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XYZ do osciloscópio (Parte 5) (INS248)

Nível de Disparo e Rampa

Os controles de Nível de disparo (trigger level) e rampa (slope) proporcionam a definição do ponto básico de disparo e determinam de que forma uma forma de onda é apresentada na tela, conforme mostra a figura abaixo.

 

Disparo na rampa positiva ou negativa
Disparo na rampa positiva ou negativa

 

O circuito de disparo funciona como um comparador. Você seleciona a rampa e o nível de tensão de uma entrada do comparador. Quando o sinal de disparo na outra entrada do comparador casa com seu ajuste, o osciloscópio gera um pulso de disparo.

O controle de rampa determina quando ocorre o disparo, se na subida ou na descida do sinal. Uma subida de tensão é um "slope" positivo, enquanto que uma descida de sinal é um "slope" negativo ou rampa negativa.

O controle de nível determina em que ponto da subida ou descida do sinal ocorre o disparo.

 

Fontes de Disparo

O osciloscópio não precisa necessariamente disparar tendo por referência o sinal que está sendo apresentado na tela. Diversas outras fontes podem ser usadas para o disparo do sinal.

Um canal de entrada

Uma fonte externa diferente do sinal que está sendo aplicado ao canal de entrada.

 

A fonte de alimentação

Um sinal internamente definido pelo osciloscópio a partir de um ou mais canais de entrada.

Na maior parte do tempo, você pode deixar o osciloscópio fixar o modo de disparo no canal que está sendo mostrado na tela.

Alguns osciloscópios podem ser ajustado para disparar com o canal 1 mesmo que o canal 2 seja o que está sendo mostrado na tela.

 

Modos de Disparo

O modo de disparo (trigger mode) determina quando ou não o osciloscópio apresenta uma forma de onda baseada na condição de um sinal. Os modos mais comuns de disparo são o normal e automático.

No modo normal, o osciloscópio somente faz a varredura se o sinal de entrada alcança a ponto de disparo ajustado, sendo que de outra forma (num osciloscópio analógico) a tela fica apagada ou (num osciloscópio digital) congelada na última forma de onda amostrada.

O modo normal pode causar confusões desde que você pode não ver o sinal inicialmente se o controle de nível não estiver ajustado corretamente.

No modo auto, o osciloscópio faz a varredura mesmo sem um sinal de disparo.

Se nenhum sinal estiver presente, um timer no osciloscópio dispara a varredura. Isso assegura que você veja o sinal que lhe interessa, mesmo quando o disparo ocorra numa velocidade baixa.

O modo auto necessita de menos ajustes.

Muitos osciloscópios também incluem modos especiais para varreduras individuais disparando com sinais de vídeo ou fixando automaticamente os níveis de disparo.

 

Acoplamento de Disparo

Tão logo você selecione se a entrada para o sistema vertical vai ser AC ou DC você deve escolher o tipo de acoplamento para o sinal de disparo.

Além do acoplamento AC e DC, seu osciloscópio também pode ter recursos de rejeição de alta frequência, baixa freqüência e ruído para o acoplamento do disparo.

Estes ajustes especiais são úteis para se eliminar o ruído do sinal de disparo, evitando assim o disparo errático.

 

Disparo Negado (Trigger Holdoff)

Algumas vezes, fazer o osciloscópio disparar no ponto exato de um sinal exige grande habilidade.

Muitos osciloscópios possuem recursos especiais que tornam esta tarefa mais simples.

O disparo negado ou triggerholdoff é um período ajustável após um disparo válido durante o qual o osciloscópio ão pode ser disparado.

Este recurso é útil quando você está disparando com formas de ondas complexas, de tal forma que o osciloscópio só pode disparar numa parte escolhida da forma de onda.

A figura abaixo mostra como podemos usar o "trigger holdoff' ou disparo negado para criar uma imagem utilizável.

 

Novos disparos não só reconhecidos dirante os intervalos ajustado como
Novos disparos não só reconhecidos dirante os intervalos ajustado como "holdoff"

 

 

Sistema de Display e Controles

O painel frontal de um osciloscópio possui uma tela (display) e os botões, chaves e indicadores que são usados para controlar a amostragem do sinal e a sua apresentação nesta tela.

