Experiência 1
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Experimento 1 – Eletricidade IV 1 1.1 OSCILOSCÓPIO Introdução O osciloscópio é um instrumento que permite observar numa tela plana uma diferença de potencial (ddp) em função do tempo, ou em função de outra diferença de potencial (ddp). O elemento sensor é um feixe de elétrons que, devido ao baixo valor da sua massa e por serem partículas carregadas, podem ser facilmente aceleradas e defletidas pela ação de um campo elétrico ou magnético. A diferença de potencial é lida a partir da posição de uma mancha luminosa numa tela retangular graduada. A mancha resulta do impacto do feixe de elétrons num alvo revestido de um material fluorescente. Como muitas grandezas físicas são medidas através de um sinal elétrico, o osciloscópio é um instrumento indispensável em qualquer tipo de laboratório e em situações tão diversas como o diagnóstico médico, mecânica de automóveis, prospecção mineral, etc. O osciloscópio permite obter os valores instantâneos de sinais elétricos rápidos, a medição de tensões e correntes elétricas, e ainda frequências e diferenças de fase de oscilações. O osciloscópio utilizado no laboratório de eletricidade será o osciloscópio digital TDS 210, que pode ser observado na figura 1.1. As características técnicas podem ser observadas na tabela 1.1. Figura 1.1 - Osciloscópio digital TDS 210. 1 Tabela 1.1 – Características técnicas do osciloscópio. (www.micro8051.com/start_lab.html) Frequência Máxima Amostragem Nº de canais Impedância / cap. / V máx 60 MHz 2 1 MΩ / 20 pF / 300 Vpk Frequência, Período, Readout Tensão Pico-a-Pico, Tensão RMS, Tensão Média Volts/DIV CH1 e CH2: 2 mV a 5 V 5 ns a 5 s - 2500 pontos por Tempo/DIV - Memória canal ADD, SUB, INVERT, 20 MHz BW limit LCD 320*240 mono Auto Test Memoriza até 5 configurações de ajustes de painel diferentes P6112 - 2 pontas de prova 100 MHz, 10 MΩ, x10 - Tektronix O osciloscópio com armazenamento digital é atualmente o tipo preferido da maioria das aplicações industriais, apesar de osciloscópios analógicos simples ainda serem utilizados por hobbistas. O osciloscópio digital substitui o método utilizado no osciloscópio de armazenamento analógico por uma memória digital, que é capaz de armazenar as informações por quanto tempo forem necessárias sem degradação. Isto também permite um processamento complexo do sinal por circuitos de processamento de sinal digital de altas velocidades. A entrada vertical, ao invés de controlar o amplificador vertical, é digitalizado por um conversor analógico-digital para criar um conjunto de informações que é armazenado na memória de um microprocessador. O conjunto de informações é processado e então enviado para a tela, que nos osciloscópios mais antigos era um tubo de raios catódicos, porém atualmente pode ser também um LCD. Osciloscópios com o LCD colorido são comuns. O conjunto de dados pode ser enviado através de uma LAN ou WAN para processamento ou arquivamento. A imagem da tela pode ser diretamente gravada no papel através de uma impressora ou plotter, sem a necessidade de uma câmera para osciloscópios. O próprio software de análise de sinal pode extrair muitas características úteis como tempo de subida, largura de pulso e amplitude, espectros de frequência, histogramas e estatísticas, mapas de persistência, e um grande número de parâmetros úteis para profissionais de campos especializados como as telecomunicações, análises de drives de disco e eletrônica de potência. 2 1.1.1 Composição do Painel Frontal do Osciloscópio Painel O painel frontal do osciloscópio é dividido em áreas funcionais para fácil visualização, podendo ser visto na figura 1.2. Figura 1.2 – Painel Frontal do Osciloscópio TDS 210. Área de Display A figura 1.3 ilustra a tela do osciloscópio TDS 210. Figura 1.3 – Display do Osciloscópio TDS 210. 3 1) Mostra o modo de aquisição 2) O status de trigger ou se há uma fonte adequada de trigger ou se a aquisição foi interrompida. 3) Mostra a posição horizontal do trigger. 4) O display de posição de trigger mostra a diferença (no tempo) entre a gratícula central e a posição do trigger. A tela central é igual a zero. 5) O marcador mostra o nível de trigger. 6) A leitura mostra o valor numérico do nível de trigger. 7) O ícone mostra a inclinação selecionada de trigger para trigger de borda. 8) A leitura mostra a fonte de trigger utilizada para trigger. 9) A leitura mostra o ajuste de base de tempo da área da janela. 10) A leitura mostra o ajuste principal de base de tempo. 11) A leitura mostra os fatores de escala vertical dos canais 1 e 2. 12) A área de display mostra mensagens on-line momentaneamente. 13) Os indicadores na tela mostram os pontos de referência de terra das formas de onda exibidas. Nenhum indicador indica um canal que está sendo exibido. Controles Verticais Fazem o ajuste vertical do display do canal 1 ou posiciona o cursor1. Fazem o ajuste vertical do display do canal 1 ou posiciona o cursor1. 