DSO1000 Oscilloscope Educator`s Training Resources Lab Guide

Transcrição

DSO1000 Recursos de
Treinamento do Osciloscópio para
o Professor
Guia de
Laboratório e
Tutorial para
alunos de cursos
universitários de
Engenharia
Elétrica e Física
Avisos
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Número de peça do manual
54136-97008
Ed ição
Maio de 2012
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(novembro de 1995), conforme aplicável em
qualquer dado técnico.
Avisos de segurança
CAUTION
Um aviso de CUIDADO indica
perigo. Ele chama a atenção para
um procedimento, prática ou algo
semelhante que, se não forem
corretamente realizados ou
cumpridos, podem resultar em
avarias no produto ou perda de
dados importantes. Não prossiga
após um aviso de CUIDADO até que
as condições indicadas sejam
completamente compreendidas e
atendidas.
WARNING
Um aviso de ADVERTÊNCIA ind ica
perigo. Ele chama a atenção para
um proced imento, prática ou algo
semelhante que, se não forem
corretamente realizados ou
cumpridos, podem resul tar em
ferimentos pessoais ou morte. Não
prossiga após um aviso de
ADVERTÊNCIA até que as
cond ições ind icadas sejam
completamente compreend idas e
atend idas.
Guia e Tutorial de laboratório—Visão geral
Este Guia de Laboratório e Tutorial de Osciloscópio para estudantes de
Engenharia Elétrica/Física deve ser usado com os osciloscópios Série DSO1000 da
Keysight Technologies.
DSO1000 Guia de Laboratório e Tutorial do Osciloscópio para o Professor
3
Algumas palavras para os professores de Engenharia Elétrica/Física
Caros professores de Engenharia Elétrica/Física e/ou instrutores de laboratório,
Este guia de laboratório e tutorial do osciloscópio Keysight Série DSO1000 para estudantes de Engenharia
Elétrica/Física consiste em sete laboratórios práticos individuais que os estudantes devem realizar, na ordem,
para se familiarizarem com o que é um osciloscópio e saberem como usar esse instrumento. Um osciloscópio
é a ferramenta de medição que os seus alunos vão usar mais do que qualquer outro instrumento, para testar
experimentos em circuitos que vocês pedirem para eles fazerem, assim como para testarem seus projetos de
conclusão do curso. Eles também irão usar muito os osciloscópios após se formarem e começarem a trabalhar
na indústria de eletrônicos atual. Então, é extremamente importante que eles sejam proficientes no uso dessa
ferramenta vital.
Cada laboratório exige de 15 a 20 minutos para terminar. Esses laboratórios se destinam a uso com os
osciloscópios Keysight Série 1000. Antes de os alunos começarem a testar qualquer um dos experimentos
atribuídos em seu primeiro laboratório de circuitos, sugerimos que eles leiam a Seção 1, o Apêndice A e o
Apêndice B deste documento, como estudo prévio (lição de casa). A Seção 1 oferece uma introdução ao
osciloscópio, assim como alguns aspectos fundamentais sobre como usar as pontas de prova. O Apêndice A e
o Apêndice B são tutoriais curtos sobre a teoria de funcionamento e largura de banda do osciloscópio.
Os alunos devem, então, concluir o exercício prático da Seção 2 deste documento durante a primeira sessão
de laboratório. Os alunos devem ter um conhecimento básico sobre como usar um osciloscópio após
concluírem os laboratórios nº1 e nº2. Entretanto, se os alunos tiverem tempo para concluir todos os sete
laboratórios, eles ficarão ainda mais capacitados a usar o osciloscópio, sabendo inclusive como documentar e
salvar os resultados para os relatórios do laboratório de experiências com circuitos. Observe que o laboratório
nº3 (Capturar eventos singulares) ensina aos alunos como "tocar" com a ponta de prova do osciloscópio na
mesa/bancada para criar uma descarga eletrostática. Se você não quiser que seus alunos batam com suas
pontas de prova na bancada, ignore esse laboratório em particular. Este guia de laboratório de osciloscópio
foi estruturado para oferecer flexibilidade em seu uso.
Atenciosamente,
Johnnie Hancock
Gerente do Programa de Educação em Osciloscópios
Keysight Technologies
4
Conteúdo
Guia e Tutorial de laboratório—Visão geral / 3
Algumas palavras para os professores de Engenharia Elétrica/Física / 4
1 Introdução
Usar as pontas de prova do osciloscópio / 9
Conhecer o painel frontal / 12
2 Laboratórios de Familiarização com o Osciloscópio
Laboratório nº1: Como fazer medições básicas / 16
Laboratório nº2: Noções básicas de disparo do osciloscópio / 24
Laboratório nº3: Capturar eventos singulares / 30
Laboratório nº4: Compensar as pontas de prova 10:1 passivas / 32
Calcular a quantidade adequada de compensação capacitiva / 35
Carregar pontas de prova / 36
Laboratório nº5: Documentar e salvar resultados de testes no osciloscópio / 38
Laboratório nº6: Usar a matemática de forma de onda do osciloscópio / 44
Laboratório nº7: Usar o modo zoom do osciloscópio / 49
3 Resumo
Publicações afins da Keysight / 54
A Diagrama de blocos e teoria de operação do osciloscópio
Diagrama de blocos do DSO / 56
Bloco ADC / 56
Bloco atenuador / 57
Bloco de deslocamento CC / 57
Bloco amplificador / 57
Blocos comparador de disparo e lógica de disparo / 58
Blocos de base de tempo e memória de aquisição / 58
Bloco Exibição DSP / 60
5
B Tutorial de largura de banda do osciloscópio
Definir a largura de banda dos osciloscópios / 62
Largura de banda requerida por aplicações analógicas / 64
Largura de banda requerida por aplicações digitais / 65
Regra prática / 65
Etapa 1: Determinar as velocidades reais mais rápidas de borda / 65
Etapa 2: Calcular fjoelho / 65
Etapa 3: Calcular a largura de banda do osciloscópio / 66
Exemplo / 66
Comparação entre medições de clock digital / 68
Índice
6
DSO1000 Recursos de Treinamento para o Professor
Guia de Laboratório e Tutorial
1 Introdução
Usar as pontas de prova do osciloscópio / 9
Conhecer o painel frontal / 12
Osciloscópios são ferramentas críticas para medições de tensão e intervalos, nos
circuitos elétricos analógicos e digitais dos dias de hoje. Quando você terminar a
faculdade de Engenharia Elétrica e começar a trabalhar na indústria de
eletrônicos, você provavelmente irá descobrir que um osciloscópio é uma
ferramenta de medição que você vai usar mais do que qualquer outro instrumento,
para testar, verificar e depurar seus projetos. Mesmo na faculdade ou no curso de
física da sua universidade particular, um osciloscópio é a ferramenta de medição
que você mais irá usar nos laboratórios de circuitos, para testar e verificar suas
tarefas e projetos. Infelizmente, muitos estudantes nunca aprendem realmente a
usar um osciloscópio. Eles usam um modelo que é, geralmente, feito de botões
para girar e apertar aleatoriamente, até que uma imagem parecida com o que
estão procurando apareça magicamente na tela. Esperamos que, após você
terminar esta série de laboratórios breves, você terá uma compreensão melhor do
que é um osciloscópio e como usar um com mais eficiência.
Para começar, o que é um osciloscópio? Um osciloscópio é um instrumento de
medição eletrônica que monitora, sem interferir, sinais de entrada e os exibe
graficamente em um formato simples de tensão versus tempo. O tipo de
osciloscópio que o seu professor usava na faculdade era, provavelmente, um
totalmente baseado em tecnologia analógica. Esses osciloscópios mais antigos,
normalmente chamados analógicos, tinham largura de banda limitada (o que é
discutido no Apêndice B), não faziam medições automáticas e também
precisavam de que o sinal de entrada fosse repetitivo e contínuo.
O tipo de osciloscópio que você irá usar nesta série de laboratórios e
provavelmente durante o resto dos seus estudos universitários, é chamado de
osciloscópio de armazenamento digital; às vezes, nos referimos a ele
simplesmente como DSO. Os DSOs de hoje podem capturar e mostrar sinais
repetitivos e singulares, e eles frequentemente incluem um conjunto de medições
automáticas e recursos e análise que devem permitir que você caracterize seus
projetos e experiências estudantis com mais rapidez e precisão do que o seu
professor conseguia fazer na sua época de faculdade.
7
1
Introdução
Se você estiver interessado em conhecer a teoria do funcionamento de um
osciloscópio, consulte o Apêndice A deste documento. Entretanto, a melhor
maneira de aprender rapidamente como usar um osciloscópio e entender o que
ele pode fazer por você é, primeiro, conhecer alguns dos seus controles mais
importantes e depois simplesmente começar a medir alguns sinais básicos.
Figure 1
8
Osciloscópio Keysight Série 1000B
Introdução
1
Usar as pontas de prova do osciloscópio
A primeira coisa, ao se fazerem medições com um osciloscópio, normalmente é
conectar as pontas de prova dele entre o dispositivo sendo testado e os BNCs de
entrada do osciloscópio. As pontas de prova do osciloscópio oferecem uma
terminação de impedância de entrada relativamente alta (resistência alta e
capacitância baixa) na ponta de teste. Uma conexão de impedância alta é
importante para isolar o instrumento de medição do circuito sendo testado, já que
o osciloscópio e a ponta de prova não devem alterar as características dos sinais,
durante o teste.
Há vários tipos diferentes de pontas de prova de osciloscópio que são usadas para
tipos específicos de medições, mas as pontas de provas que você vai usar hoje são
do tipo mais comum, chamadas de pontas de prova de tensão 10:1 passivas,
conforme a Figure 2. "Passivas" simplesmente quer dizer que esse tipo de ponta
de prova não inclui componentes "ativos" como transistores ou amplificadores.
“10:1” significa que essa ponta de prova irá atenuar o sinal de entrada recebido na
entrada do osciloscópio por um fator de 10.
Figure 2
Ponta de prova de tensão 10:1 passiva
Ao se usar uma ponta de prova 10:1 passiva padrão, todas as medições do
osciloscópio devem ser feitas entre a ponta de teste do sinal e o terra. Em outras
palavras, você deve conectar o clipe de aterramento da ponta de prova ao terra.
Você não deve medir tensões em um componente de circuito intermediário
usando esse tipo de ponta de prova. Se você precisar medir a tensão em um
componente que não esteja aterrado, você deverá usar a função matemática
subtração do osciloscópio ao medir os sinais nas duas extremidades do
componente relativo ao aterramento, usando dois canais do osciloscópio, ou você
poderá usar uma ponta de prova ativa diferencial especial. Observe também que
nunca se deve completar um circuito usando o osciloscópio.
A Figure 3 mostra um modelo elétrico de uma ponta de prova 10:1 passiva quando
conectada a um osciloscópio, usando a seleção de entrada padrão de 1 MΩ do
osciloscópio, o que é necessário ao se usar esse tipo de ponta de prova. Observe
que muitos osciloscópios de largura de banda maior também têm uma opção de
9
1
Introdução
terminação de entrada de 50 Ω selecionável pelo usuário, geralmente usada para
terminações de ponta de prova ativas e/ou quando houver uma entrada de sinal
diretamente de uma fonte de 50 Ω usando um cabo coaxial BNC de 50 Ω.