Como mencionado na parte inicial desta seção, os controles do painel frontal são normalmente divididos em dois grupos: seção vertical e horizontal e seção de disparo.

O painel frontal também inclui os conectores de entrada dos sinais.

Dê uma olhada na tela do osciloscópio. Observe que as marcações da tela - estas marcas criam uma gratícula

Cada linha vertical e horizontal constitui-se numa divisão maior.

A gratícula é normalmente colocada num padrão de 8 x 10 divisões.

Etiquetados nos controles do osciloscópio (como volts/div e sec/div) estão os valores das divisões maiores.

As marcas menores nas linhas da gratícula tanto verticais como horizontais, como mostrado na figura a seguir, são chamadas de divisões menores.

Muitos osciloscópios apresentam na tela quantos volts cada divisão vertical representa e quantos segundos cada divisão horizontal representa.

 

A gratícula de um osciloscópio
A gratícula de um osciloscópio

 

Os sistemas de apresentação da imagem (display( variam entre os osciloscópios digitais e analógicos. Os controles comuns são:

Um controle de intensidade que ajusta o brilho da forma de onda. Quando você aumenta a velocidade da varredura de um osciloscópio analógico é preciso compensar a diminuição do brilho aumentando o nível de intensidade.

Um controle de foco para ajustar a definição da forma de onda e um controle de rotação de traço para alinhar a forma de onda com o eixo horizontal. A posição do seu osciloscópio em relação ao campo magnético da terra afeta o alinhamento da forma de onda. Os osciloscópios digitais que possuem raster e displays baseados em LCD não possuem estes controles porque, neste caso, o tamanho e o tipo da imagem são pré-determinados, como nos displays dos computadores pessoais. Por outro lado, os osciloscópios analógicos utilizam um feixe direto ou vetor para a tela.

Em muitos DSOs e DPOs um controle da palheta de cores permite selecionar as cores e a intensidade das cores do traço de cada forma de onda.

Outros controles de display permitem que você ajuste a intensidade da iluminação da gratícula e ligar ou desligar as informações adicionais que aparecem na tela.

 

Outros Controles do Osciloscópio

 

Operações matemáticas e de medida

Seu osciloscópio pode também ter recursos de operações que lhe permitem somar formas de onda, criar novas formas de apresentação da forma de onda.

Os osciloscópios analógicos combinam os sinais enquanto que os osciloscópios digitais criam novas formas de onda matematicamente.

Subtrair formas de onda é também uma outra operação matemática. A subtração com osciloscópios analógicos é possível usando a função inversora do canal em um sinal e depois aplicando a operação soma.

Os osciloscópios digitais normalmente possuem a função de subtração de sinais disponível.

Na figura abaixo temos uma terceira forma de onda criada combinando dois sinais.

 

Somando canais
Somando canais

 

Usando os recursos dos processadores internos os osciloscópios digitais oferecem muitas operações matemáticas avançadas como a multiplicação, divisão, integração, Transformada Rápida de Fourier (FFT) e mais.

Descrevemos os controles básicos de um osciloscópio que um principiante precisa conhecer. Seu osciloscópio tem outros controles para várias funções tais como:

Medidas paramétricas automáticas

Cursores de medida

Teclados para operações matemáticas e entrada de dados

Capacidades de impressão

Interfaces para conectar o osciloscópio a um computador ou diretamente à Internet.

Dê uma olhada nas outras opções disponíveis e você pode ler no manual como usar estes controles adicionais.

 

O Sistema Completo de Medida Pontas de Prova

Mesmo os instrumentos mais avançados podem apenas trabalhar com as informações que chegam até eles.

As pontas de prova em conjunto com o osciloscópio formam o sistema de medida.

Medidas precisas começam com uma ponta de prova.

As pontas de prova devem casar com o osciloscópio e o dispositivo sob teste (DUT) não somente permitem que o sinal chegue ao osciloscópio limpo como também o amplificam e o preservam de modo a se obter a maior integridade e precisão de medida.