4 Controles Horizontais Position: Ajusta a posição horizontal de todos os canais. Horizontal Menu: Exibe o menu horizontal. Sec/Div: Seleciona tempo/div horizontal (fator de escala) para base de tempo principal e a Área da Janela. Botões de Controle Gravar/Restaurar: Grava/Restaura as formas de onda. Medidas: Exibe o menu de medidas automatizadas. Aquisição: Exibe o menu de aquisição. Display: Exibe o menu de tipo display. Cursores: Exibe o menu de cursores. Utilitários: Exibe o menu de utilitários. Autoset: Ajusta automaticamente os controles do instrumento para produzir um display utilizável do sinal de entrada. 1.1.2 Ligando e calibrando o Osciloscópio A) Verificação funcional do osciloscópio 1) Conecte o cabo de alimentação no osciloscópio e ligue na tomada de 110 V da bancada do laboratório, conforme a figura 1.4. 5 Figura 1.4 – Botão de liga e desliga com o cabo de alimentação. 2) Ligue o equipamento. 3) Conecte a ponta de prova no osciloscópio conforme a figura 1.5. E pressione o botão AUTOSET, preste a atenção que deverá aparecer na tela uma onda quadrada de aproximadamente 5 V e frequência de 1 kHz. Figura 1.5 – Conexão da ponta de prova. B) Compensação da ponta de prova Quando uma ponta de prova for conectada a primeira vez é necessária realizar este ajuste. Da seguinte forma: 1) Conecte a pronta de prova no osciloscópio conforme a figura 1.6 e pressione o botão AUTOSET. 6 Figura 1.6 – Conexão da ponta de prova e o botão AUTOSET. 2) Verifique a forma de onda produzida e se necessário introduza a correção conforme a figura 1.7. Figura 1.7 – Compensação da ponta de prova e o sinal correto. C) AUTOCALIBRAÇÃO A execução da AUTOCALIBRAÇÃO é necessária quando ocorre a necessidade de máxima precisão de medição. Podendo ser executada a qualquer momento, porém ocorre a necessidade de executá-la se a temperatura alterar em 5°C ou mais. Para executar a AUTOCALIBRAÇÃO desconecte todas as pontas de provas e pressione o botão UTILITARIO e EXECUTAR AUTOCAL. 1.2 Objetivo Verificar o funcionamento do osciloscópio TDS 210 e visualizar a formas de ondas que o Multilab proporciona. 7 1.3 Material Utilizado 1.4 Osciloscópio TDS 210. Uma ponta de prova. Dois pinos banana para a conexão da ponta de prova. Parte Experimental A) Calibração 1) 2) 3) 4) Ligue o osciloscópio. Conecte a ponta de prova no painel do osciloscopio. Aperte o botão AUTOSET. Atue nos controles vertical e horizontal para que o sinal seja visivel na tela. 5) Aperte o botão MEASURE e monte a tabela 1.2. Tabela 1.2 – Valores lidos no osciloscópio CH1 Volts V pico a pico V rms V médio Frequencia Perído 6) Na vertical e horizontal mexa no botão Volts/Div e verifique o que acontece. 7) Desligue o osciloscópio, desconecte as pontas de prova e ligue-o novamente. 8) Pressione o botão UTILITY e em seguida EXECUTAR AUTO CAL e aguarde um instante. 9) Conecte a ponta de prova de acordo com item 2, aperte o botão MEASSURE e monte a tabela 1.3. Tabela 1.3 – Valores lidos no osciloscópio CH1 Volts V pico a pico V rms V médio Frequencia Perído 10) Verifique os valores das duas tabela. 8 B) Medida de sinais Contínuos 1) 2) 3) 4) 5) No controle vertical do canal 1 selecione CH1. Coloque o acoplamento do osciloscopio em CC. Coloque o ganho variável em GROSSO. Coloque a atenuação da ponta de prova em 10X. No multilab conecte os pinos bananas na fonte variável CC e ajuste para 10V. 6) Coloque a referência do osciloscópio no terra do multilab e a ponta de prova no positivo do multilab. 7) Aperte o botão MEASSURE e monte a tabela 1.4. Tabela 1.4 – Medidas Contínuas. CH1 Volts V médio V rms 8) Mexa no botão fator de escala vertical no controle vertical e verifique o que acontece. 9) Aperte o botão CH1 e mude de acoplamento CC para CA e verifique o que acontece. c) Medidas de sinais Alternados 1) Selecione no gerador de funções do Multilab para fornecer um sinal senoidal de aproximadamente 1 kHz. Coloque o controle da amplitude do Multilab no meio do curso. 2) Pressione MEASSURE e monte a tabela 1.5. Tabela 1.5 – Valores lidos no osciloscópio CH1 Volts V pico a pico V rms V médio Freqüência Perído 9 3) Atue nos controles de escala vertical (Volts/Div) e horizontal (Sec/Div) para ter um sinal visível na tela. 4) Mude a frequência da onda no Multilab de acordo com a tabela 1.6 e monte-a. Tabela 1.6 – Valores lidos no osciloscópio CH1 Onda Senoidal Frequência 0,1 Hz 1 Hz 10 Hz 100 Hz 1 kHz 10 kHz V médio V pico a pico V rms Período 5) Mude para onda triangular e repita o processo anterior. CH1 Frequência V médio V pico a pico V rms Período Tabela 1.7 – Valores lidos no osciloscópio Onda Triangular 0,1 Hz 1 Hz 10 Hz 100 Hz 1 kHz 10 kHz 6) Mude para onda quadrada e repita o processo anterior. CH1 Frequência V médio V pico a pico V rms Período Tabela 1.8 – Valores lidos no osciloscópio Onda Quadrada 0,1 Hz 1 Hz 10 Hz 100 Hz 1 kHz 10 kHz 10
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