Índice - Técnicas e aplicações - Terceira Parte
I - MANUSEIO DO OSCILOSCÓPIO 1 - OBJETIVO Identificação dos controles do osciloscópio; Verificação da atuação dos controles. 2 - IDENTIFICAÇÃO DOS CONTROLES
Identifique os controles e entradas listados abaixo;
a - chave liga-desliga; b - controle de brilho; c - controle de foco; d - entrada(s) vertical(ais); e - chaves(s) de seleção do modo de entrada; f - chaves(s) seletora(s) de ganho vertical; g - controle(s) de posição; h - chave seletora da base de tempo; i - ajuste fino da base de tempo; j - controle(s) de posição horizontal; l - entrada de sincronismo externo; m - controles de sincronismo. 4 - ALIMENTAÇÃO Conecte o cabo de alimentação do osciloscópio à rede elétrica observando se a tensão da rede confere com a da chave seletora 110/220V. 5 - OBTENÇÃO DO TRAÇO 5.1 - Posicione a chave seletora de base de tempo em 1ms/div 5.2 - Coloque o controle de posição horizontal na metade do curso; 5.3 - Selecione REDE (ou LINE) na chave seletora de sincronismo; 5.4 - Selecione DUAL (ou CHOPPER) na seletora de modo vertical; 5.5 - Posicione os controles verticais dos dois canais na metade do cursor; 5.6 - Ligue o osciloscópio e ajuste os controles de brilho e de foco até obter um traço fino e nítido; OBSERVAÇÃO: Aguardar 1min. para que o osciloscópio atinja a condição normal de trabalho. Deverão aparecer dois traços horizontais na tela (traço1 e 2). Caso isso não aconteça movimente um controle de posição vertical de cada vez até localizar cada um dos traços. 5.7 - Movimente o controle de posição horizontal e observe o que acontece na tela; 5.8 - Mude a posição da chave seletora de base de tempo no sentido anti-horário e observe o que acontece com o traço na tela. 6 - OPERAÇÃO TRAÇO DUPLO - TRAÇO SIMPLES 6.l - Movimente o controle vertical do canal 1 e observe o que ocorre, 6.2 - Movimente o controle vertical do canal 2 e observe a tela. 6.3 - Passe a chave seletora de modo de operação vertical para CH1 e observe o que ocorre a tela. OBSERVAÇÃO: Como se pode ver, quando se seleciona CH1 ou CH2 temos osciloscópio traço simples. Desligue o osciloscópio; Desconecte o cabo do osciloscópio da rede elétrica. II - MEDIDA DE TENSÃO CONTÍNUA FUNDAMENTO TEÓRICO O osciloscópio é um instrumento muito sensível à tensão, ou seja, é um voltímetro de alta impedância; logo pode-se analisar com elevada precisão qualquer fenômeno que possa transformar-se em tensão. Para se determinar o valor de tensão medida multiplica-se o número de divisões que o traço se movimentou (na vertical em relação a um referencial) pelo valor indicado pela posição da chave seletora de ganho vertical. Em circuitos em que o terra é conectado ao pólo negativo da fonte de alimentação as tensões lidas são positivas, de forma que o traço na tela se desloca para cima da posição ade referência. Em caso contrário, ou seja, quando o terra é conectado ao pólo positivo o traço se desloca para baixo da referência na tela porque as tensões lidas são negativas. OBJETIVO Determinar valores de tensão contínua com o osciloscópio. EQUIPAMENTO Osciloscópio: Fonte de tensão C.C.; Multímetro. MEDIÇÃO DE TENSÕES C.C. POSITIVAS Procedimento: Ligue o osciloscópio e realize os ajustes básicos (brilho, foco, etc); Selecione REDE ou LINE na chave de fonte de sincronismo; Ajuste a chave de base de tempo para 1ms/div; Ajuste o traço no centro da tela (será a referência); Conecte a