Figure 3 Esquema simplificado de uma ponta de prova 10:1 passiva conectada à
impedância de entrada 1 MΩ do osciloscópio
Apesar de o modelo elétrico da ponta de prova passiva e do osciloscópio incluírem
tanto capacitância inerente/parasita (não incluída no projeto) como redes de
capacitância de compensação incluídas no projeto intencionalmente, vamos
ignorar esses elementos capacitivos, por ora, e analisar o comportamento do sinal
ideal deste sistema de ponta de prova/osciloscópio em condições de baixa
entrada de baixa frequência ou CC.
Após removermos todos os componentes capacitivos de nosso modelo elétrico de
ponta de prova/osciloscópio, o que resta é apenas um resistor de extremidade da
ponta de prova de 9 MΩ em série com a impedância de entrada de 1 MΩ do
osciloscópio. A resistência líquida de entrada da ponta de prova é, assim, 10 MΩ.
Usando a Lei de Ohm, você pode ver que o nível de tensão recebido na entrada do
osciloscópio é 1/10 do nível de tensão na extremidade da ponta de prova
(Vosciloscópio = Vponta de prova x (1 MΩ/10 MΩ).
Isso significa que, com uma ponta de prova 10:1 passiva, a faixa dinâmica do
sistema de medição do osciloscópio foi estendida. Em outras palavras, você pode
medir sinais com amplitude 10X maior em comparação com os sinais que você
poderia medir com uma ponta de prova 1:1. Além disso, a impedância de entrada
do seu sistema de medição do osciloscópio (ponta de prova + osciloscópio)
aumenta de 1 MΩ para 10 MΩ. Isso é uma vantagem, pois uma impedância de
entrada menor poderia carregar o dispositivo em teste (DUT) e possivelmente
mudar os níveis de tensão reais dentro do DUT, o que não seria bom. E, apesar de
a impedância de entrada líquida de 10 MΩ ser grande, sem dúvida, você deve se
lembrar de que esta quantidade de impedância de carga deve ser considerada em
relação à impedância do dispositivo a que você está aplicando as pontas de prova.
Por exemplo, um circuito simples de um amplificador operacional com um resistor
de feedback de 100 MΩ pode gerar leituras falsas em um osciloscópio.
10
Introdução
1
Embora a maioria dos osciloscópios de desempenho mais elevado possa detectar
quando uma ponta de prova 10:1 está conectada e automaticamente definir o
fator de atenuação como 10:1, o osciloscópio Keysight Série 1000 exige que esse
fator seja introduzido manualmente, ou que a tecla do painel frontal [Defaul t Setup]
seja pressionada para definir a atenuação de ponta de prova como 10:1. Assim
que o osciloscópio souber qual é o fator de atenuação da ponta de prova (seja
detectado automaticamente ou inserido manualmente), o osciloscópio oferece
leituras compensadas de todas as configurações verticais, para que todas as
medições de tensão sejam referenciadas para o sinal de entrada não-atenuado na
extremidade da ponta de prova. Por exemplo, se você aplicar a ponta de prova a
um sinal de 10 Vpp, o sinal recebido na entrada do osciloscópio será de apenas
1 Vpp, na verdade. Mas, como o osciloscópio sabe que você está usando uma
ponta de prova 10:1 divisora, ele irá relatar que está vendo um sinal de 10 Vpp ao
fazer medições de tensão.
Quando chegarmos ao Laboratório 4 (Compensando suas pontas de prova 10:1
passivas), nós voltaremos a esse modelo de pontas de prova passivas e lidaremos
com os componentes capacitores. Esses elementos no modelo elétrico da ponta
de prova/osciloscópio irão afetar o desempenho dinâmico/CA do sistema
combinado de osciloscópio e ponta de prova.
11
1
Introdução
Conhecer o painel frontal
Vamos começar conhecendo primeiro os controles/botões mais importantes do
seu osciloscópio. Perto da parte de cima do seu osciloscópio, estão os controles
“Horizontal” mostrados na Figure 4. O botão maior define a escala horizontal em
segundos/divisão. Esse controle define a escala do eixo X da forma de onda
exibida. Uma "divisão" horizontal é o tempo Δ entre cada linha da grade vertical.
Quando desejamos exibir formas de onda mais rápidas (sinais de frequência mais
alta), normalmente definimos a escala horizontal para um valor s/div menor. Se
você quiser exibir formas de onda mais lentas (sinais de frequência mais lenta),
defina a escala horizontal para um valor s/div maior. O botão menor na seção
Horizontal define a posição horizontal da forma de onda. Em outras palavras, com
esse controle, você poderá mover o posicionamento horizontal da esquerda e da
direita da forma de onda. Os controles horizontais do osciloscópio (s/div e
posição) são frequentemente chamados de controles de "base de tempo"
principais do osciloscópio.
Figure 4
Controles horizontais do osciloscópio (eixo X)
Os controles/botões mais próximos da parte inferior do osciloscópio (Figure 5), na
seção Vertical (logo acima dos BNCs de entrada), definem a escala vertical do
osciloscópio. Se você estiver usando um osciloscópio de dois canais, haverá dois
pares de controles de escala vertical. Se você estiver usando um osciloscópio de
quatro canais, haverá quatro pares de controles de escala vertical. O botão maior
para cada canal de entrada, na seção Vertical, define o fator de escala vertical em
Volts/divisão. Essa é a escala gráfica do eixo Y para as suas formas de onda. Uma
"divisão" vertical é o ΔV entre cada linha da grade vertical. Se você quiser exibir
sinais relativamente grandes (tensões de pico a pico altas), geralmente você
deverá definir a configuração Volts/div para um valor relativamente alto. Se você
estiver exibindo níveis de sinal de entrada pequenos, defina a configuração
Volts/div para um valor relativamente baixo. Os botões/controles menores para
cada canal, na seção Vertical, são os controles de posição/deslocamento. Você
pode usar esse botão para mover a forma de onda para cima e para baixo, na tela.
12
Introdução
Figure 5
1
Controles verticais do osciloscópio (eixo Y)
Outra variável muito importante na configuração do osciloscópio é o
controle/botão de nível de disparo mostrado na Figure 6. Esse controle/botão fica
perto do centro do painel frontal do osciloscópio, logo abaixo da seção
identificada como Disparo. O disparo é, provavelmente, o aspecto menos
compreendido de um osciloscópio, mas é um dos recursos mais importantes para
se conhecer nele. Nós iremos tratar dos disparos do osciloscópio em mais
detalhes, quando chegarmos aos laboratórios práticos.
Figure 6
Controle de nível de disparo do osciloscópio
Ao ler as instruções dos laboratórios a seguir, sempre que você vir uma palavra em
negrito dentro de colchetes, como Cursores [Cursors], trata-se de uma tecla (ou
botão) do painel frontal localizada no lado direito do osciloscópio. Quando a tecla
é pressionada, um menu único com seleções de "softkey" associadas com aquela
13
1
Introdução
função em particular o painel frontal será ativada. “Softkeys” são as 5
teclas/botões localizadas à direita do visor do osciloscópio. As funções dessas
teclas mudam de acordo com o menu que está ativo.
Agora, localize o botão de controle Entrada mostrado na Figure 7. É o botão logo à
direita do visor do osciloscópio. Nós vamos usar muito esse botão para mudar
muitas variáveis e seleções de configuração que não têm botões dedicados nos
controles do painel frontal. Sempre que você vir a seta verde curva (
) em uma
seleção de softkey, essa é uma indicação de que o botão Entrada controla essa
variável. Então, vamos começar a fazer medições com o osciloscópio!
Figure 7
14
Controle de entrada geral do osciloscópio
2 Laboratórios de
Familiarização com o
Osciloscópio
Laboratório nº1: Como fazer medições básicas / 16
Laboratório nº2: Noções básicas de disparo do osciloscópio / 24
Laboratório nº3: Capturar eventos singulares / 30
Laboratório nº4: Compensar as pontas de prova 10:1 passivas / 32
Laboratório nº5: Documentar e salvar resultados de testes no osciloscópio / 38
Laboratório nº6: Usar a matemática de forma de onda do osciloscópio / 44
Laboratório nº7: Usar o modo zoom do osciloscópio / 49
15
2
Laboratórios de Familiarização com o Osciloscópio
Laboratório nº1: Como fazer medições básicas
Nesta primeira aula, você aprenderá como utilizar os controles de escala
horizontal e vertical do osciloscópio e como configurar o osciloscópio
adequadamente para que exiba uma onda quadrada repetitiva. Além disso, você
aprenderá como fazer algumas medições simples de tensão e tempo nesse sinal.
1 Conecte o cabo de alimentação na tomada e ligue o osciloscópio.
2 Conecte uma ponta de prova do osciloscópio entre o BNC de entrada do canal
1 e o terminal identificado como Comp. ponta que tenha a forma de “pulso”
como mostrado na Figure 8. Conecte o clipe de aterramento da ponta de prova
ao terminal com o símbolo de terra. Observe que, nos osciloscópios da série
DSO1000A, os terminais Comp. ponta estão localizados embaixo do visor.
Figure 8 Conecte uma ponta de prova entre a entrada do canal 1 e o terminal de
compensação da ponta de prova
16
2
Sempre haverá uma onda quadrada de 1 kHz presente no terminal "comp.
ponta". Embora o propósito principal desse sinal seja calibrar/compensar as
pontas de prova do osciloscópio, o que faremos mais tarde em outro
laboratório, usaremos esse sinal para fins de treinamento.
3 Pressione a tecla Config. Padrão [Defaul t Setup] do painel frontal.
Config. Padrão definirá uma configuração predefinida de fábrica para o
osciloscópio. Não apenas definirá os fatores de escala X e Y do osciloscópio
com os valores predefinidos, mas também desativará quaisquer modos
especiais de operação que algum de seus colegas de classe pode ter usado.
Aplicar uma configuração padrão também ajusta os fatores de atenuação de
ponta de prova do osciloscópio em 10X, de modo que todas as medições de
amplitude sejam referenciadas ao nível do sinal presente na extremidade da
ponta de prova. Quando começar a fazer novas medições com o osciloscópio, é
sempre bom iniciar com a configuração padrão. Agora vamos ajustar
corretamente as configurações de escala vertical, horizontal e de disparo após
fazer com que a onda quadrada de 1 kHz seja exibida no visor.
4 Pressione a tecla Ligar/Desligar Menu [Menu On/Off] no painéis frontal (próximo ao
canto superior direito do visor) para expandir a área de exibição da forma de
onda do osciloscópio.
5 Gire o botão Nível de d isparo no sentido horário até a configuração de nível de
disparo indicar aproximadamente 1,5 Vol t (leitura próxima ao lado superior
direito do visor) e a linha de disparo horizontal temporária interceptar a metade
da forma de onda. Observe que você aprenderá mais sobre o disparo do
osciloscópio no próximo laboratório.
6 Gire o botão Horizontal grande (próximo ao topo do painel frontal do
osciloscópio) no sentido anti-horário até observar mais de dois períodos da
onda quadrada. A configuração correta deve ser de 200 us/ (leitura próxima do
lado superior esquerdo do visor). Essa configuração é uma abreviação de
200 μs/divisão. Deste ponto em diante, nós nos referiremos a isso
simplesmente como a configuração da "base de tempo" do osciloscópio.
7 Gire o botão da posição Horizontal (o botão menor próximo ao topo do painel
frontal do osciloscópio) para mover a forma de onda para esquerda e para
direita. Pressione esse botão de defini-lo de volta a zero (0,0 segundo no centro
da tela).