Para assegurar uma reconstrução segura de seu sinal, escolha uma ponta de prova que: quando usada com o osciloscópio tenha uma largura de faixa pelo menos 5 vezes maior que a faixa de freqüência do sinal.

As pontas de prova geralmente se tornam parte do circuito, introduzindo uma carga resistiva, capacitiva e indutiva que inevitavelmente altera as medidas.

Para resultados mais precisos, a meta é selecionar uma ponta de prova que represente um mínimo de carga.

Um casamento ideal da ponta de prova com o osciloscópio minimizará este efeito de carga e possibilitará que você o utilize com todos os seus recursos.

Uma outra consideração a ser feita na seleção do modo de conexão ao dispositivo sob teste (DUT) é o fator de forma.

Provas com fator de forma pequeno proporcionam um acesso mais fácil aos componentes de pequenas dimensões nos circuitos de alta densidade, conforme mostra a figura 40.

 

Dispositivos densamente montados requerem pontas de prova com pequeno fator de forma.
Dispositivos densamente montados requerem pontas de prova com pequeno fator de forma.

 

Uma descrição dos tipos de pontas de prova será dada a seguir. Para mais informações o site da Tektronix pode ser consultado, acessando-se o documento "ABCs of probes".

 

Pontas de Prova Passivas

Para medir tensões e sinais típicos as pontas de prova passivas são fáceis de usar e proporcionam uma capacidade de medida numa ampla faixa de valores com um preço bastante acessível.

O par de pontas de tensão e de corrente lhe fornecem a solução ideal para os trabalhos de medida.

A maioria das pontas de prova passiva tem um fator de atenuação, como por exemplo 10x, 100x e assim por diante.

Por convenção, os fatores de atenuação como, por exemplo ,os 10x, tem um x depois do fator. Por outro lado, os fatores de amplificação possuem o x antes, como, por exemplo, 10x.

A ponta de prova atenuadora 10x (lemos 10 vezes) reduz a carga do circuito.

Em comparação com uma prova 1x é uma excelente prova passiva de uso geral.

A carga sobre o circuito se torna mais pronunciada com fontes de alta frequência e/ou alta impedância, portanto esteja certo de analisar antes bem estas interações sinal/ponta de prova antes de selecionar o tipo apropriado.

A ponta de prova atenuadora 10x proporciona a precisão para sua medida mas também reduz a amplitude do sinal na entrada do osciloscópio de um fator de 10 vezes.

Como a ponta de prova atenua o sinal, a ponta 10x torna difícil o trabalho com sinais que tenham intensidade menor do que 10 mV pico-a-pico.

A ponta de prova 1x é similar a ponta de prova atenuadora 10x mas não tem circuito de atenuação.

Sem este circuito, mais interferência é introduzida no circuito que está sendo testado.

Use a ponta de prova 10x nas aplicações de uso geral, mas tenha a ponta 1x acessível para medir sinais de baixa velocidade e baixa amplitude.

Algumas pontas de prova têm o recurso conveniente de poder comutar a atenuação entre 1x 1e 10x.

Se você usa este tipo de ponta de prova verifique sempre se o ajuste para a medida específica está correto.

Muitos osciloscópios podem detectar quando você está usando a ponta x10 ou x1 e ajusta as leituras da tela de acordo com cada uma.

Entretanto, com alguns osciloscópios você deve ajustar os controles de acordo com o tipo de prova que está sendo usada para ler corretamente as marcações na escala volts/div.

O atenuador 10x trabalha balanceando as propriedades elétricas da ponta de prova com as propriedades elétricas do circuito do osciloscópio.

Antes de usar o atenuador 10x você precisa ajustar o seu osciloscópio.

Este ajuste é conhecido como "compensação" da ponta de prova e é descrito em detalhes na parte em que explicamos a Operação do Osciloscópio.

As pontas de prova passiva consistem em excelentes soluções de uso geral.