ponta de prova em um dos canais (CH1 ou CH2) e posicione a chave CA-O-CC em C.C., no canal seleccionado; Posicione a chave de ganho vertical em 5V/div; Ligue a fonte de C.C. e ajuste para 20V de saída. Use o multímetro. Conecte a ponta de prova do osciloscópio nos bornes de saída da fonte de modo que agarra de terra seja conectada ao borne negativo. Faça a leitura da tensão no osciloscópio. Obs: Vcc = nº de divisões x posição da chave seletora de ganho vertical V = _____ x _____ = _____V (Verifique com o multímetro se a tensão lida confere); - Ajuste, com o osciloscópio, uma tensão de 2,5V, (Chave seletora de ganho vertical 5 V/div.); Posicione o seletor de ganho vertical para 1V/div; Ajuste a posição de referência do traço; Ajuste a tensão da fonte para 2,5Vcc com o osciloscópio. OBSERVAÇÃO: Como se vê, dependendo do valor a se medir, existe uma posição da chave seletora de ganho vertical em que se torna mais fácil a leitura. Sempre que se for realizar alguma leitura de tensão deve-se procurar colocar a chave seletora de ganho vertical em um valor mais alto e depois ir ajustando até que a leitura se torne mais fácil de realizar. Este cuidado é válido para todos os instrumentos sob risco de se danificar o aparelho. MEDIÇÃO DE TENSÕES C.C. NEGATIVAS Posicione o seletor de ganho vertical para 5V/div. Ajuste uma referência; Ajuste 20Vcc na fonte de c.c.; Conecte a ponta de prova nos bornes de saída da fonte de modo que: Borne negativo => entrada de sinal da ponta de prova. Borne positivo => terra da ponta de prova. Faça a leitura; V=_____V. Observe que o traço se movimentou para a parte inferior da tela. Ajuste as tensões abaixo e preencha a tabela abaixo:
- Desligue o osciloscópio. III - MEDIDA DE CORRENTE CONTÍNUA FUNDAMENTO TEÓRICO Sabemos que o osciloscópio é um voltímetro muito sensível e que é capaz de medir qualquer fenômeno que possa ser transformado em tensão. Portanto, para se medir uma corrente é necessário transforma-la em tensão. O transdutor neste caso é uma resistência colocada em série com o circuito percorrido pela corrente que se deseja medir, a finalidade desta resistência é provocar uma queda de tensão nos seus terminais que seja proporcional à intensidade de corrente que a percorre. Os extremos desta resistência é aplicado à entrada vertical do osciloscópio. Assim, o osciloscópio mede a queda de tensão na resistência. Como se sabe, pela lei de OHM (V=IxR), então manipulando-se esta equação, e sabendo-se o valor da tensão (medida pelo osciloscópio) e da resistência, temos:
OBJETIVOS - Determinar valores de corrente contínua EQUIPAMENTO Osciloscópio; Fonte de corrente contínua ajustável. Multímetro. LISTA DE MATERIAIS Resistor de 1K - 1/4W; Resistor de 390 - 1/4W. MEDIÇÃO DA CORRENTE
Procedimento: Ligue o osciloscópio e realize os ajustes básicos do traço (brilho, foco); Posicione a chave seletora de base de tempo em 1ms/div. Selecione CH1 ou CH2; Atue no controle vertical do canal escolhido e ajuste uma referência na tela; Selecione na chave de ganho vertical 5V/div. Faça a ligação da página 20:
Ajuste 30V na fonte de alimentação e aplique à entrada do circuito. Faça a leitura de tensão no osciloscópio; V = _____V. LEMBRETE: V = nº de divisões x posição da chave seletora de ganho. Com o valor da tensão sobre o resistor proceda ao cálculo da corrente que percorre o circuito. I = _____ A. (confira com o Multímetro) Desligue o osciloscópio.