8 Gire o botão de posição vertical do canal 1 (botão menor amarelo na seção
vertical do painel frontal, logo acima do BNC de entrada) até que o topo da
forma de onda esteja próximo ao centro do visor. A configuração correta deve
ser de aproximadamente -3,0 us/ (leitura temporária próxima do lado inferior
esquerdo do visor).
9 Gire o botão V/div do canal 1 (botão maior amarelo na seção vertical) no
sentido horário até a leitura no canto inferior esquerdo do visor apresentar
“500mV/”. Isso significa 500 mV/div. Se você pressionar o botão V/div do canal
1 e então fizer os ajustes, verá que está disponível o recurso de ajuste “fino”
Seu professor pode chamar isso de ajuste “vernier” do osciloscópio. Pressione o
17
2
botão novamente para retornar ao ajuste “simples” e, em seguida, coloque
novamente em 500 mV/.
O ajuste da posição vertical do osciloscópio e da configuração V/div (etapas nos. 8
e 9 acima) é normalmente um processo iterativo; ajuste um, depois o outro e repita
esse processo até a forma de onda ser exibida corretamente.
O visor do seu osciloscópio deve estar parecido com a Figure 9. Vamos agora fazer
algumas medições nessa onda quadrada. Observe que o visor do osciloscópio é
basicamente um gráfico com X versus Y. No eixo X (horizontal), podemos medir o
tempo; e no eixo Y (vertical), a tensão. Em muitas tarefas das aulas de Engenharia
Elétrica ou Física, você provavelmente calculou e representou sinais elétricos em
um gráfico, com formato similar, porém estático, no papel. Ou talvez você tenha
usado vários aplicativos de software de PC que automaticamente desenhavam o
gráfico das formas de onda. Quando um sinal de entrada repetitivo é aplicado a
um osciloscópio, podemos observar gráficos dinâmicos (continuamente
atualizados) das formas de onda.
Figure 9 Ajustar as configurações vertical, horizontal e de disparo do osciloscópio para
exibir uma forma de onda
O eixo X (horizontal) consiste em 12 divisões principais na tela (se a exibição do
menu estiver desativada), com cada divisão principal sendo igual à configuração
s/div. Nesse caso, cada divisão principal horizontal representa 200
microssegundos, considerando-se que a base de tempo do osciloscópio esteja
definida como 200 μs/div, conforme instruído anteriormente. Como há 12 divisões
na tela, o osciloscópio mostra 2,4 ms (200 μs/div x 12 divisões) da esquerda para a
18
2
direita do visor. Observe que cada divisão principal também é dividida em 5
divisões secundárias (0,2 divisões cada uma), exibidas como marcas indicadoras.
Cada divisão secundária representa 1/5 div × 200 μs/div = 40 μs.
Nosso eixo Y (vertical) consiste em 8 divisões principais verticalmente, cada uma
delas igual à configuração V/div, que deve ser ajustada em 500 mV/div. Nessa
configuração o osciloscópio pode medir sinais tão elevados quanto 4 Vp-p
(500 mV/div x 8 divisões). Cada divisão principal é também dividida em 5 divisões
secundárias (0,2 divisões cada uma). Cada divisão secundária, representada como
marcas indicadoras, representa 100 mV cada.
10 Faça uma estimativa da largura de pulso (PW) de um dos pulsos positivos
contando o número de divisões (principal e secundária) de uma borda
ascendente até a próxima borda descendente e, em seguida, multiplique pela
configuração s/div (deve ser 200 μs/div).
PW = _____________
11 Estime o período (T) de uma dessas ondas quadradas contando o número de
divisões de uma borda ascendente até a próxima borda ascendente e, em
seguida, multiplicando pelo valor definido para s/div.
T = _____________
12 Qual é a frequência dessa onda senoidal (F = 1/T).
F = _____________
13 Determine a tensão pico a pico dessa forma de onda contando o número de
divisões desde a parte inferior até o topo da forma de onda; em seguida,
multiplique pelo valor definido para V/div (deve ser 500 mV/div).
Vp-p = _____________
Observe que o rótulo amarelo “1” na lado esquerdo do visor indica o nível de terra
(0,0 V) da forma de onda do canal 1. Se o canal 2 desse osciloscópio também
estivesse ligado, você veria um rótulo verde “2” indicando o respectivo nível de
terra (0,0 V). Agora vamos usar a função “cursores” do osciloscópio para fazer
essas mesmas medições de tensão e tempo.
14 Pressione a tecla Cursores [Cursors] do painel frontal; depois, pressione a softkey
Modo. Gire o botão Entrada até Manual ficar em destaque; em seguida, aperte o
botão Entrada para selecionar.
15 Pressione a softkey CurA--- até ela ficar destacada em azul (observe que ela já
pode estar na cor azul).
16 Gire o botão Entrada para posicionar o cursor de tempo A na primeira borda
ascendente da forma de onda, próximo do lado esquerdo do visor.
19
2
17 Pressione a softkey CurA--- para desativar esse cursor e, em seguida, pressione
a softkey CurB--- para ativar o cursor de tempo B.
18 Gire o botão Entrada para posicionar o cursor de tempo B na segunda borda
ascendente da forma de onda no centro do visor. O visor do seu osciloscópio
deve estar parecido com a Figure 10.
Figure 10 Usar os cursores de tempo para medir o período e a frequência da onda quadrada
19 Qual o período e a frequência dessa forma de onda?
ΔX = _____________
1/ΔX = _____________
20 Pressione a softkey Tipo para mudar dos cursores de Tempo para os cursores de
Amplitude.
21 Pressione a softkey CurB--- para desativar esse cursor e, em seguida, pressione
a softkey CurA--- para ativar o cursor de amplitude A.
22 Gire o botão Entrada para posicionar o cursor de amplitude A na parte inferior
da forma de onda.
23 Pressione a softkey CurA--- para desativar esse cursor e, em seguida, pressione
a softkey CurB--- para ativar o cursor de amplitude B.
24 Gire o botão Entrada para posicionar o cursor de amplitude B na parte superior
da forma de onda. O visor do seu osciloscópio deve estar parecido com a
Figure 11.
20
2
Figure 11 Usar os cursores de amplitude para medir a tensão pico a pico da onda quadrada
25 Quais são as amplitudes superior, inferior e Vpp desta forma de onda?
Inferior (CurA) = _____________
Superior (CurB) = _____________
Vpp (ΔY) = _____________
Os cursores fornecerão uma medição um pouco mais precisa e eliminarão as
suposições da medição. Vamos usar um método ainda mais fácil e exato para
executar essas medições.
26 Pressione a tecla Med ição [Meas] no painel frontal. Observe que essa tecla do
painel frontal é rotulada como Med ição [Measure] nos osciloscópios da série
DSO1000A.
27 Se a softkey superior estiver rotulada como 2/2 (menu 2 de 2); pressione essa
softkey para alternar para 1/2 (menu 1 de 2).
28 Pressione a softkey Tensão; em seguida, gire o botão Entrada para destacar Vpp
e, em seguida, aperte o botão Entrada para selecionar.
29 Pressione a softkey Tempo; em seguida, gire o botão Entrada para destacar Freq
21
2
O visor do seu osciloscópio deve agora estar parecido com a Figure 12, exibindo
as medições automáticas de Vpp e frequência próximo da parte inferior da tela.
Figure 12 Usar as medições paramétricas automáticas do osciloscópio
O método mais comum utilizado para medir tempo e tensão em um osciloscópio é
normalmente o de “contagem de divisão” que usamos primeiro. Embora as
divisões devam ser contadas e depois multiplicadas pelas configurações do
osciloscópio, engenheiros familiarizados com seus osciloscópios podem estimar
rapidamente os parâmetros de tensão e tempo dos sinais... e algumas vezes uma
estimativa aproximada é tudo o que se precisa para saber se um sinal é válido ou
não.
Antes de finalizarmos este primeiro laboratório, vamos tentar fazer mais uma
medição interessante.
30 Pressione a softkey 1/2, o que nos levará para a segunda página desse menu de
medição.
31 Pressione a softkey Exibir todos para alternar de OFF para ON.
O visor do seu osciloscópio deve agora estar parecido com a Figure 13, exibindo
uma lista abrangente de medições paramétricas na onda quadrada de 1 kHz.
22
2
Figure 13 Realizar “todas” as medições de tensão e tempo na onda quadrada
Um dos primeiros passos realizados neste laboratório de familiarização foi definir o
nível de disparo do osciloscópio. Entretanto, ainda não discutimos do que se trata
esse disparo de osciloscópio. Vamos aprender mais sobre disparo de osciloscópio
no próximo laboratório prático.
23
2
Laboratório nº2: Noções básicas de disparo do osciloscópio
Conforme mencionado anteriormente, o disparo do osciloscópio é provavelmente
o recurso mais importante de um osciloscópio, que deve ser compreendido caso
se deseje obter aproveitamento máximo das medições no osciloscópio. Isso é
especialmente importante ao tentar realizar medições em muitos dos mais
complexos sinais digitais da atualidade. Infelizmente, o disparo do osciloscópio
costuma ser o aspecto menos compreendido da operação do osciloscópio.
É possível pensar no "disparo" do osciloscópio como uma forma de "obtenção de
fotografias sincronizadas". Quando o osciloscópio capta e exibe um sinal de
entrada repetitivo, ele pode estar tirando milhares de fotografias por segundo do
sinal de entrada. Para exibir essas formas de onda (ou fotografias), a obtenção da
fotografia deve estar sincronizada com "alguma coisa". Esse “alguma coisa” é um
único ponto no tempo do sinal de entrada.
Uma situação análoga ao disparo do osciloscópio é uma fotografia do momento
da chegada de uma corrida de cavalos. Embora não seja um evento repetitivo, o
obturador da câmera deve estar sincronizado com o focinho do primeiro cavalo no
momento em que ele cruza a linha de chegada. Tirar fotos aleatoriamente da
corrida de cavalos em algum momento entre a largada e a chegada da corrida
seria análogo à exibição de formas de onda não disparadas no osciloscópio.
Para compreender melhor o disparo do osciloscópio, vamos realizar algumas
outras medições em nossa familiar onda quadrada que usamos no laboratório nº1.
1 Assegure-se de que a ponta de prova do osciloscópio ainda esteja conectada
entre o terminal identificado como “Comp. ponta” e o BNC de entrada do canal
1.
2 Pressione Config. Padrão [Defaul t Setup] no painel frontal do osciloscópio.
3 Pressione Ligar/Desligar Menu [Menu On/Off] para desligar o menu e expandir a
área de exibição da forma de onda.
4 Gire o botão de nível de disparo no sentido horário para definir o nível próximo
da metade da forma de onda (aproximadamente 1,5 V).
5 Ajuste o botão de posição vertical do canal 1 para centralizar a forma de onda
na área de exibição do osciloscópio.
O visor do seu osciloscópio deve estar parecido com a Figure 14. Neste ponto
estamos visualizando apenas uma parte estreita da onda quadrada em torno de
sua borda ascendente, pois a base de tempo está definida como 1,0 μs/div.
