo de resposta de frequência, as frequências dentro da banda (frequências com menos de -3 dB) são menos atenuadas, ao mesmo tempo que as fr frequências equências fora da banda (frequências com mais de -3 dB) são suprimidas a um grau maior. Esse tipo de resposta de frequência, que é iniciado para aproximar um filtro "brickwall” ideal, é algumas vezes chamado de resposta de frequência “maximamente plana”. As fórmulas de cálculo da largura de banda requerida nesses osciloscópios com largura de banda maior (> 1 GHz) são diferentes do que foi apresentado neste tutorial. Se você deseja saber mais sobre a largura de banda dos osciloscópios, é possível baixar a nota de aplicação da Keysight “ Avaliar  Avaliar as larguras de banda do osciloscópio para sua aplicação”. Essa publicação está listada na seção "Publicações afins" deste documento, com instruções sobre como fazer o download. 1 High-Speed Digital Design, A Handbook of Black Magic, Howard Johnson, Martin Graham, 1993, Prentice Hall

PTD, Prentice-Hall, Inc, Upper Saddle River, New Jersey 07458

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Índice A

I

S

ajuste fino, 17 ajuste, compensação de ponta de prova, 34 Algumas palavras para os professores de Engenharia Elétrica/Física, 4

introdução, 3

softkeys, 14

L

T

B

largura de pulso, 19

Terminais Comp. ponta, 16

base de tempo principal, 49 base de tempo retardada, 49 Botão de controle Entrada, 14 botão/controle de nível de disparo, 13

M

U

matemática de forma de onda, 44 medições controladas, 49 medições seletivas, 49 Mensagem Aguardar, 28 Mensagem AUTO, 26 modelo elétrico de uma ponta de prova de 10 1 passiva, 9 modo de disparo, 27 modo de varredura, 27 Modo de varredura Disparado, 28

usar as pontas de prova do osciloscópio, 9

C capacitância de carregamento, 37 capacitância de compensação, 35 capacitância inerente/parasita, 32 capacitâncias parasitas, 32 carregamento de ponta de prova, 36 compensação da ponta de prova, 33 configuração predefinida de fábrica, 17 contagem de divisões, 22 Controles horizontais, 12 Controles verticais, 12 cursores, 19

N nível de tensão pico a pico, 19 nível de terra, 19

D

O

disparo, 24 DSO, 7

osciloscópio de armazenamento digital, 7 osciloscópios analógicos, 7

E

P

exibição de zoom, 49

período, 19 ponta de prova ativa diferencial, 9 pontas de prova passivas 10 1, 9 publicações afins da Keysight, 54

F faixa dinâmica, 10 fator de atenuação de ponta de prova, 11 fator de atenuação, ponta de prova, 11 fatores de atenuação de ponta de prova, 17 40 formas de onda frequência, 19 de referência,

R rede divisora de tensão, 44

V valores separados por vírgula, 42 vernier, 17

 

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