IV - MEDIDA DE TENSÃO ALTERNADA FUNDAMENTO TEÓRICO Sem dúvida a aplicação mais comum de osciloscópio é na observação de sinais alternados. Existem diversas formas de sinais alternados, muitos deles com forma bastante complexa. Os sinais senoidais ou cossenoidais, entretanto, possuem algumas características de fácil análise. Basicamente são três as características deste tipo de sinal, são elas: amplitude, frequência e fase. Para se efetuar a medida de uma tensão alternada, ou seja, a medida, de sua amplitude, deve-se proceder da seguinte maneira: 1. Aplica-se a tensão à entrada vertical do osciloscópio; 2. Situa-se o seletor de varredura na frequência igual ou submúltipla da tensão a se medir. Se a frequência de varredura é várias vezes inferior, temos na tela tantos ciclos quantas vezes seja superior a frequência do sinal em relação à de varredura. 3. Estabiliza-se a imagem através do sincronismo. 4. Quando se medem tensões alternadas mediante um osciloscópio, deve-se ter em mente que na sua tela aparecem valores máximos, ou de pico. Se para calibração considerou-se uma tensão alternada de valor eficaz conhecido, a proporção de alturas dará o valor eficaz da tensão média mediante a expressão:
Se a tensão medida for a de "pico a pico", quer dizer a tensão entre o máximo valor positivo e o máximo negativo, temos:
OBJETIVO - Fazer leitura de tensão alternada com o osciloscópio. - EQUIPAMENTOS Osciloscópio; Varivolt; Multímetro. MEDIÇÃO DE TENSÃO ALTERNADA - Procedimento: - Faça os ajustes básicos do traço (brilho, foco, etc) posicionando a chave seletora de base de tempo em 5ms/div. - Conecte a ponta de prova no canal seleccionado; - Conecte o varivolt à rede elétrica. Posicione o cursor do varivolt de modo a obter-se a saída mínima (praticamente zero volts). - Posicione a chave seletora de modo de entrada para a posição AC. - Passe a chave seletora de ganho vertical para 5V/div. - Passe a chave seletora de modo de entrada para a posição AC. - Selecione REDE na chave de sincronismo. - Conecte a ponta de prova aos bornes do varivolt; - Movimente o cursor do varivolt até a metade do curso total; DETERMINAÇÃO DAS TENSÕES DE PICO A PICO E EFICAZ Determine a tensão de pico a pico, a tensão de pico e a tensão eficaz da CA na tela. Vpp = _____V; Vp = _____V; Vef = _____V; Meça a tensão CA eficaz na saída do varivolt com o multímetro. Vef = _____V; Usando o osciloscópio, procure ajustar a tensão de saída do varivolt para os valores 5V, 10V e 12V (eficazes) OBS: A cada ajuste pelo osciloscópio confira com o multímetro. Desconecte a ponta de prova dos bornes do varivolt; Desligue o osciloscópio; Retire a alimentação do varivolt. V - MEDIDA DE CORRENTE ALTERNADA FUNDAMENTO TEÓRICO Em corrente contínua, para se efetuar a medida de intensidade de corrente é necessário transforma-la, antes, em tensão. Este procedimento também é necessário em corrente alternada, pois o osciloscópio nada mais é do que um voltímetro. Esta transformação da corrente alternada em tensão alternada se realiza através de uma resistência não indutiva em série com o circuito, cuja corrente se deseja medir, para que provoque uma queda de tensão proporcional à intensidade de corrente que o atravessa. Um cuidado que deve ser tomado é o de ajustar a frequência de varredura o mais perto possível da frequência do sinal a se analisar, e se possível, obter o menor número possível de ciclos na tela ( o ideal é se obter apenas um ciclo). Também é necessário sincronizar a imagem na tela, ou seja, obter uma imagem parada na tela, para isto se utiliza dos controles do sincronismo do osciloscópio. O valor da intensidade de corrente se obtém aplicando a lei de OHM, mas tendo em conta que a imagem da tela representa valores máximos, ou de pico:
e, por conseguinte:
Se a leitura fosse de tensão de pico a pico, a corrente seria dada por:
OBJETIVO: - Determinar valores de corrente alternada com osciloscópio. EQUIPAMENTO: Osciloscópio; Varivolt; Multímetro. LISTA DE MATERIAIS: Resistor de 390; Resistor de 1 K; PROCEDIMENTO: Faça os ajustes básicos do traço posicionando a chave seletora de base de tempo em 5ms/div. Conecte a ponta de prova no canal seleccionado; Conecte o varivolt à rede elétrica posicionando o cursor no valor mínimo; Posicione a chave de ganho vertical para 5V/div; Posicione a chave de modo de entrada para a posição AC; Selecione REDE no modo de sincronismo; Faça a montagem a baixo;