Lembre-se, o período desse sinal é aproximadamente 1,0 ms. Observe o símbolo
“T” próximo à parte superior do visor. Ele marca o ponto no tempo onde o
osciloscópio está disparando nessa forma de onda. Os dados da forma de onda,
captados antes do ponto de disparo (lado esquerdo do visor), são considerados
dados de tempo negativos, ao mesmo tempo que os dados captados após o ponto
de disparo (lado direito do visor) são considerados dados de tempo positivos.
Agora observe o símbolo “T” próximo ao lado esquerdo do visor. Ele marca o nível
24
2
da tensão onde o osciloscópio está disparando nessa forma de onda. O local onde
os dois símbolos “T” interceptam uma borda ascendente da forma de onda é o
ponto de disparo aproximado, ou ponto de sincronização.
Ponto de disparo
Figure 14 Disparar em uma borda ascendente
6 Gire o botão de nível de disparo no sentido horário para elevar o nível até
próximo do topo da forma de onda. Você deve observar que a forma de onda
desliza para esquerda.
7 Gire o botão de nível de disparo no sentido anti-horário para baixar o nível até
próximo da parte inferior da forma de onda. Você deve observar que a forma de
onda desliza para direita.
8 Retorne o nível de disparo para aproximadamente 1,5 V, próximo da metade da
forma de onda.
Por padrão, o osciloscópio automaticamente seleciona disparar nas bordas
ascendentes. Agora vamos configurar o osciloscópio para disparar em uma borda
descendente dessa onda quadrada de 1 kHz.
9 Pressione a tecla Menu d isparo [Trig Menu] do painel frontal. Observe que essa
tecla do painel frontal está rotulada como Menu [Menu] na seção Disparo sobre
osciloscópios série DSO1000A.
10 Pressione a softkey Inclin.; depois, gire o botão Entrada para destacar o símbolo
da borda descendente.
O visor do seu osciloscópio deve estar agora sincronizado e exibindo uma borda
descendente dessa forma de onda semelhante à mostrada na Figure 15. Agora
vamos saber mais sobre os modos "Varredura".
25
2
Ponto de disparo
Figure 15 Disparar em uma borda descendente
11 Gire o botão horizontal grande no sentido anti-horário para ajustar a base de
tempo em 200 μs/d iv. Você agora deve observar alguns períodos dessa forma
de onda com a borda descendente da onda quadrada ainda sincronizada com o
ponto no centro da tela.
12 Gire o botão de nível de disparo no sentido horário até o seu indicador ficar
acima da forma de onda.
Como o nível de disparo está ajustado de forma a ficar acima da forma de onda, o
osciloscópio não tem nada para sincronizar sua captura de imagens, como
mostrado na Figure 16. O osciloscópio está agora em disparo “Automático” e você
deve observar uma mensagem verde “AUTO” piscando perto do canto superior
esquerdo do visor. Isso significa que o osciloscópio está gerando disparos
automáticos, mas sem estarem sincronizados com o sinal de entrada. Veja que
você observaria a mesma coisa se o nível de disparo fosse estabelecido abaixo da
forma de onda.
26
2
Nível de disparo
Figure 16 Disparo automático com o nível de disparo definido acima do sinal de entrada
O modo de varredura (ou disparo) padrão do osciloscópio é o automático. Quando
o osciloscópio está usando o modo automático de varredura sem encontrar uma
condição de disparo válida (borda descendente cruzando a onda quadrada de
1 kHz neste caso), ele gera seus próprios disparos assíncronos e começa a
capturar imagens (aquisições) do sinal de entrada em momentos aleatórios. Como
a "captura de imagens" agora é aleatória, em vez de estar sincronizada com o
sinal de entrada, tudo o que podemos ver é um "borrão" ou formas de onda
exibidas aleatoriamente. Essa exibição aleatória de formas de onda indicam que
nosso osciloscópio não está disparando no sinal de entrada.
Observe também que a palavra "varredura" é um termo que teve origem nos
osciloscópios analógicos, como aqueles usados pelo seu professor quando ele
estava na universidade, nos quais um feixe de elétrons "varria" ou era defletido em
um tubo de raios catódicos (CRT) vetorial. Osciloscópios de armazenamento
digital (DSO) não “varriam”, mas digitalizavam sinais de entrada usando um
conversor analógico-digital (ADC) e exibiam os pontos digitalizados como uma
imagem bitmap na tela plana do visor do osciloscópio. O termo "varredura",
entretanto, ainda é amplamente empregado. Você também deve ter atenção ao
fato de que alguns osciloscópios atuais também chamam esse modo de operação
de "modo de disparo".
13 Pressione o botão de nível de disparo para definir automaticamente o nível de
disparo para cerca de 50%.
14 Desconecte a ponta de prova do canal 1 do terminal “Comp. ponta”.
27
2
Com a ponta de prova do canal 1 desconectada de nossa fonte de sinal, devemos
agora ver o sinal CC 0,0 V da linha de base. Como esse sinal de 0,0 V CC não
apresenta nenhum cruzamento de bordas, o osciloscópio não tem nada para
efetuar disparos
e novamente faz "disparos automáticos" para exibir esse sinal de nível CC.
Além do modo de varredura automática padrão, o osciloscópio também possui
outro modo de varredura selecionável pelo usuário chamado de modo normal.
Vamos ver agora como o modo de varredura normal difere do modo de varredura
automática.
15 Reconecte a ponta de prova do canal 1 ao terminal “Comp. ponta”. Você deverá
visualizar novamente a onda quadrada disparada.
16 Pressione a softkey Varredura para alternar entre o modo de varredura Auto e o
modo de varredura Normal.
17 Desconecte novamente a ponta de prova do canal 1 do terminal “Comp. ponta”.
Agora você deve visualizar a última aquisição (última imagem) que ocorreu antes
de a ponta de prova ter sido desconectada, ou talvez visualizar um transiente.
Você também deve visualizar uma mensagem “Aguarde” piscando no canto
superior esquerdo do visor. Essa é uma indicação de que o osciloscópio está
esperando por eventos de disparo válidos. Observe que não é possível ver o traço
do nível 0,0 V CC mostrado pelo modo de varredura automática quando a ponta
de prova estava desconectada. Quando o modo de varredura normal é
selecionado, o osciloscópio exibe formas de onda somente se detectar condições
de disparo válidas (cruzamentos de bordas descendentes, nesse caso).
18 Gire o botão de disparo no sentido horário para definir o nível de disparo em
aproximadamente +4,00 V (acima da onda quadrada se estivermos com a ponta
de prova conectada).
19 Reconecte a ponta de prova do canal 1 ao terminal “Comp. ponta”.
A onda quadrada agora está conectada e sendo inserida no osciloscópio, mas
onde está nossa exibição repetitiva desse sinal? Como estamos usando o modo de
varredura normal, o osciloscópio ainda exige cruzamentos de borda válidos, porém
como o nível de disparo está definido acima da forma de onda (a +4,00 V), não há
cruzamentos de borda válidos. Como é possível observar com o modo de
varredura normal, não temos nenhuma pista de onde nossa forma de onda está,
por isso não é possível medir CC.
disparo para cerca de 50%. O osciloscópio deverá mostrar formas de onda
repetitivas novamente.
Alguns osciloscópios mais antigos utilizavam, para o que hoje chamamos de modo
de varredura normal, o modo de varredura Disparado, que pode, na verdade, ser
um termo mais descritivo para esse modo de disparo, pois nesse modo o
osciloscópio dispara somente quando encontra uma condição de disparo válida e
não gera um disparo automático (disparo assíncrono para gerar a obtenção
assíncrona de imagens). Além disso, é um pouco contraditório que o modo de
28
2
varredura normal não seja o modo "normalmente" utilizado e o modo padrão do
osciloscópio. O modo de disparo normalmente utilizado é o modo de varredura
automática, que é o modo padrão do osciloscópio.
Neste ponto, você deve estar se perguntando quando deve usar o modo de
varredura normal. O modo de varredura normal deve ser utilizado quando o evento
de disparo ocorre com pouquíssima frequência (incluindo eventos singulares). Por
exemplo, se você fizesse a configuração do osciloscópio capturar e exibir um sinal
que ocorresse a uma taxa de apenas ½ Hz (um ciclo a cada 2 segundos) e o modo
de disparo tivesse sido definido como modo de varredura automática, então o
osciloscópio geraria muitos disparos automáticos gerados de forma assíncrona e
não seria capaz de mostrar esse sinal de lenta alteração. Nesse caso, você
precisaria selecionar o modo de varredura normal de maneira que o osciloscópio
aguardaria até obter eventos de disparo válidos antes de exibir as formas de onda.
Se você dispõe de um gerador de função em seu laboratório, é possível tentar
ajustar a frequência em 0,5 Hz e observar a diferença entre usar o modo de
varredura automática e o modo normal.
29
2
Laboratório nº3: Capturar eventos singulares
Até agora temos capturado formas de onda repetitivas, ou seja, sinais que se
repetem. No caso de nossa onda quadrada de 1 kHz, esses sinais se repetem
1.000 vezes por segundo. Ocasionalmente, entretanto, os engenheiros precisam
capturar eventos (sinais) singulares, o que significa que eles ocorrem apenas uma
vez. Os osciloscópios de armazenamento digital (DSOs) são excelentes para
capturar eventos singulares devido às suas taxas de amostragem muito rápidas.
No entanto, configurar o osciloscópio para capturar um evento singular é mais
complicado do fazê-lo para capturar uma forma de onda que se repete. Você não
pode mais "ajustar" as condições de configuração, tais como V/div e s/div,
enquanto visualiza a forma de onda. O sinal não está lá para você fazer isso. Você
deve ter algum conhecimento das características aproximadas do evento singular,
tais como amplitude e largura do evento, antes de configurar o osciloscópio para
capturá-lo. Assim, vamos assumir que você sabe que o evento singular possui
uma amplitude pico a pico de aproximadamente 2 Vpp e uma largura de evento de
aproximadamente 10 milissegundos. Vamos agora configurar o osciloscópio para
capturar um evento singular com essas características.
2 Desconecte a ponta de prova do canal 1 (garra de ponta de prova e clipe de
aterramento) do terminal identificado como “Comp. ponta”.
3 Defina a base de tempo o osciloscópio como 1,000 ms/d iv.
4 Defina a configuração V/div do canal 1 como 200 mV/d iv.
5 Defina o nível de disparo como aproximadamente 300 mV.
6 Pressione a tecla Disparo [Trig] no painel frontal. Observe que essa tecla do
painel frontal está rotulada como Menu [Menu] na seção Disparo dos
7 Pressione a softkey Varredura para alternar entre o modo de varredura Auto e o
modo de varredura Normal.
8 Pressione a tecla Ligar/Desligar Menu [Menu On/Off] no painel frontal.
9 Pressione a tecla Único [Single] no painel frontal.
10 Pegue a ponta de prova e toque repetida e delicadamente com ela na bancada
ou mesa para criar e capturar uma pequena carga eletrostática (ESD).
Você pode ver agora no visor do osciloscópio uma forma de onda armazenada
semelhante à ilustrada na Figure 17. Provavelmente ela será um pouco diferente.
Se o osciloscópio não capturou nada, tente reduzir o nível de disparo: pressione a
tecla Único [Single] no painel frontal e toque na bancada com a ponta de prova
novamente. Para capturar múltiplos eventos singulares, pressione Único [Single]
novamente antes de o evento ocorrer na próxima vez.
30
2
Figure 17 Configurar o osciloscópio para capturar um evento singular
Para entender melhor o uso do modo de varredura normal estudado no
laboratório anterior, vamos tentar capturar múltiplos eventos infrequentes.
