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Usando O Osciloscópio (INS274)

Publicamos recentemente nosso livro Osciloscópio- Primeiros Passos, e em vista disso fomos solicitados a continuar abordando os usos deste útil instrumento tanto na bancada de reparação e projeto como também nas escolas. Por este motivo, continuamos neste artigo e em outros a focalizar algumas aplicações interessantes para este instrumento, sempre tomando como base os modelos mais simples e, portanto, mais acessíveis. Entretanto os modelos mais complexos e dotados de mais recursos também podem ser usados nas mesmas aplicações, e com vantagens que são inerentes às características de cada um.

Obs. O artigo original é de 1992 e o livro citado é de 2014, mas os conceitos básicos sobre o uso do osciloscópio não mudaram desde então.

 

Em muitas das aplicações que focalizamos, o Osciloscópio não será usado sozinho, mas em conjunto com aparelhos que normalmente são encontrados nas bancadas de trabalhos de eletrônica tais como geradores de áudio, geradores de RF, geradores de funções, voltímetros, fontes de alimentação variáveis, etc.

Acreditamos que os leitores perceberão que nestes casos tais complementos. são absolutamente necessários em vista da complexidade do que se deseja analisar e dos resultados pretendidos.

 

1. Demonstração do Efeito Doppler

O efeito Doppler é aproveitado tanto em acústica como em rádio freqüência para medidas de velocidades ou detecção de corpos que se movimentem

A idéia básica consiste em se medir a alteração de freqüência que se recebe de uma fonte quando ela se move, conforme ilustra a figura 1.

 

Figura 1 – O efeito Doppler
Figura 1 – O efeito Doppler

 

Se tivermos uma fonte sonora de freqüência fixa, por exemplo, um alto-talante ligado a certa distância, este recebe e aplica ao Osciloscópio sinais de mesma freqüência se a distância entre os dois elementos não variar com o tempo, ou seja, não houver movimento relativo.

No entanto, se a fonte se aproximar do microfone, haverá uma alteração da freqüência recebida em relação à emitida que se mantém fixa.

A freqüência recebida aumenta numa proporção que depende da velocidade, conforme mostra afigura 2.

 

Figura 2 – Alterações da frequência com o movimento
Figura 2 – Alterações da frequência com o movimento

 

Se houver um afastamento da fonte em relação ao microfone, haverá uma diminuição de freqüência. Usando Altas Freqüências, os radares usados no controle de velocidade das estradas operam segundo o mesmo princípio que, com a ajuda de poucos equipamentos pode ser demonstrado em salas de aula.

Na figura 3 temos as ligações dos elementos usados nesta experiência.

 

   Figura 3 – Arranjo do equipamento para o experimento
Figura 3 – Arranjo do equipamento para o experimento

 

A frequência usada na experiência deve estar entre 1 e 2 kHz ou ainda dentro da faixa de maior rendimento do microfone usado.

Ajusta-se o Osciloscópio para a obtenção de uma imagem estável do sinal senoidal captado.

Movimentando-se rapidamente o microfone em direção ao alto-falante (ou vice-versa) devemos ter a contração das ondas indicando um aumento de freqüência.

Da mesma forma, afastando o microfone ou o alto-falante teremos um aumento do comprimento de onda que facilmente será observado, indicando a diminuição da freqüência do sinal captado.

Sugerimos aos leitores que desejam calcular a variação da freqüência em função da velocidade que consultem os livros de física do segundo grau.

 

2. Velocidade de resposta de um LDR

Os LDRs (foto-resistores) são dispositivos de resposta lenta tanto no que se refere à diminuição da resistência com a incidência da luz como no aumento da resistência com o corte.

Na verdade as duas respostas em questão são diferentes e isso pode ser demonstrado com a ajuda de um osciloscópio.

O circuito indicado para esta verificação e demonstração é mostrado na figura 4.

 

Figura 4 – Analisando a resposta de um LDR
Figura 4 – Analisando a resposta de um LDR

 

A fonte de luz usada é um LED que normalmente tem uma resposta muito mais alta do que a do próprio LDR, chegando a várias dezenas de megahertz e que, portanto, não influi nos resultados.

Fontes de maior inércia como lâmpadas incandescentes não podem ser usadas, por motivos óbvios, nesta experiência.

O gerador de funções ou de sinais retangulares é ajustado para uma freqüência entre 1000 e 1500 Hz, fazendo-se então a verificação da resposta do circuito de excitação com a chave na posição A.

Passando a chave para a posição B temos a forma de onda mostrada na figura 5.

 

Figura 5 – Forma de onda obtida e interpretação
Figura 5 – Forma de onda obtida e interpretação

 

Observe que a subida de tensão no circuito é mais lenta do que a queda.

A subida corresponde justamente à recuperação da resistência do LDR quando a luz é cortada, enquanto que a queda corresponde à diminuição da resistência quando a luz é estabelecida. LED e LDR devem ficar fechados numa caixa à prova de luz ambiente.

Para verificar a velocidade de resposta dos dispositivos mais rápidos como, por exemplo, foto-resistores e foto-diodos podemos usar como fonte de luz uma lâmpada comum mas com o feixe cortado por um disco recortado movimentado por um motor, conforme mostra a figura 6.

 

Figura 6 = Modulação mecânica com disco
Figura 6 = Modulação mecânica com disco

 

Para um disco com 50 aberturas, uma rotação de 6000 rpm, por exemplo, nos leva a uma freqüência de 5 kHz.

