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Sondas de osciloscópios e multímetros (INS263)

Os osciloscópios e multímetros comuns não operam simplesmente com a utilização de pontas de prova comuns apenas. Alguns tipos de sinais encontrados nos aparelhos eletrônicos em reparo ou ajuste como, por exemplo, televisores, videocassetes e outros possuem características que não se adaptam a todos os instrumentos. Quando desejarmos medir tais sinais ou visualizar estes sinais precisamos de recursos especiais que são obtidos na forma de pontas especiais ou sondas. Neste artigo focalizaremos algumas destas sondas com suas funções.

Os multímetros comuns e os osciloscópios são conectados aos circuitos através de fios com pontas ou garras especiais as quais possuem características elétricas específicas.

Para a maioria das medidas que realizamos no nosso trabalho diário com estes instrumentos, as características elétricas de tais pontas não significam muito para a precisão dos resultados.

No entanto, quando trabalhamos com sinais de altas freqüências ou alta tensões as características elétricas destas pontas podem ser importantes a ponto de afetarem os resultados, e neste caso não devem ser usadas.

Por exemplo, um fio comum que faz a ligação a um multímetro apresenta uma resistência, indutância e capacitância, conforme mostra a figura 1.

 

Figura1 – Circuito equivalente a uma ponta de prova
Figura1 – Circuito equivalente a uma ponta de prova

 

 Da mesma forma, um cabo comum de osciloscópio apresenta uma certa resistência e capacitância parasitas que podem afetar a forma de um sinal que está sendo observado de modo importante.

Isso significa que, em determinados casos tanto as pontas de prova usadas devem ter características especiais como devemos saber exatamente como usá-las.

 

a) A sonda básica

As sondas ou pontas básicas consistem em fios com plugues ou conectores para se ligar ao instrumento e na outra extremidade uma ponta de prova ou ainda garras jacaré ou garras especiais, para ligação ao circuito ou componente em teste, conforme mostra a figura 2.

 

    Figura2 – Sonda básica
Figura2 – Sonda básica

 

 Estas pontas devem ser usadas somente quando se trabalha com sinais de alta intensidade na faixa de baixas freqüências ou mesmo de corrente contínua.

Veja que, se a impedância de entrada do instrumento for muito alta, como, por exemplo, no caso de um osciloscópio e a função estiver numa condição de alto ganho, a própria capacitância da mão do operador pode induzir no circuito sinais que aparecerão na tela conforme mostra a figura 3.

 

  Figura 3 – Efeito do ruído na visualização de um sinal
Figura 3 – Efeito do ruído na visualização de um sinal

 

 

Outro ponto importante a ser considerado é que se a impedância de entrada do instrumento usado for baixa, ao ser ligado no circuito em análise, ela provoca uma alteração das características do sinal, afetando assim a medida.

Para estes casos, devem ser usadas pontas ou sondas que se adaptem ao tipo de sinal que deve ser medido.

 

b) A Sonda de Baixa Capacitância

Sondas ou pontas de baixa capacitância contam com circuitos internos formados por capacitores e resistores cuja finalidade é aumentar a impedância do instrumento, conforme mostra a figura 4.

 

   Figura 4 – Ponta de baixa capacitância
Figura 4 – Ponta de baixa capacitância

 

 Além disso, esses circuitos fazem com que essa impedância seja resistiva de modo a não alterar as características dos sinais que vai ser observado.

Na maioria dos tipos estas pontas atenuam o sinal de uma relação de 10:1 sendo por isso também chamadas de pontas ou sondas atenuadoras.

Com isso obtém-se uma redução da capacitância que elas apresentam como também uma redução da tensão do sinal que está sendo visualizado no caso de um osciloscópio.

Estas pontas são interessantes quando se trabalha com osciloscópio, pois neles encontramos circuitos amplificadores que podem compensar esta atenuação e assim possibilitar a visualização mesmo dos sinais mais fracos.

No entanto, no caso de multímetros e outros instrumentos, o uso só pode ser feito quando o sinal for suficientemente intenso para que a atenuação ainda possibilite a operação do instrumento.

Nos dois casos, entretanto, o operador deve lembrar que o valor real do sinal é 10 vezes maior que o sinal lido ou visualizado.

 

c) Pontas ou Sondas de RF

Para medida de sinais de altas freqüências é preciso fazer sua detecção. para esta finalidade utiliza-se uma sonda de RF e que tem um circuito típico mostrado na figura 5.

 

 Figura 5 – ponta de baixa capacitância
Figura 5 – ponta de baixa capacitância

 

 

Estas pontas convertem o sinal de RF numa saída de tensão contínua com um valor que corresponde ao pico do sinal que está sendo analisado.

Dependendo da ponta pode-se fazer a conversão para o valor rms, mas de qualquer forma deve-se sempre conhecer esta característica.