11 Pressione a tecla Exec./Parar [Run/Stop] no painel frontal (ela deve estar
iluminada em verde).
12 Comece tocando repetidamente na bancada/mesa com a ponta de prova a
uma frequência baixa (uma vez a cada segundo, por exemplo).
Você deve notar que o osciloscópio captura cada evento singular. Vamos agora
mudar o modo de varredura para automática e ver o que acontece.
13 Pressione a tecla Menu d isparo [Trig Menu] do painel frontal. Observe que essa
tecla do painel frontal está rotulada como Menu [Menu] na seção Disparo dos
14 Pressione a softkey Varredura para alternar de Normal para Auto.
15 Comece novamente a tocar repetidamente na bancada/mesa com a ponta de
prova a uma frequência baixa.
Você deve observar que o osciloscópio raramente captura o evento singular e,
quando o faz, ele aparece aleatoriamente na tela e não fixo no local do disparo
centralizado no visor. Isso ocorre porque o osciloscópio está fazendo disparos
automáticos. Lembre-se de que a varredura automática (disparo) é excelente
quando capturando formas de onda repetitivas, mas ela não deve ser usada para
capturar eventos singulares ou com baixa taxa de repetição.
31
2
Laboratório nº4: Compensar as pontas de prova 10:1 passivas
Agora que você concluiu as primeiras três aulas em laboratório deste guia de
treinamento em osciloscópio e está de certa forma familiarizado com o uso de um
osciloscópio em medições básicas de tensão e tempo, vamos voltar um pouco e
conversar sobre pontas de prova novamente. Na seção Introdução deste guia,
falamos brevemente sobre pontas de prova e mostramos o modelo de entrada
elétrico da combinação de uma ponta de prova 10:1 passiva e a entrada do
osciloscópio. Esse modelo elétrico de ponta de prova e osciloscópio é mostrado
novamente na Figure 18.
Figure 18 Esquema simplificado de uma ponta de prova 10:1 passiva conectada à
impedância de entrada 1 MΩ do osciloscópio
Se estiver lembrado, você recebeu instruções para ignorar os componentes
capacitivos neste modelo elétrico e considerar somente os componentes
resistivos. Quando observamos somente os componentes resistivos,
determinamos que a combinação do resistor da extremidade da ponta de prova
9 MΩ mais a impedância de entrada de 1 MΩ da ponta de prova estabeleceu uma
escala divisora de tensão 10 para 1. É adequado ignorar elementos capacitivos
para aplicações CC ou de baixa frequência. Porém, se você precisar medir sinais
dinâmicos, que é a principal aplicação de medição para osciloscópios, os
elementos capacitivos desse modelo elétrico não podem ser ignorados.
As capacitâncias parasitas são inerentes a todas as entradas e pontas de prova de
osciloscópios. Elas incluem a capacitância do cabo da ponta de prova (C cabo),
bem como a capacitância de entrada do osciloscópio (C osciloscópio).
"Inerente/parasita" significa simplesmente que esses elementos do modelo
elétrico não estão comprometidos de forma intencional, são somente um fato
infeliz da vida no mundo real dos eletrônicos. E a quantidade de capacitância
inerente/parasita variará de acordo com cada osciloscópio e ponta de prova.
Contudo, sem componentes capacitivos adicionais comprometidos para
compensar os elementos capacitivos inerentes no sistema, a reatância do sistema
sob condições dinâmicas de sinais (não CC) pode mudar a atenuação geral
dinâmica do sistema de ponta de prova para algo diferente da escala 10:1
32
2
desejada. O propósito do capacitor da extremidade da ponta de prova
adicional/integrada (C extremidade) juntamente com o capacitor de compensação
ajustável (C comp) é estabelecer uma atenuação de reatância capacitiva que
corresponda à atenuação resistiva de 10:1. Quando o capacitor de compensação
está ajustado adequadamente, isso também garante que a constante de tempo da
capacitância da extremidade da ponta de prova em paralelo com o resistor de
9 MΩ corresponda à constante de tempo das capacitâncias inerente e de
compensação em paralelo com o resistor de entrada de 1 MΩ do osciloscópio.
Em vez de gastar muito mais tempo conversando sobre a teoria, vamos nos
conectar a um sinal e ver o efeito da subcompensação, da sobrecompensação e
da compensação adequada.
1 e o terminal identificado como Comp. ponta. Conecte o clipe de aterramento
da ponta de prova ao terminal terra.
2 Conecte outra ponta de prova do osciloscópio entre o BNC de entrada do canal
2 e o terminal identificado como Comp. ponta. Conecte o clipe de aterramento
4 Pressione a tecla [2] no painel frontal (entre os dois botões verdes) para ativar o
canal 2.
5 Pressione a tecla Ligar/Desligar Menu [Menu On/Off] no painel frontal para
expandir a área de exibição da forma de onda.
6 Ajuste a base de tempo horizontal como 200,0 μs/d iv.
disparo como cerca de 50%.
8 Ajuste a posição vertical do canal 2 (botão menor verde) para posicionar a
forma de onda do canal 2 (traço verde) abaixo da forma de onda do canal 1
(amarela).
Se as pontas de prova estiverem compensadas corretamente, você verá duas
ondas quadradas de 1 kHz com uma resposta bastante plana no visor do
osciloscópio, similar à mostrada na Figure 19. Vamos agora ajustar a
compensação em cada ponta de prova.
33
2
Figure 19 Usar o sinal de compensação da ponta de prova de 1 kHz do osciloscópio para
compensar pontas de prova passivas 10:1
9 Usando uma chave de fenda pequena, ajuste o capacitor de variável localizado
no corpo de cada ponta de prova. Observe que esse ajuste está algumas vezes
localizado próximo à extremidade da conexão BNC de algumas pontas de
prova.
A Figure 20 mostra um exemplo da ponta de prova do canal 1 (forma de onda
amarela) sobrecompensada (capacitância excessiva) e um exemplo da ponta de
prova do canal 2 (forma de onda verde) subcompensada (capacitância pequena
demais) Se você não observar uma onda quadrada quase perfeita, reajuste a
compensação de suas pontas de prova até que as formas de onda no osciloscópio
sejam similares às da Figure 19.
34
2
Figure 20 Pontas de prova compensadas incorretamente
Depois de ajustar adequadamente suas pontas de prova, desde que você continue
a usar essas pontas de prova nesse osciloscópio, não será necessário reajustá-las
na próxima vez que usar o osciloscópio.
Neste ponto, você concluiu a parte prática desta aula. A seguir discutiremos
detalhadamente a teoria por trás da compensação e do carregamento de pontas
de prova. Seu professor pode deixar esse assunto como trabalho de casa. Caso ele
faça isso, você pode passar para o laboratório seguinte e estudar esta seção mais
tarde.
Calcular a quantidade adequada de compensação capacitiva
Se você estiver a fim de um desafio, calcule a quantidade de capacitância de
compensação (C comp) requerida em uma compensação adequada usando as
seguintes suposições:
R extremidade = 9 MΩ
R osciloscópio = 1 MΩ
C osciloscópio = 15 pF
C cabo = 100 pF
C extremidade = 15 pF
C paralelo = C osciloscópio + C cabo + C comp
C comp = ?
35
2
Para calcular a quantidade requerida de capacitância de compensação (C comp), o
método mais fácil é igualar a constante de tempo (1/RC) da combinação paralela
de R extremidade e C extremidade com a constante de tempo da combinação paralela
de R osciloscópio e C paralelo:
1
1
------------------------- = -------------------------------------------R tip × C tip
R scope × C parallel
Lembre-se que C paralelo é a combinação de três elementos capacitivos no modelo
de ponta de prova/osciloscópio.
Outro método de cálculo seria igualar 9X a reatância capacitiva de C paralelo com
1X a reatância de capacitância de C extremidade. Isso estabelecerá o mesmo fator
de atenuação contribuído pelas reatâncias capacitivas como o fator de atenuação
contribuído pela rede somente resistiva (10:1):
1
1
------------------- = 9 × -----------------------------2πfC parallel
2πfC tip
C comp = _______
Carregar pontas de prova
Além de compensar de forma adequada suas pontas de prova passivas 10:1 a fim
de obter as medições mais precisas no osciloscópio, outra questão que deve ser
considerada é o carregamento da ponta de prova. Em outras palavras, conectar a
ponta de prova e o osciloscópio a seu dispositivo sob teste (DUT) mudará o
comportamento do seu circuito? Quando você conecta qualquer instrumento em
seu circuito, o instrumento em si torna-se parte de seu DUT e pode "carregar" ou
mudar o comportamento de seus sinais de alguma forma. Se utilizarmos os
valores dados de resistências e capacitâncias listados acima (juntamente com o
valor de C comp calculado), podemos modelar o efeito de carregamento da ponta
de prova e do osciloscópio juntos como a combinação paralela de um único
resistor e capacitor, conforme mostrado na Figure 21.
Figure 21 Modelo de carregamento do osciloscópio e da ponta de prova passiva 10:1
Para aplicações CC ou de baixa frequência, o carregamento é dominado pela
resistência de 10 MΩ, que na maioria dos casos não é um problema. Mas e se você
estiver testando um sinal de clock digital de 100 MHz? A quinta harmônica desse
36
2
clock digital, que é um componente significativo na criação da forma desse sinal,
seria 500 MHz. Agora calcule a reatância contribuída pela capacitância de 13,5 pF
do modelo de carregamento mostrado na Figure 21:
1
1 - = ------------------------------------------------------------------- = 23.6Ω
X c = -----------6
– 12
2πfC
2π × 500 ×10 × 13.5 ×10
Embora 13,5 pF possa parecer pouco, em frequências mais altas essa quantidade
de capacitância de carregamento pode ser significativa. Em aplicações com
frequência mais alta como essa, a maioria dos fornecedores de osciloscópios
fornece soluções de pontas de prova ativas opcionais que têm capacitâncias de
entrada (sub pF) significativamente menores. Contudo, esses tipos de pontas de
prova especiais custam significativamente mais do que a ponta de prova passiva
10:1 típica.
Por fim, esteja ciente de que os modelos de ponta de prova + osciloscópio
apresentados nesta aula estão muito simplificados. Modelos mais precisos
também incluiriam elementos indutivos. Os cabos, principalmente o condutor de
terra, devem ser considerados elementos indutivos, principalmente em aplicações
de alta frequência.
Para conduzir a sua própria experiência de carregamento de ponta de prova, baixe
a nota de aplicação Experiência de carregamento da ponta de prova do
osciloscópio listada na seção ““Publicações afins da Keysight” deste documento.
37
2
Laboratório nº5: Documentar e salvar resultados de testes no
osciloscópio
Quando você concluir as várias tarefas do laboratório de circuitos, seu professor
poderá pedir para que você redija um relatório de testes. A inclusão de imagens
(fotografias) de suas medições no relatório de laboratório também poderá ser
requerida. Além disso, se você não conseguir concluir sua tarefa de laboratório em
uma aula, você poderá continuar os testes depois. Mas seria muito bom se você
conseguisse continuar de onde parou; sem ter de reconfigurar o osciloscópio ou
possivelmente obter as formas de onda novamente. Nesta aula, você aprenderá
como salvar e recuperar vários tipos de arquivo de osciloscópio, incluindo
imagens, formas de onda de referência e configurações. Nesta aula, você terá de
ter acesso a um dispositivo de memória USB pessoal.