Entretanto, as pontas de prova passivas de uso geral não podem medir com precisão sinais com tempos de subida extremamente rápidos e além disso podem carregar sensivelmente os circuitos.

Velocidades maiores do sinal de clock e maiores velocidades nas frontes dos sinais exigem pontas de prova com maiores velocidades de resposta e menor possibilidade de carregar o circuito.

Pontas de prova de alta velocidade ativas e diferenciais proporcionam as soluções ideais para a medida de sinais de alta velocidade e/ou diferenciais.

Na figura 41 temos um exemplo de ponta passiva com os acessórios.

 

Uma ponta de prova típica com os acessórios.
Uma ponta de prova típica com os acessórios.

 

 

Pontas de Prova Ativas e Diferenciais

Com o aumento das velocidades dos sinais e famílias lógicas de baixa tensão tornam difíceis a realização de medidas precisas.

A fidelidade do sinal e a carga do dispositivo são itens críticos.

Uma solução completa para a medida dessas altas frequências fazem uso de soluções de alta velocidade e alta velocidade para as pontas de prova, de modo a casar com a performance do osciloscópio, conforme mostra a figura abaixo.

 

Pontas de prova de alta performance são críticas quando medindo os clocks rápidos e frontes encontradas nos barramentos atuais de computadores e linhas de transmissão de dados.
Pontas de prova de alta performance são críticas quando medindo os clocks rápidos e frontes encontradas nos barramentos atuais de computadores e linhas de transmissão de dados.

 

As pontas de prova ativas e diferenciais utilizam circuitos integrados especialmente desenvolvidos para apresentar o sinal durante o seu acesso e transmissão para o osciloscópio, assegurando sua integridade.

Para medir sinais com tempos de crescimento muito rápidos, uma ponta de prova ativa ou diferencial proporciona os resultados mais precisos.

 

Pontas de prova diferenciais podem separar ruído em modo comum do sinal analisado nas aplicações atuais rápidas de baixa tensão comuns que são especialmente importante quando sinais digitais continua a cair para limites abaixo do limiar típico de ruído encontrado nos circuitos integrados.
Pontas de prova diferenciais podem separar ruído em modo comum do sinal analisado nas aplicações atuais rápidas de baixa tensão comuns que são especialmente importante quando sinais digitais continua a cair para limites abaixo do limiar típico de ruído encontrado nos circuitos integrados.

 

 

Acessórios Para as Pontas de Prova

Muitos osciloscópios modernos proporcionam recursos automáticos especiais já incorporados na entrada dos conectores das pontas de prova.

No caso de pontas de prova com interfaces inteligentes, o ato de conectar a ponta de prova ao instrumentos já informa o osciloscópio sobre o fator de atenuação já escalando o display de tal forma que os circuitos já proporcionem a amplitude correta do sinal a ser apresentado na tela.

Algumas interfaces de pontas de prova também reconhecem o tipo de ponta de prova, ou seja, se é passiva, ativa ou de corrente.

A interface também pode atuar como uma fonte DC para as pontas de prova. As pontas de prova ativas possuem seu próprio amplificador e buffer que necessitam alimentação DC.

Na figura a seguir temos exemplos de interfaces da Tektronix que podem preservar a integridade dos sinais de altas frequências.

 

As interfaces Tektronix TekConnect® que preserva a integridade do sinal até 10 GHz e além de modo a atender as necessidades atuais de banda passante.
As interfaces Tektronix TekConnect® que preserva a integridade do sinal até 10 GHz e além de modo a atender as necessidades atuais de banda passante.

 

Terminal de terra e pontas são também disponíveis para garantir a integridade do sinal quando medindo sinais de alta velocidade.

Adaptadores para terminais de terra proporcionam melhor espaçamento entre a ponta e a terra nas conexões do DUT em lugar de manter conexões muito curtas entre eles.

O documento "ABCs of Probes" da Tektronix fornece mais informações sobre pontas de prova e acessórios.

 

Adaptadores da série SF200A e SF500 SurfFoot que proporcionam conexões curtas das pontas de prova num pino específico ou num circuito integrado.
Adaptadores da série SF200A e SF500 SurfFoot que proporcionam conexões curtas das pontas de prova num pino específico ou num circuito integrado.