Com uma ponta deste tipo é possível medir sinais de altas freqüências utilizando-se um multímetro comum que tenha características que admitam seu uso.

 

d) Sonda demoduladora

O leitor não deve confundir este tipo de sonda com a sonda de RF(rádio frequência).

Diferentemente das sondas de RF que simplesmente entregam uma tensão contínua na sua saída que corresponde ao sinal de alta freqüência retificado e filtrado, este tipo de ponta ou sonda possui duas saídas.

Numa das saídas temos um sinal alternado que corresponde à modulação do sinal que está sendo analisado. Este sinal pode ser analisado separadamente com a ajuda de um osciloscópio ou outro instrumento.

Na outra saída temos uma tensão contínua que corresponde ao pico ou valor rms da portadora de RF que está sendo analisada, conforme mostra a figura 6.

 

Figura 6 – Ponta de prova de RF
Figura 6 – Ponta de prova de RF

 

 

e) Ponta ou sonda de alta tensão

Os multímetros comuns usados no trabalho de reparação e diagnóstico de defeitos em televisores e monitores de vídeo não conseguem medir tensões maiores do que 1 ou 2 kV.

No entanto, nos circuitos de MAT que alimentam os cinescópios de televisores e outros aparelhos, encontramos tensões muito maiores que facilmente podem superar os 30 000 volts ou 30 kV.

Evidentemente, não podemos usar os multímetros comuns para medir estas tensões e portanto saber quando um defeito é num diodo de alta tensão, causado por fugas de um fly-back com problemas ou do próprio circuito que não está sendo o suficientemente potente para gerar a tensão desejada.

Para aumentar o alcance da faixa de tensões contínuas de um multímetro comum e possibilitar a medida da alta tensão (MAT) gerada pelos aparelhos de vídeo, deve ser utilizada uma ponta ou sonda de alta tensão como a mostrada na figura 7.

 

   Figura 7 - Ponta de alta tensão
Figura 7 - Ponta de alta tensão

 

 

Esta ponta contém em seu interior uma série de resistores de valores muito altos e de alta isolação que formam um divisor de tensão com a configuração mostrada na figura 8.

 

  Figura 8 – Circuito de uma ponta de alta tensão
Figura 8 – Circuito de uma ponta de alta tensão

 

 

Desta forma, a tensão a ser medida é dividida por um valor fixo, normalmente entre 20 e 50 de modo que na saída aparece uma tensão que está dentro da faixa de alcance de um multímetro comum.

Normalmente, dentro das especificações destas pontas está a sensibilidade e a escala do multímetro usado.

Assim, se um multímetro for usado na escala de 0-500 volts com uma sensibilidade de 10 000 Ω por volt, sabemos que ele representa uma resistência de 5 M Ω.

Isso significa que, se os resistores da ponta redutora formarem uma resistência de 195 M Ω, a divisão de tensão ser  por 40, conforme mostra a figura 9.

 

Figura 9 – Efeito da carga do multímetro
Figura 9 – Efeito da carga do multímetro

 

 

Nestas condições a leitura de uma tensão de 400 volts no multímetro quando usado com este ponte significa, na verdade que na entrada, temos uma tensão de 16 000 volts (40 x 400).

Veja então que a precisão da leitura deve levar em conta a sensibilidade do multímetro usado.

Também é importante lembrar que as pontas de alta tensão normalmente são usadas em circuitos de muito baixa corrente, ou seja, de elevada resistência interna.

Isso significa que a inclusão de qualquer instrumento de medida com uma certa resistência, por mais alta que seja, sempre afeta a tensão medida, reduzindo-a de um valor que pode variar bastante, conforme mostra a figura 10.

 

    Figura 10 – A resistência do instrumento afeta a tensão medida
Figura 10 – A resistência do instrumento afeta a tensão medida

 

 

Assim, ao usar estas pontas o técnico deve estar suficientemente informado sobre suas características para poder prever qual ser  a alteração que elas podem causar no circuito em teste.

 

CONLUSÃO

Juntamente com os instrumentos de medida o técnico deve possuir ainda pontas ou sondas apropriadas para determinados tipos de trabalho.

Não basta ligar as pontas de prova de um osciloscópio a um circuito para se ter a certeza de que o sinal visualizado é o sinal que se encontra no circuito.

Muita coisa pode acontecer no trajeto entre os dois e isso pode ser devido justamente ao uso de pontas ou sondas impróprias.

Trabalhando com sinais de altas freqüências como os encontrados em equipamentos de vídeo e com sinais de pequenas intensidades como os encontrados em equipamentos digitais e de áudio, o técnico deve estar preparado para saber usar a ponta ou sonda correta em cada caso se não quiser ser enganado por uma falsa indicação da forma de onda, intensidade ou outra característica de um sinal.

 

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