Ajuste com o multímetro uma tensão de saída nos bornes do varivolt de 20V. Conecte ao circuito; Faça a leitura de tensão de pico a pico;
Vp = _____V; Vpp = _____V; Calcule a corrente que atravessa o circuito da figura; I = _____A; Confira com o multímetro. I = _____A; Desconecte a ponta de prova do circuito; Retire a alimentação do circuito; Retire a alimentação do varivolt; Desligue o osciloscópio. VI - MEDIDA DE FREQÜÊNCIA COM O OSCILOSCÓPIO O osciloscópio pode ser utilizado para determinação de freqüência de um sinal elétrico, porque o período de uma CA é conhecido através do osciloscópio. Outra maneira de se determinar freqüência com osciloscópio é através das "Figuras de Lissajous". RELAÇÃO ENTRE PERÍODO E FREQÜÊNCIA Freqüência (f) é o número de ciclos completos de um fenômeno repetitivo que ocorrem na unidade de tempo, ou seja, freqüência é o número de ciclos completos por segundo. Sua unidade é o Hertz (Hz). Período (T) é o tempo necessário para que ocorra um ciclo completo de um fenômeno repetitivo, ou seja, período é o tempo de ocorrência de 1 ciclo, sua unidade é o segundo (s). A freqüência e o período estão intimamente relacionados. A relação entre estas duas grandezas é dada pela equação:
Esta equação mostra que , período e freqüência são inversamente proporcionais e uma vez conhecido o período se conhece a freqüência por cálculo. DETERMINAÇÃO DO PERÍODO DE UM SINAL O eixo horizontal do Osciloscópio é denominado de "eixo dos tempos" porque através de suas divisões pode-se determinar o período de formas de ondas alternada (o valor de cada divisão horizontal é dado pela chave seletora de base de tempo). Para que o período de uma C.A. seja determinado com precisão é necessário se reproduzir na tela o menor número possível de ciclos, Isto é conseguido com o ajuste na chave seletora de ajuste de tempo. O ideal é se projetar na tela apenas um ciclo da C.A., entretanto, isto nem sempre é possível. Com a C.A. projetada na tela deve-se então estabelecer um ponto na figura que será considerado como início do ciclo e posicioná-lo exatamente sobre uma das divisões do eixo horizontal. A figura pode ser movimentada horizontal ou verticalmente sem prejuízo para a leitura. Com o início do ciclo posicionado verifica-se o número de divisões do eixo horizontal ocupado pelo ciclo completo. Conhecendo-se o tempo de cada divisão horizontal e o número de divisões horizontais ocupados por um ciclo da C.A. pode-se determinar o período da C.A.: PERÍODO = Nº de divisões horizontais de 1 ciclo X Tempo de uma divisão OBS: O número de divisões horizontais é obtido na tela do osciloscópio e o tempo de uma divisão da tela é dado pela posição da chave seletora da base de tempo. OBJETIVOS Determinar freqüência com osciloscópio. EQUIPAMENTOS Osciloscópio; Gerador de Funções. PROCEDIMENTO: Ligue o osciloscópio e proceda aos ajustes básicos posicionando o traço no meio da tela. Posicione a chave seletora de ganho vertical em 5 V\div. Posicione a chave de modo de sincronismo em REDE; Posicione a chave de modo de entrada em A.C.; Conecte a ponta de prova do canal selecionado ao gerador de funções; Ajuste no gerador de funções uma freqüência de 1 Khz, senoidal. Atue na chave seletora de base de tempo até conseguir o menor número possível de ciclos; Atuando no controle horizontal, estabeleça um ponto que será considerado como início do ciclo da figura projetada na tela (o ponto deverá estar exatamente sobre a linha horizontal); Conte quantas divisões horizontais ocupa um ciclo na tela; Verifique qual a posição da chave seletora de base de tempo; Calcule período da C.A. projetada na tela ; T= _____s Calcule a freqüência: f = _____Hz f= 1\T Ajuste as freqüências abaixo pelo osciloscópio e confira com o mostrador do gerador de funções. Observe que a leitura do osciloscópio é muito mais precisa que a do gerador de funções.