1 Confira se a ponta de prova do osciloscópio ainda esteá conectada entre o
terminal identificado como Comp. ponta e o BNC de entrada do canal 1.
3 Pressione a tecla Ligar/Desligar Menu [Menu On/Off] no painel frontal para
expandir a área de exibição da forma de onda.
4 Ajuste a base de tempo do osciloscópio como 200 μs/d iv.
5 Pressione o botão de nível de disparo para estabelecer o nível de disparo em
aproximadamente 50%.
Nesse ponto você deve visualizar alguns ciclos da onda quadrada de 1 kHz, como
ilustrado na Figure 22. Vamos agora salvar essa imagem (figura).
38
2
Figure 22 Dois ciclos de uma onda quadrada de 1 kHz que queremos salvar para fins de
documentação e análise posterior
6 Conecte seu dispositivo de memória USB pessoal na porta USB do painel
frontal do osciloscópio.
7 Pressione a tecla Sal var/recuperar [Save/Recall] na seção Arquivo do painel
frontal.
8 Pressione a softkey Armazenar; em seguida, gire o botão Entrada para destacar
PNG e aperte o botão Entrada para selecionar esse como o tipo de
operação/tipo de arquivo que deseja salvar ou recuperar.
9 Pressione a softkey Externo, significando que você deseja salvar ou recuperar
dados na unidade USB externa. Observe que, embora você possa salvar
determinados tipos de dados na memória interna do osciloscópio, esses locais
de memória limitados podem ser sobrescritos por seus colegas de classe.
10 Pressione a softkey Novo arq para criar um novo nome de arquivo. Embora seja
possível criar um nome de arquivo personalizado, vamos usar agora o nome
padrão.
11 Pressione a softkey Sal var para salvar esse arquivo de imagem.
Isso salva a imagem (figura) que estava no visor do osciloscópio antes de você
acessar este menu. Embora não seja possível recuperar esse tipo de arquivo para
seu osciloscópio, você pode abrir um arquivo .png em seu PC e inserir essa
imagem em vários tipos de documentos, como os do Microsoft Word. Isso é algo
que seu professor provavelmente exigirá em breve para documentar suas
experiências de laboratório. Além de salvar imagens no formato .png, você
também pode salvá-las como bitmaps de 8 ou 24 bits. Observe que todas as
39
2
imagens da tela do osciloscópio mostradas neste Guia de Laboratório foram
originalmente salvas no formato .png. Vamos agora salvar um arquivo de
configuração.
13 Se estiver usando um osciloscópio da série DSO1000B, pressione a tecla
Sal var/recuperar [Save/Recall] do painel frontal. Se você estiver usando um
osciloscópio da série DSO1000A, então o menu Salvar/recuperar já estará
sendo exibido.
14 Pressione a softkey Armazenar; gire o botão Entrada para destacar Configurações
15 Pressione a softkey Externo.
16 Pressione a softkey Novo arq; em seguida, pressione Sal var.
O arquivo de configuração permite salvar as condições do osciloscópio (V/div,
s/div, nível de disparo etc.) para que você possa mais tarde recuperar essas
configurações e continuar a fazer medições a partir de onde parou no dia anterior.
Vamos agora tentar recuperar a configuração que você acabou de salvar.
Primeiramente, vamos eliminar a configuração atual do osciloscópio.
18 Pressione a tecla Config. Padrão [Defaul t Setup] do painel frontal. Isso elimina a
configuração atual do osciloscópio.
19 Pressione a tecla Sal var/recuperar [Save/Recall] no painel frontal.
Configuração e aperte o botão Entrada para selecionar.
22 Gire o botão Entrada para destacar o arquivo de configuração que você acabou
de salvar. Observe que esse arquivo tem a extensão .stp. Se esse for o único
arquivo .stp armazenado na sua unidade USB, ele será destacado
automaticamente.
23 Pressione a softkey Recuperar para recuperar esse arquivo.
Se a ponta de prova ainda estiver conectada ao terminal Comp. ponta, o
osciloscópio deve estar corretamente configurado para exibir novamente a onda
quadrada de 1 kHz. Observe que você também pode salvar configurações usando
o tipo de armazenamento Forma de onda. Se forem salvas e recuperadas como
"Forma de onda", então o osciloscópio recuperará a configuração e a(s) forma(s)
de onda. No entanto, se você pressionar a tecla Executar [Run] após recuperar
configurações e formas de onda, estas últimas serão substituídas por formas de
onda digitalizadas ativamente. Existe uma maneira melhor de salvar
permanentemente formas de onda para análise posterior usando formas de onda
de "referência". Vamos tentar isso.
24 Pressione a tecla Ref [Ref] no painel frontal (ao lado da tecla ligar/desligar do
canal 2).
40
2
25 Pressione a softkey Local para alternar da memória Interna para Externa.
26 Pressione a softkey Sal var.
27 Pressione a softkey Novo arq; em seguida, pressione Sal var.
Agora vamos importar (recuperar) essa forma de onda de referência que você
acabou de salvar no osciloscópio para posterior análise. Vamos primeiramente
apagar a forma de onda do canal 1 atualmente exibida (traço amarelo).
29 Pressione a tecla Exibir [Display] no painel frontal.
30 Se a seleção superior mostra 2/2 (menu 2 de 2), então pressione essa softkey
para alternar para 1/2 (menu 1 de 2).
31 Pressione a softkey Limpar para apagar a forma de onda do canal 1.
32 Pressione a tecla Ref [Ref] no painel frontal.
33 Pressione a softkey Local até ela indicar Externo.
34 Pressione a softkey Importar.
35 Gire o botão Entrada para destacar o arquivo de forma de onda de referência
que você acabou de salvar. Observe que esse arquivo tem a extensão .ref.
36 Pressione Importar.
Você deverá ver uma forma de onda branca no visor do osciloscópio semelhante à
da Figure 23. Você agora pode usar essa forma de onda para comparar com
formas de onda ativamente digitalizadas.
Figure 23 Importar uma forma de onda de referência (.ref) armazenada para a memória de
referência interna do osciloscópio
41
2
Além de salvar imagens (.png ou .bmp), configurações (.stp) e formas de onda de
referência (.ref), você também pode salvar formas de onda no formato .csv (valores
separados por vírgula). Isso consiste em uma matriz de pares XY (tempo e tensão)
que representa os pontos individuais digitalizados da forma de onda. Embora você
não possa recuperar esse tipo de arquivo de volta para o osciloscópio, é possível
abri-lo em um aplicativo de planilha como o Microsoft Excel. Você também pode
importar esse tipo de dado em vários pacotes de software de análise de
dados/formas de onda, tais como o LabView e o MatLab, para fazer análises mais
avançadas que podem não estar disponíveis no osciloscópio.
37 Pressione a tecla Ref [Ref] no painel frontal para cancelar a exibição da forma de
onda de referência (Pressione duas vezes nos osciloscópios da série
DSO1000B. Pressione uma vez nos osciloscópios da série DSO1000A.)
38 Pressione a tecla Exec./Parar [Run/Stop] para reiniciar as aquisições (Exec./Parar
[Run/Stop] deve ficar verde).
39 Pressione a tecla Sal var/recuperar [Save/Recall] no painel frontal.
CSV e aperte o botão Entrada para selecionar.
42 Pressione a softkey Novo arq.
43 Pressione a softkey Sal var.
Se você abrir esse arquivo em seu laptop usando o Microsoft Excel, é possível
visualizar uma lista de pares de dados de tempo e tensão semelhante à mostrada
na Figure 24. Embora o Excel ofereça recursos limitados para análise de dados de
forma de onda, você também pode abrir o arquivo em aplicativos como LabView
ou MatLab para realizar análises mais abrangentes e avançadas.
42
2
Figure 24 Abrir uma forma de onda salva no formato .csv usando Microsoft Excel
43
2
Laboratório nº6: Usar a matemática de forma de onda do osciloscópio
Osciloscópios podem efetuar operações matemáticas em toda uma forma de
onda, ou em pares de formas de onda. Uma função matemática de forma de onda
muito comum que você pode querer que o osciloscópio faça é subtrair uma forma
de onda de outra. A Figure 25 mostra o exemplo de uma rede divisora de tensão
simples com dois resistores. Se você quisesse visualizar como seria a forma de
onda entre apenas R1? Usando pontas de prova passivas 10:1, como as que você
está utilizando hoje, é possível medir as tensões Vin e Vout em relação à terra
usando um canal do osciloscópio para cada uma. Mas você não pode medir em
R1, pois nenhuma extremidade desse resistor é relativa à terra. Uma opção seria
usar uma dispendiosa ponta de prova ativa diferencial. Outra opção seria usar a
função matemática “A-B” do osciloscópio para formas de onda a fim de criar uma
forma de onda matemática que representaria a diferença entre as formas de onda
nos canais 1 e 2. Seu professor ou instrutor de laboratório pode pedir para você
realizar uma experiência usando um gerador de função externo juntamente com
componentes ativos e/ou passivos. Por enquanto, vamos usar o sinal de
compensação de ponta de prova integrado ao osciloscópio para aprender como
usar as funções matemáticas de forma de onda.
Figure 25 Uma rede divisora de tensão com 2 resistores
1 e o terminal identificado como "Comp. ponta". Conecte o clipe de aterramento
2 Conecte a outra ponta de prova do osciloscópio entre o BNC de entrada do
canal 2 e o terminal identificado como “Comp. ponta”. Conecte o clipe de
aterramento da ponta de prova ao terminal terra.
4 Pressione a tecla [2] no painel frontal (entre os dois botões verdes) para ativar o
canal 2.
44
2
5 Ajuste a base de tempo horizontal como 200,0 μs/d iv.
disparo como cerca de 50%.
7 Ajuste a posição vertical do canal 2 (botão menor verde) para posicionar a
forma de onda do canal 2 (traço verde) na metade inferior do visor.
Certifique-se de que a parte superior da forma de onda verde está ligeiramente
abaixo do centro da tela.
8 Ajuste a posição vertical do canal 1 (botão menor amarelo) para reposicionar a
forma de onda do canal 1 para que sua parte inferior fique ligeiramente acima
do centro da tela.
9 Pressione a tecla Mat. [Math] no painel frontal (entre as teclas ligar/desligar dos
canais 1 e 2).
10 Se a seleção da softkey superior mostra 2/2 (menu 2 de 2), então pressione
essa softkey para alternar para 1/2 (menu 1 de 2).
11 Pressione a softkey Operador; gire o botão Entrada para destacar A-B e, em
seguida, aperte o botão Entrada para selecionar.
O visor do seu osciloscópio deve estar parecido com a Figure 26. Se as pontas de
prova foram corretamente compensadas, a forma de onda matemática (traço
roxo), representando a diferença entre os canais 1 e 2, devem mostrar o traço de
uma "linha plana" de 0 V. Como ambos os canais estão capturando o mesmo sinal,
o resultado deve ser zero.
Forma de onda matemática
Figure 26 Usar a matemática de forma de onda para subtrair o canal 2 do canal 1
45
2
Para tornar essa medição diferencial uma pouco mais interessante, tente
desajustar a compensação de apenas uma das pontas de prova (a ponta de prova
do canal 1 ou 2). Isso cria uma diferença entre esses dois sinais de entrada. O visor
do seu osciloscópio deve estar parecido com a Figure 27.
