Experiência 1

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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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