 

 

Termos de Performance e Considerações

Como previamente mencionado, um osciloscópio é análogo a uma câmera que captura imagens de um sinal as quais podemos observar e interpretar. velocidade de captura, condições de iluminação, abertura e especificação de ASA do filme afetam a capacidade da câmera de capturar uma imagem com clareza e precisão.

Como os sistemas básicos de um osciloscópio, as considerações de performance afetam significativamente sua capacidade de manter a integridade do sinal necessária.

Aprender uma nova habilidade envolve também aprender num novo vocabulário.

Esta ideia também é válida quando se aprende como usar um osciloscópio.

A partir de agora vamos descrever alguns termos úteis relacionados com a performance de um osciloscópio e suas medidas.

Estes termos são essenciais para se estabelecer o critério para se escolher o osciloscópio correto para sua aplicação.

Entender estes termos vai lhe ajudar a avaliar e comparar o seu osciloscópio com outros modelos.

 

Faixa Passante (Bandwidth)

A faixa passante determina a capacidade fundamental de um osciloscópio de medir um sinal.

Quando a freqüência de um sinal aumenta, a capacidade do osciloscópio de apresentar a forma de onda deste sinal na tela diminui.

Esta especificação indica a faixa de frequências que o osciloscópio pode medir com precisão.

A faixa passante de um osciloscópio é especificada como a frequ6encia na qual uma entrada senoidal é atenuada de 70,7% da amplitude real do sinal conhecido também como ponto de -3 dB, um termo baseado na escala logarítmica (veja figura abaixo).

 

A faixa passante de um osciloscópio é a frequência na qual um sinal senoidal é atenuado  para 70,7% da sua intensidade real, comhecido também como ponto de -3 dB.
A faixa passante de um osciloscópio é a frequência na qual um sinal senoidal é atenuado para 70,7% da sua intensidade real, comhecido também como ponto de -3 dB.

 

 

Sem a faixa adequada, seu osciloscópio não será capaz de resolver mudanças de altas frequências.

A amplitude será distorcida. Frontes vão desaparecer, detalhes serão perdidos sem uma banda passante adequada, todos os destaques e recursos de seu osciloscópio não vão significar nada.

 

A regra das 5 vezes

A faixa passante requerida para um osciloscópio deve ser a componente mais alta da freqüência do sinal medido x 5

Para determinar a faixa passante de um osciloscópio necessária para caracterizar a amplitude do sinal na sua aplicação específica usa a "regra das 5 vezes".

Um osciloscópio selecionado de acordo com essa regra lhe dará uma precisão melhor do que +/- 2% nas suas medidas, tipicamente o suficiente para as aplicações atuais.

Entretanto, se as velocidades dos sinais aumentarem, pode ser que os resultados alcançados não se enquadrem nesta regra simples.

Tenha sempre em mente que uma faixa passante mais alta será sempre melhor para proporcionar uma reprodução mais precisa do seu sinal (veja a figura 12).

 

Quanto maior a faixa passante maior a precisão na reprodução do seu sinal, como ilustrado com um sinal capturado com 250 MHz, 1 GHz e 4 GHz de banda passante.
Quanto maior a faixa passante maior a precisão na reprodução do seu sinal, como ilustrado com um sinal capturado com 250 MHz, 1 GHz e 4 GHz de banda passante.

 

 

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Opinião

Ser não ser honesto (OP192)

Não há dúvida de que estamos passando por uma época de transformações políticas e sociais. Já não se admite desonestidade na política, e evidentemente em qualquer outro tipo de atividade em nosso país. A pressão tem sido cada vez maior no sentido de erradicar este mal, mas infelizmente ainda vemos que em alguns setores, esta mentalidade parece não estar mudando com a devida velocidade.

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Verdade
Platão é meu amigo, mas a verdade é mais minha amiga. (Amicus Plato, sed magis amica beritas.)
Atribuído a Aristóteles (384 - 322 a.C.) - Ver mais frases


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