 

3. Verificação da Histerese de um núcleo

As características de histerese de um núcleo de ferro doce laminado de um transformador podem ser facilmente visualizadas num Osciloscópio conforme mostra a disposição de componentes da figura 7.

 

Figura 7 – Circuito para análise de histerese
Figura 7 – Circuito para análise de histerese

 

A fonte usada pode ser um variac ou mesmo um pequeno transformador com secundário de 12 a 15 V, já que praticamente operamos com O transformador examinado sem carga.

Usamos tanto a entrada X como Y do Osciloscópio que deve estar ajustado para se visualizar a forma de onda mostrada na figura 8.

 

Figura 8 – Imagem observada
Figura 8 – Imagem observada

 

Este experimento pode ser explicado da seguinte forma:

Supondo que um pequeno transformador seja usado, o resistor R1 em série com o primário não afeta muito seu desempenho por ser de valor baixo, mas isso é suficiente para fornecer a tensão de referência para a entrada X do Osciloscópio.

No entanto, no secundário do transformador temos uma tensão induzida que está defasada da que provoca a magnetização, isto também em vista da existência de R2 e de C1.

Assim, temos na tela do osciloscópio uma imagem que representa esta defasagem e também o fato de que a magnetização do núcleo se dá numa velocidade diferente da variação da tensão que é aplicada.

Veja então que os instantes de máxima corrente e máxima intensidade de campo coincidem nos extremos da imagem (acima e abaixo) mas não nos momentos de corrente mínima (centro da tela) quando temos valores diferentes de zero para X e Y em instantes diferentes.

Esta diferença caracteriza a histerese do núcleo e pode ser medida ou comparada com outros materiais ferromagnéticos.

O mesmo experimento também pode ser feito com freqüências diferentes da rede utilizando-se uma etapa de potência para excitação do transformador.

 

4. Observação de uma linha de um sinal de vídeo

A observação do sinal de vídeo correspondente a uma linha pode ser feita de forma relativamente simples utilizandO-se um osciloscópio e um gerador de padrões.

O gerador de padrões deve ser ajustado para produzir faixas verticais escuras e claras como mostra a figura 9 ou então simplesmente um padrão

comum de linhas verticais.

 

   Figura 9 – Ajuste do gerador de funções
Figura 9 – Ajuste do gerador de funções

 

O receptor de TV deve ser conectado a rede de alimentação preferivelmente através de um transformador de isolamento, para maior segurança na observação. Os instrumentos são ligados conforme mostra a figura 10.

 

Figura 10 – Ligação dos instrumentos
Figura 10 – Ligação dos instrumentos

 

Ajusta-se inicialmente O receptor de TV para visualização na tela do padrão gerado. O osciloscópio será conectado através de ponta de prova apropriada ao catodo do tubo do televisor (Cinescópio) e sua sensibilidade assim como freqüência da varredura ajustadas de modo conveniente.

O ajuste da varredura deve ser tal que permita a observação de tempos da ordem de 50 a 80 us.

O osciloscópio deve estar com a varredura interna acionada, ou seja, “INT”.

Nos osciloscópios com recursos para análise de :sinais de TV a chave de sincronismo deve estar posicionada para TV-H.

Observe que os níveis mais baixos do oscilograma correspondem aos níveis mais altos de branco, enquanto que os níveis mais altos correspondem ao preto.

O leitor pode aproveitar a oportunidade de examinar esta imagem para verificar também a situação dos controles de contraste do televisor analisado.

5. Observação de um campo de um sinal de vídeo

Para observar um campo, que corresponde a uma freqüência de mais de 15 kHz, o procedimento é basicamente o mesmo da visualização anterior, mas e com um padrão de imagem horizontal conforme mostra a figura 11.

 

   Figura 11 – Padrão horizontal de barras
Figura 11 – Padrão horizontal de barras

 

As ligações dos instrumentos nesta visualização são mostradas na fig. 12.

 

   Figura 12 – Ligação dos instrumentos
Figura 12 – Ligação dos instrumentos

 

Observe a necessidade de se alimentar o televisor por meio de um transformador de isolamento para maior segurança no experimento. Se o televisor possui recursos para exame de TV a chave de sincronismo deve estar na posição TV-V.

Neste caso, obtemos uma imagem com a aparência mostrada na figura 13.

 

Figura 13 – Imagem obtida
Figura 13 – Imagem obtida

 

As regiões mais abaixo da tela correspondem as partes mais claras da imagem, enquanto que as regiões mais altas correspondem as partes mais escuras da imagem do televisor.

Também podemos aproveitar esta experiência para verificar a atuação dos controles de contraste.

Se o gerador de barras for colorido, e se usarmos um padrão de cores poderemos verificar os diversos níveis deste sinal.

 

CONCLUSÃO

Conforme vimos o osciloscópio têm utilidades ilimitadas nos mais diversos setores da eletrônica. Tanto podemos usá-lo como ferramenta para localização de falhas ou ajustes, como também de forma didática na visualização do que ocorre nos circuitos eletrônicos; como apresentado neste artigo.

Voltaremos oportunamente com novos usos para este aparelho.

 

Obs. No site, na seção de instrumentação, o leitor encontrará muitos artigos que tratam do uso do osciloscópio.

 

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Opinião

Terminando mais um ano (OP198)

Estamos chegando ao final de mais um ano de muito trabalho. Não temos que nos queixar de nossas realizações. Fizemos muito e constatamos que temos ainda muito mais por fazer. Os 365 dias de 2019 não foram suficientes para colocarmos em prática todas as nossas ideias, muitas das quais ficaram para o próximo ano.

 

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