Figure 27 Criar uma diferença entre as formas de onda do canal 1 e 2
Observe que a escala padrão da forma de onda matemática (5,00 V/d iv) é diferente
da escala das formas de onda do canal 1 e do canal 2 (1,00 V/d iv). Você pode
mudar a escala da forma de onda matemática e o deslocamento/ posição no
menu do nível 2/2 (menu 2 de 2).
Agora ajuste corretamente a compensação da ponta de prova antes de fazer a
próxima medição.
Vamos executar uma função matemática mais complexa só na forma de onda do
canal 1. Vamos converter a forma de onda do canal 1, de uma forma de onda no
domínio do tempo em uma forma de onda no domínio da frequência usando a
função matemática da transformada rápida de Fourier (FFT).
12 Pressione a tecla 2 [2] Ligar/Desligar no painel frontal até desligar a forma de
onda do canal 2 (traço verde).
13 Ajuste a escala vertical do canal 1 (botão maior amarelo) como 500 mV/d iv.
14 Reposicione a forma de onda do canal 1 para que ela fique no centro do visor
(botão menor amarelo).
15 Altere a configuração da base de tempo (botão grande horizontal) para
1,000 ms/d iv.
16 Pressione a tecla Mat. [Math] no painel frontal.
46
2
17 Pressione a softkey Operador; gire o botão Entrada para destacar FFT e, em
Você deverá ver uma tela similar a Figure 28. O osciloscópio estará exibindo tanto
uma forma de onda de domínio de tempo (Tensão x Tempo) quanto uma forma de
onda de domínio de frequência (Amplitude em unidades de Vrms x Frequência).
Observe que a escala horizontal da frequência é diferente nos osciloscópios da
série DSO1000A.
Forma de onda FFT
Figure 28 Usar a matemática de forma de onda para subtrair o canal 2 do canal 1
A função matemática FFT quebra os sinais até os componentes de frequência de
onda senoidal individuais. E, se você se lembrar de um pouco das suas aulas de
Engenharia Elétrica ou Física, todos os sinais elétricos, incluindo os sinais digitais,
são compostos de várias ondas senoidais de frequências diferentes. Um sinal de
clock ideal que tenha 50% do ciclo de serviço deve consistir de um componente
de frequência de onda senoidal fundamental (frequência repetitiva do sinal) mais
os seus harmônicos ímpares (terceiro, quinto, sétimo, etc). Observe que ondas
quadradas não ideais também irão incluir harmônicos pares de nível inferior.
Vamos agora verificar as frequência dos harmônicos fundamentais e ímpares
desse sinal de entrada.
18 Pressione a tecla Cursores [Cursors] no painel frontal.
19 Pressione a softkey Modo; gire o botão Entrada para destacar Acompanhar e, em
Observe que no Laboratório nº1 usamos cursores para realizar medições de tensão
e tempo usando a configuração de cursor “manual”. No modo de cursor manual,
você pode controlar as configurações vertical (Y) e horizontal (X)
independentemente. Quando o modo "acompanhar" é selecionado, você pode
47
2
controlar apenas a configuração horizontal dos cursores. O osciloscópio então
vincula automaticamente a posição dos cursores de amplitude ao local da forma
de onda onde ela é interceptada pelos cursores de tempo. Vamos agora
determinar que os cursores "acompanhem" e façam medições na forma de onda
FFT.
20 Pressione a softkey Cursor A; gire o botão Entrada para destacar Mat. e, em
21 Pressione a softkey Cursor B; gire o botão Entrada para destacar Mat. e, em
22 Pressione a softkey CurA—; gire o botão Entrada até a retícula do cursor ficar
posicionada no topo do pico de frequência mais alto (próximo ao lado esquerdo
da tela).
23 Pressione a softkey CurB—; gire o botão Entrada até a retícula do cursor ficar
posicionada no topo do segundo pico de frequência mais alto (próximo ao lado
esquerdo da tela).
O visor do seu osciloscópio deve estar parecido com a Figure 29.
Figure 29 Cursores de acompanhamento para medições de em uma forma de onda FFT
24 O que é frequência “A -> X” e qual é o componente fundamental?
F1 = _____________
25 O que é a frequência “B -> X” e qual deve ser o 3o harmônico?
F3 = _____________
48
2
Laboratório nº7: Usar o modo zoom do osciloscópio
A maioria dos osciloscópios possui duas bases de tempo. Isso significa que eles
podem exibir formas de onda com base em duas configurações horizontais
diferentes (s/divisão). Até agora temos usado somente a base de tempo
“principal” do osciloscópio. A 2a base de tempo é normalmente chamada de
exibição de “zoom” horizontal. Se o seu professor/instrutor de laboratório usou um
osciloscópio analógico mais antigo em seus tempos de universidade, essa 2a base
de tempo era chamada de “retardada”. Quando a exibição zoom é ativada, você
pode visualizar formas de onda com duas configurações diferentes e também
fazer medições “controladas” ou seletivas.
1 e o terminal identificado como "Comp. ponta". Conecte o clipe de aterramento
3 Ajuste a base de tempo do osciloscópio (botão grande horizontal) como
200,0 μs/d iv.
4 Pressione o botão de disparo para definir automaticamente o nível de disparo
em cerca de 50%.
5 Ajuste a escala vertical do canal 1 como 500 mV/d iv usando o botão amarelo
maior.
6 Reposicione a forma de onda para que ela fique no centro da tela usando o
botão amarelo menor.
7 Pressione a tecla Med ição [Meas] no painel frontal. Essa tecla do painel frontal é
identificada como Med ição [Measure] nos osciloscópios da série DSO1000A.
8 Pressione a softkey Tempo; gire o botão Entrada para destacar Tempo de subida e,
em seguida, aperte o botão Entrada para selecionar.
O visor do seu osciloscópio deve estar parecido com a Figure 30. Observe que o
Tempo de subida mostrado próximo à parte inferior da tela provavelmente
apresenta algo como “<40 us”. Ou ele pode mostrar “20 us” nos osciloscópios da
série DSO1000A). Nessa configuração de base de tempo (200,0 μs/div), o
osciloscópio não dispõe de resolução horizontal suficiente para fazer uma
medição exata dessa borda ascendente rápida. Se você não consegue visualizar
os detalhes dessa borda ascendente rápida, o osciloscópio provavelmente
também não. Vamos ativar o modo de zoom horizontal do osciloscópio para
realizar uma medição "controlada" e mais exata dessa borda em particular.
49
2
Figure 30 Fazer uma medição deficiente (inexata) do tempo de subida
9 Pressione o botão horizontal grande para ativar o modo de zoom do
osciloscópio.
10 Gire o botão horizontal grande para definir a base de tempo do zoom como
5,000 μs/d iv (exibida em caracteres brancos próximo à parte inferior da tela.
A exibição deve agora estar semelhante à da Figure 31, e o osciloscópio deve
estar fazendo medições de tempo dessa borda ascendente rápida com muito mais
exatidão. Quando o modo de zoom do osciloscópio está ativado, podemos
visualizar a "imagem geral" e a "imagem detalhada" na mesma exibição. Também
podemos fazer medições de tempo com mais exatidão enquanto visualizamos a
"imagem geral". O modo de exibição de zoom também permite selecionar em qual
borda ou pulso realizar as medições.
50
2
Figure 31 Fazer uma medição de "controlada" e exata do tempo de subida usando o modo
de zoom do osciloscópio
51
2
52
3 Resumo
Publicações afins da Keysight / 54
Caso tenha conseguido concluir todas as aulas deste tutorial e guia de laboratório
do osciloscópio, você terá uma ótima compreensão sobre o que é um osciloscópio
e como usá-lo com eficácia. Com isso, você não apenas concluirá os seus
experimentos em circuitos atribuídos com mais eficiência e com uma
compreensão maior dos conceitos teóricos da Engenharia Elétrica e da Física; mas
também, ao concluir os estudos e começar a utilizar o osciloscópio para
verificação e teste de seus projetos na indústria, será possível depurá-los com
mais agilidade e colocá-los no mercado mais rapidamente. Caso queira saber
mais sobre osciloscópios e medições com este aparelho, a Keysight fornece na
página a seguir uma lista abrangente de notas de aplicação sobre este assunto.
53
3
Resumo
Publicações afins da Keysight
Table 1
Publicações afins da Keysight
Título da publicação
Tipo de
publicação
Número da
publicação
Avaliar os princípios básicos do osciloscópio
Nota de aplicação
5989-8064EN
Avaliar as larguras de banda do osciloscópio para sua
aplicação
Nota de aplicação
5989-5733EN
Experiência de carregamento da ponta de prova do
osciloscópio
Nota de aplicação
5990-9175EN
Avaliar taxas de amostra do osciloscópio vs.
fidelidade de amostragem
Nota de aplicação
5989-5732EN
Avaliar osciloscópios para obter as melhores taxas de
atualização de formas de onda
Nota de aplicação
5989-7885EN
Avaliar as características de ruídos verticais no
osciloscópio
Nota de aplicação
5989-3020EN
Avaliar osciloscópios para obter a melhor qualidade
de exibição
Nota de aplicação
5989-2003EN
Avaliar osciloscópios para depurar projetos de sinal
misto
Nota de aplicação
5989-3702EN
Para baixar estes documentos, digite o número da publicação na URL:
http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/xxxx-xxxxEN.pdf
54
A Diagrama de blocos e teoria
de operação do osciloscópio
Diagrama de blocos do DSO / 56
Bloco ADC / 56
Bloco atenuador / 57
Bloco de deslocamento CC / 57
Bloco amplificador / 57
Blocos comparador de disparo e lógica de disparo / 58
Blocos de base de tempo e memória de aquisição / 58
Bloco Exibição DSP / 60
55
A
Diagrama de blocos e teoria de operação do osciloscópio
Diagrama de blocos do DSO
Memória de
aquisição
Atenuador
ADC de
8 bits
Amplificador
BNC de
entrada
Deslocamento
CC
Tela de
osciloscópio
Tela
DSP
Acoplamento
de disparo
Sistema da
base de
tempo
Comp disparo
Lógica de
disparo
Nível de disparo CC
CPU
Figure 32 Diagrama de blocos do DSO
A Figure 32 mostra o diagrama de blocos de um canal de aquisição de um típico
osciloscópio de armazenamento digital (DSO). Os blocos em amarelo representam
os componentes do sistema que são exclusivos de um único canal de aquisição,
como o canal 1 ou canal 2. Os blocos sombreados em azul, por sua vez,
representam os componentes do sistema comuns a todos os canais de aquisição,
tais como o sistema de CPU e a base de tempo em comum.
Bloco ADC
Próximo ao meio deste diagrama de blocos está o conversor analógico para digital
(ADC). O bloco ADC é o componente central/núcleo de todos os DSOs. A função
deste bloco é converter a entrada analógica em uma série de palavras digitais. A
maioria dos DSOs atuais utiliza ADCs de 8 bits, o que fornecerá 256 códigos/níveis
de saída digitais únicos. Tais códigos binários digitais são armazenados na
memória de aquisição do osciloscópio; este assunto será discutido
posteriormente. Se o nível de entrada analógica para o ADC for igual a ou menor
que –V, a saída do ADC será 00000000 (0 decimal). Se o nível de entrada
analógica para o ADC for igual a ou maior que +V, a saída do ADC será 11111111
(255 decimal). Se o nível de entrada analógica para o ADC for igual a 0,0 V, a
saída do ADC será 10000000 (128 decimal).