VII - MEDIDA DE ÂNGULO DE FASE Cada componente eletrônico tem características próprias que influenciam o seu comportamento nos circuitos. Assim, cada componente reage de forma diferente quando ligado em C.C. ou C.A., ocasionando reações diferentes no circuitos. RELAÇÃO DE FASE ENTRE TENSÃO E CORRENTE Quando uma carga puramente resistiva é aplicada a uma fonte de C.A. se observam dois aspectos: Tensão e corrente estão em fase; A queda da tensão é proporcional a corrente circulante (o que também ocorre em C.C.). Devido a estas características do resistor, ele pode ser utilizado como um recurso para a conversão de variações de onda de corrente através do osciloscópio. A Medida do ângulo de fase pode ser feita com osciloscópio de duplo traço ou traço simples. Quando se utiliza o duplo traço cada uma das C.A. é aplicada a um canal e a relação de fase é medida com o auxílio das divisões horizontais da tela.
A única exigência que se faz para se poder medir este ângulo de fase é que as CA's tenham mesma freqüência, porque neste caso a defasagem é variável. Quando se usa o osciloscópio traço simples o ângulo de fase é dado por Figura de Lissajous. MEDIÇÃO DO ÂNGULO DE FASE OBJETIVOS Observar isoladamente as senóides de tensão e corrente em um resistor: Observar simultaneamente as senóides de tensão e corrente em um resistor, determinando o ângulo de fase; Determinar a relação de fase entre tensão e corrente nos capacitores, usando o osciloscópio duplo traço. EQUIPAMENTOS Gerador de sinais; Osciloscópio. LISTA DE MATERIAIS Resistor de 10K - 1 / 4W Resistor de 560 - 1 / 4W Capacitor 0,010F - 250V OBSERVAÇÃO DA TENSÃO NO RESISTOR Monte o circuito abaixo:
Ligue o gerador de seletora de modo de entrada de modo de entrada em C.A. ; Posicione a chave seletora de ganho vertical em 1V/div; Posicione para o canal 1 (CH1); Posicione a chave seletora da base de tempo em 0,1 ms/div; Posicione a chave seletora de modo de sincronismo em AUTO; Conecte a ponta de prova sobre o resistor R1; Centralize a figura na tela. Obs: A figura na tela é uma projeção da tensão no resistor R1. OBSERVAÇÃO DA CORRENTE O Resistor R2 é utilizado para converter as variações de corrente no circuito em variação de tensão. Normalmente, o resistor utilizado para esta função tem uma resistência de 10% da Resistência do circuito. Para esta observação será utilizado o canal 2. Posicione a chave de modo de entrada vertical para canal 2 (CH2); Posicione a chave de fonte de sincronism para canal 2 (CH2); Posicione a chave de fonte de sincronismo para canal 2 (CH2); Conecte a ponta de prova do canal 2 sobre o resistor R2; OBS:; Os demais controles não devem ser alterados. A figura na tela representa a corrente no resistor R1. Desconsiderando a pequena diferença provocada pela introdução de R2 no circuito. OBS: Para se obter as duas formas de onda na tela basta mudar a chave de modo de operação vertical para DUAL ou (CHOPPER) e em seguida conectar novamente a ponta de prova ao resistor R1 (conforme a 1º figura a da página 28). Não é necessário ligar as duas garras de terra ao circuito. Inverta o sinal de entrada do canal 2.
DETERMINAÇÃO DO ÂNGULO DE FASE ENTRE TENSÃO E CORRENTE NOS CAPACITORES Monte o circuito abaixo:
Conecte o gerador ao circuito ( ele deve estar ajustado para 1Khz, 8Vpp, senoidal); Conecte o osciloscópio ao circuito conforme a figura;
Confira se o comando de inversão do canal 2 está ativado (este comando serve para corrigir a inversão ocasionada pela forma de ligação da ponta de prova do canal 2. Identifique na tela quais são as senoides da tensão no capacitor (Vc) e da corrente (Ic). Verifique qual a relação de fase entre tensão e corrente nos capacitores. Desconecte o Osciloscópio do circuito. VIII - MEDIDA DE RESISTÊNCIA PELO MÉTODO DA PONTE A medida de uma resistência pelo método da ponte consiste em utilizar uma ponte de Wheatstone e um osciloscópio para efetuar sua calibração. A ponte de Wheatstone é composta por duas resistências variáveis de valores conhecidos (R1 e R2), uma resistência fixa R3, também de valor conhecido e a resistência Rx cujo valor se deseja conhecer. A medição se realiza como se segue: 1. Ajuste o osciloscópio de forma que, na ausência de sinal o traço se acha sobre o eixo horizontal da tela; 2. Aplica-se entre os pontos A e B da ponte uma tensão contínua de valor qualquer, pelo que, se a ponte não está equilibrada, entre os pontos C e D aparecerá uma tensão que deslocará verticalmente o traço na tela. 3. Ajusta-se as resistências R1 e R2 até que o taço se situe de novo sobre o eixo horizontal na tela. 4. Calcula-se o valor da resistência desconhecida Rx, a partir da fórmula da ponte de Wheatstone, que está apresentado na figura da página 29.
