Osciloscópio sem Traumas

O que um osciloscópio faz? Analisar um sinal elétrico consiste basicamente em querer saber três grandezas a ele associadas: amplitude ou magnitude (volts), frequência e tempo. Como são três grandezas, precisariamos de um sistema tridimensional se quiséssemos representá-las graficamente. Mas a tela de um osciloscópio é plana, portanto dimensioinal, e só podemos ter o eixo X e o eixo Y simultaneamente. O eixo Y é usado para a amplitude do sinal em volts e o eixo X é usado para tempo, que no caso dos sinais elétricos preferimos chamar de período (isto será melhor debatido no capítulo 1). Nos osciloscópios analógicos temos um eixo Z na parte de trás como mostra a fig. 4 que tem a função de modular a intensidade do traço na tela, mas é algo pouco usado na prática até porque estes osciloscópios estão praticamente em extinção e portanto, não vale mais a pena nos preocuparmos mais com isto. No capítulo 7 veremos uma maneira “diferente” de usar os eixos X e Y, muito útil para encontrar desvio de fases entre duas ondas. Embora possamos usá-la nos osciloscópios analógicos eu só tratarei deste assunto em osciloscópios digitais. São temas pouco abordados e quero chamar a sua atenção de que o osciloscópio é um instrumento que trabalha, primordialmente, no domínio do tempo, entretanto, os digitais, podem trabalhar também no domínio da frequência graças a uma opção que eles possuem e que é denominada FFT a qual será estudada no capítulo 6.

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Paulo Brites

Osciloscópio sem Traumas que cada quadrícula vale 2 milessegundos e como temos 10 quadrículas teremos na tela uma onda completa cujo periodo vale 20ms que corresponde a 50Hz (por que?). Suponhamos que a senóide da fig.11 foi obtida com a chave time/div em .5ms. Qual a frequência desta onda? Obs. Geralmente o zero antes da vírgula é omitido, por exemplo, .5ms = 0,5ms. Primeiro precisamos descobrir qual o seu período. Como a onda está ocupando 10 quadrículas que neste caso vale .5ms temos um período de 5ms e, portanto a frequência desta senóide será 1÷0,5ms = 1÷ 0,00005 = 200Hz. Qual deveria ser a posição da chave time/div para que aparecessem na tela dois ciclos completos da mesma onda de 200Hz como mostrada na fig.11? Para ter dois ciclos completos precisamos que a tela toda corresponda a 10ms, uma vez que um ciclo completo ocupa 5ms e, portanto devemos passar a chave time/div para .25ms. Como a posição mais próxima é .2ms tivemos que escolher esta e, por isso, como você deve ter notado, ficou faltando um pedacinho do segundo ciclo. Na página a seguir vou lhe dar uma tabela que relaciona os valores do tamanho da quadrícula (time/div) com a frequência máxima de uma onda que aparece numa tela de 10 ou 12 quadrículas (div = divisão = quadrícula). A boa notícia é que alguns osciloscópios digitais podem mostrar a frequência da onda escrita na tela junto com outros parâmetros dependendo da configuração que se faça.

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Osciloscópio sem Traumas Para começar você deve voltar à fig.4 e observar que na entrada da ponteira há um capacitor em paralelo com o resistor de 9Mohms, mas até aqui nada foi dito sobre este capacitor. Quando a chave está na posição x1 este capacitor e o resistor de 9Mohms são “baipasados”, uma vez que estão em paralelo. Na posição x10 o capacitor entra em ação e seu valor é calculado dividindo-se por nove a capacitância total do cabo mais a capacitância de entrada do osciloscópio. Embora você não tenha que se preocurar com este cálculo e sim o fabricante da ponteira, vejamos um exemplo para se ter uma ideia do valor do capacitor. A capacitância do cabo de uma ponteira é da ordem de 100pF e a capacitância da entrada do osciloscópio é cerca de 20pF. Como estas capacitâncias ficam em paralelo o resultado final será 120pF e, portanto o capacitor em paralelo com o resistor de 9Mohms deverá ter um valor igual a 120/9 = 13,3pF. Entretanto, como sabemos a reatância capacitiva que expressa a “resistência” que um capacitor oferece à passagem de uma tensão senoidal varia com a frequência de acordo com a fórmula ao lado onde

= 3,14

aproximandamente.

Da fórmula acima conclui-se que a reatância capacitiva é inversamente proporcional a frequência, ou seja, a medida que a frequência aumenta a reatância capacitiva diminui e vice-versa. No caso da ponteira do osciloscópio como o capacitor está em paralelo com o resistor de 9Mohms ele (o resistor) não terá efeito significativo em baixas frequências porque a reatância capacitiva terá um valor muito alto, o mesmo não ocorrendo a medida que temos frequências mais elevadas. Assim o efeito destes capacitores será atenuar a amplitude do sinal e a medida que a frequência aumenta menor será a atenuação uma vez que a impedância do conjunto resistor de 9Mohms e capacitor de 13,3pF (no exemplo) diminuirá. www.paulobrites.com.br

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Osciloscópio sem Traumas Por exemplo, a composição de duas senóides de mesma amplitude e frequências diferentes, se estiverem em fase, estando uma no eixo horizontal e outra no vertical produzirão a Figura de Lissajous mostrada no destaque da fig.3. No exemplo da fig,3 a onda do eixo vertical (Y) tem o dobro da frequência da onda do eixo horizontal (X).

Uma infinidade de Figuras de Lissajous poderão ser obtidas e visualisadas na tela de um osciloscópio, seja ele analógico ou digital. Nos digitais a tarefa é bem simples, bastando usar a função XY “escondida” no menu Display como veremos mais adiante. Mas, a pergunta que você deve estar querendo fazer é: - onde isto pode ser útil numa reparação, por exemplo? A aplicação mais imediata de Lissajoous na reparação, em particular, em áudio analógico é encontrar o ângulo de defasagem entre dois sinais. A seguir proponho uma experiência bem simples para entender as Figuras Lissajous.

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