IX - MEDIDA DE RESISTÊNCIA PELO MÉTODO DIRETO A medida de uma resistência pelo método direto consiste em utilizar um divisor de tensão formado por uma resistência R de valor conhecido e a resistência Rx que se deseja medir. Mede-se com o osciloscópio a queda de tensão na resistência conhecida e calcula-se o valor da resistência desconhecida a partir das quedas de tensão no divisor, mediante a expressão:
Para utilizar este método é imprescindível conhecer o valor da tensão V aplicada ao divisor de tensão.
Uma figura de Lissajous é uma imagem formada sobre a tela de um osciloscópio quando se aplicam simultaneamente tensões senoidais (em geral de frequências distintas) às placas defletoras horizontais e verticais. Uma das principais aplicações das figuras de Lissajous é a determinação de uma frequência desconhecida comparando-a com outra, conhecida. Na figura 1 mostra-se o desenvolvimento de quatro tipos de figura de Lissajous. Cada uma delas se origina traçando uma curva contínua através dos pontos formados pela intersecção das linhas de prejeção horizontal e vertical a partir dos pontos correspondentes de duas curvas senoidais. Os pontos adjacentes sobre as curvas senoidais a direita estão separados por intervalos iguais a 30º. Aqueles sobre a curva senoidal da parte inferior se acham separados por um intervalo de 15º. A relação (horizontal e vertical) das frequências aplicadas aos dois pares de placas defletoras é 1:2, quer dizer, nesta figura, a frequência sobre as placas horizontais é a metade da frequência sobre as placas defletoras verticais. Não interessa de que frequência se trate, sempre que uma seja desconhecida. Se as duas voltagens estão defasadas, ou seja, se ambas passam através do zero e são positivas no mesmo instante, traça-se uma figura com a forma de um "oito". Quando a fase muda levemente, o diagrama mudará, como se mostra na figura. Se o ângulo de fase é de 90º, os laços se fecham. Se o ângulo de fase é maior que 180º, a imagem se inverte. Uma característica que têm em comum todas as figuras é que o diagrama toca as linhas horizontais e verticais em um certo nº de pontos. A relação entre o número de pontos de tangencia é igual à relação de ambas as frequências. Por exemplo, digamos que o diagrama toque a linha horizontal em dois pontos, na vertical toque em 1 ponto, e ainda que a frequência aplicada na vertical seja de 120 Hz. A determinação da frequência aplicada na horizontal será dada por: f(h) = 120 x 1/2 = 60 Hz. O número de pontos de tangencia sobre as linhas horizontais e verticais é mais facilmente contado quando a figura de Lissajous é estável (não se move) e quando é simétrica. Na figura 2 representa-se várias figuras de Lissajous e suas respectivas relações. A menos que a tela do osciloscópio seja muito grande as figuras de lissajous com relação acima de 10:1 são difíceis de discernir. Outra aplicação interessantes nas figuras de Lissajous é na determinação do ângulo de fase (fig. 3), pois os diagramas são formados pela aplicação de tensões senoidais às placas defletoras que têm a mesma frequência e amplitude, mas com diferenças de fase. As imagens só podem ser obtidas se a amplitude da voltagem às placas defletoras verticais é a mesma que a da voltagem aplicada ás placas horizontais. Se umas delas difere, a imagem nunca será circular, mas sempre elíptica. Por conseguinte, se utilizarmos estas imagens para medir a diferença de fase entre as voltagens senoidais devemos nos assegurar de que ambas tenham a mesma amplitude, de modo a podermos calibrar a tela. Veja também:
Fonte: http://www.del.ufms.br REALIZAÇÃO: Grupo P.E.T. Engenharia Elétrica |