56
A
Para se obter as medições mais exatas e com as resoluções mais altas, a entrada
para o ADC deve ser dimensionada em sua faixa dinâmica, a qual é ± V. Embora o
ADC tenha uma faixa dinâmica de entrada limitada e fixa com base em suas
tensões de referência (± V), os osciloscópios devem ser capazes de captar uma
ampla faixa dinâmica de sinais, incluindo ambos os sinais de entrada de nível alto
e baixo. Configurar a dimensão da entrada analógica do ADC em sua faixa
dinâmica é uma função combinada dos blocos atenuador, deslocamento CC e
amplificador, os quais serão discutidos a seguir.
Bloco atenuador
Basicamente, o bloco atenuador é uma rede de divisores com resistor utilizada
para dimensionar o sinal de entrada na faixa dinâmica do amplificador analógico
com ganho variável e ADC do osciloscópio. Quando a entrada for um sinal de alto
nível, como 40 Vpp, o nível do sinal deverá ser reduzido (atenuado). Quando a
entrada for um sinal de baixo nível, como 10 Vpp, o sinal da entrada passará pelo
amplificador sem atenuação (1:1). Quando a configuração V/div do osciloscópio é
alterada, é possível ouvir sons de clique. Esses sons que você ouvirá são relés
mecânicos comutando de diferentes redes divisoras com resistor. Observe que no
bloco atenuador também é possível comutar a impedância de entrada
selecionável pelo usuário (1 MΩ ou 50 Ω), assim como o acoplamento de entrada
CA ou CC.
Bloco de deslocamento CC
Ao inserir um sinal com deslocamento CC, tal como um sinal digital comutando
entre 0V e 5V, se quisermos exibi-lo centralizado no visor do osciloscópio, será
necessário adicionar um deslocamento CC de polaridade oposta ao sinal, de
forma a fazer com que o sinal de entrada esteja dentro da faixa dinâmica do ADC.
Como alternativa, pode-se selecionar o acoplamento CA de forma que elimine o
componente CC do sinal de entrada.
Bloco amplificador
O estágio final de processamento analógico para dimensionar o sinal de entrada
na faixa dinâmica do sistema ADC é o amplificador de ganho variável do
osciloscópio. Se um sinal de entrada de nível muito baixo for inserido, você
normalmente definiria a configuração V/div como relativamente baixa. Com uma
baixa configuração V/div, o estágio do atenuador passaria este sinal diretamente
ao amplificador sem atenuação (ganho = 1); então, o amplificador intensificaria
(ganho >1) a amplitude do sinal de forma a tirar vantagem de toda a faixa
dinâmica do ADC. Se um sinal de entrada de nível muito alto for inserido, você
normalmente definiria a configuração V/div como relativamente alta. Com a
utilização de uma configuração V/div alta, o estágio do atenuador iria primeiro
57
A
atenuar o sinal de entrada (ganho < 1) para fazer com que ele esteja na faixa
dinâmica do amplificador, e então o amplificador poderia atenuar o sinal (ganho
<1) para fazer com que ele esteja na faixa dinâmica do ADC.
Observe que, quando você seleciona uma configuração V/div específica, o
osciloscópio automaticamente determina a quantidade necessária de atenuação
no bloco atenuador e a quantidade necessária de ganho (ou possivelmente a
atenuação adicional) no bloco amplificador. É possível imaginar os blocos
atenuador, deslocamento CC e amplificador como um bloco único de
condicionamento de sinal de entrada analógico que condiciona de forma linear
um sinal representativo do sinal de entrada a estar na faixa dinâmica do bloco
ADC, com base na configuração V/div e de deslocamento de tal canal particular
do osciloscópio.
Blocos comparador de disparo e lógica de disparo
A finalidade dos blocos comparador de disparo e lógica de disparo é estabelecer
no sinal de entrada (ou uma combinação de múltiplos sinais de entrada) um ponto
único do tempo sobre o qual se estabelecerá uma aquisição sincronizada. Após a
conclusão do Laboratório n.º 2 (Noções básicas de disparo do osciloscópio) neste
documento, você terá uma compreensão melhor do que se trata o disparo.
Vamos supor que o seu sinal de entrada seja uma onda senoidal e que você queira
disparar as aquisições na borda ascendente desta onda no nível de 50%. Neste
caso, a saída não invertida do comparador de disparo seria uma onda quadrada
com um ciclo de serviço de 50%. Se o nível do disparador for configurado acima
do nível de 50%, a saída não invertida do comparador de disparo seria menor que
50%. Por outro lado, se o nível do disparador for configurado abaixo do nível de
50%, a saída não invertida seria maior que 50%. Considerando-se que o disparo
está baseado apenas em um cruzamento de borda positiva de um canal único, o
bloco lógica de disparo passaria a saída não invertida do comparador de disparo
para o bloco base de tempo. Se você tiver selecionado o disparo em um
cruzamento de borda negativa de um canal único, o bloco lógica de disparo
passaria a saída invertida do comparador de disparo para o bloco base de tempo.
Este bloco, por sua vez, utilizaria a borda ascendente do sinal de disparo como o
único ponto de sincronização no tempo. Observe também que o disparo pode
estar baseado em muitas outras variáveis, incluindo qualificação de tempo, além
de uma combinação de sinais de entrada de múltiplos canais de entrada.
Blocos de base de tempo e memória de aquisição
O bloco base de tempo faz o controle quando o início e a interrupção da
amostragem do ADC é relativa ao evento de disparo. Além disso, o bloco base de
tempo controla a taxa de amostragem do ADC com base na profundidade da
memória de aquisição disponível do osciloscópio e na configuração da base de
tempo. Vamos supor, por exemplo, que o osciloscópio tenha sido configurado para
58
A
disparar exatamente no centro da tela (configuração-padrão) utilizando uma
configuração da base de tempo de 1 ms/div. Vamos considerar também, para fins
de simplificação, que a profundidade da memória de aquisição do osciloscópio
seja de apenas 1000 pontos. Utilizando estes fatores, a aquisição do osciloscópio
será de 500 pontos antes do evento de disparo, seguindo-se a aquisição de 500
pontos após o evento de disparo. Com tal configuração da base de tempo, a
aquisição do osciloscópio será de 1.000 pontos por um intervalo de tempo de
10 ms (1 ms/div x 10 divisões). Ainda que a taxa de amostragem específica
máxima do osciloscópio possa ser de 2 GSa/s, com esta configuração da base de
tempo o bloco base de tempo reduzirá a taxa de amostragem contínua do
osciloscópio para 100 k amostras/s (Taxa de amostragem = Memória/Intervalo de
tempo = 1.000 amostras/10ms = 100 kSa/s).
Quando a tecla Executar for pressionada, o bloco base de tempo habilitará o
armazenamento contínuo de dados digitalizados na memória de aquisição
"circular" do osciloscópio à taxa de amostragem apropriada (100 kSa/s). Ao
mesmo tempo em que incrementa a abordagem do buffer da memória de
aquisição circular após cada amostra, o bloco base de tempo conta também o
número de amostras coletadas até 500 (considerando uma profundidade de
memória de 1.000 e o disparo no centro da tela). Depois de determinar que um
mínimo de 500 amostras tenha sido armazenado (o que significa que pelo menos
metade da memória de aquisição está cheia), o bloco base de tempo habilita o
disparo e começa a buscar a primeira borda ascendente do comparador de
disparo de saída (considerando-se o modo de disparo de borda simples). Durante
a busca pelo evento de disparo, as aquisições continuam a ser armazenadas no
buffer de memória de aquisição circular do osciloscópio. Se tal evento quase não
for frequente, é possível que as amostras armazenadas sejam sobrescritas
enquanto esperam por ele. Sem problemas. Assim que o evento de disparo é
detectado, o bloco base de tempo começa a contar até 500 novamente. Quando
estas 500 amostras adicionais tiverem sido armazenadas, o bloco base de tempo
desabilitará (desliga) a amostragem. Isso significa que as últimas 500 amostras
armazenadas representam pontos sequenciais na forma de onda que ocorreram
após o evento de disparo, enquanto os 500 pontos anteriores representam pontos
sequenciais na forma de onda que ocorreram antes do evento de disparo. Neste
ponto a operação volta-se para o bloco Exibição DSP.
Embora tenhamos considerado um exemplo de disparo no centro da tela, é
possível posicionar o ponto de disparo em qualquer posição com a utilização do
controle de posição/retardo horizontal. Por exemplo, se você ajustar o retardo de
maneira que o ponto de disparo ocorra na posição de 75% no eixo horizontal (com
relação ao lado esquerdo da tela), o bloco base de tempo configuraria o contador
para armazenar inicialmente 750 pontos (considerando-se uma profundidade de
memória de 1.000 pontos) antes de habilitar o disparo, capturando então um
número adicional de 250 pontos depois que o evento de disparo for detectado.
59
A
Bloco Exibição DSP
Assim que se completa uma aquisição, o bloco Exibição DSP retira os dados
armazenados do bloco de memória de aquisição em uma sequência de último a
entrar, primeiro a sair. O bloco Exibição DSP não apenas consegue realizar
rapidamente o processamento de sinal digital nos dados armazenados, como a
execução de um filtro de reconstrução digital Sen(x)/x, por exemplo; ele também
conduz os dados armazenados e/ou processados à memória em pixels do visor do
osciloscópio. Após a "retirada" dos dados da memória de aquisição, o bloco DSP
sinaliza para o bloco base de tempo que ele pode iniciar outra aquisição.
Observe que as gerações anteriores de DSOs não incluíam um bloco Exibição DSP
explícito. Tradicionalmente, esta função era realizada pelo sistema CPU do
osciloscópio. Contudo, a eficiência era tão menor que as taxas de atualização de
forma de onda eram também muito menores. Com o processamento
personalizado da exibição DSP, alguns dos DSOs atuais conseguem atualizar
formas de onda em uma velocidade de 1.000.000 de formas de onda/segundo.
Para saber mais sobre os aspectos fundamentais dos osciloscópios, baixe a nota de aplicação
Avaliar os aspectos básicos dos osciloscópios. Essa publicação é listada na seção
““Publicações afins da Keysight” deste documento, com instruções sobre como fazer o
download.
60
B Tutorial de largura de banda
do osciloscópio
Definir a largura de banda dos osciloscópios / 62
Largura de banda requerida por aplicações analógicas / 64
Largura de banda requerida por aplicações digitais / 65
Comparação entre medições de clock digital / 68
Os osciloscópios têm diversas especificações diferentes que determinam a
precisão com a qual os sinais podem ser captados e medidos. Porém, a
especificação principal de um osciloscópio é sua largura de banda. Os
osciloscópios que você está utilizando nas aulas de laboratório para estudantes
universitários de Engenharia Elétrica provavelmente têm largura de banda
suficiente para a maioria, senão todos, os experimentos que seu professor
designará. Quando você finalmente se formar em EE e entrar na indústria
eletrônica, é bem possível que você precise escolher um osciloscópio de um
estoque de instrumentos na sua empresa para realizar testes em projetos ou talvez
você terá de avaliar vários osciloscópios antes de comprar um. Este tutorial sobre
largura de banda de osciloscópios fornecerá algumas dicas úteis sobre como
escolher um osciloscópio com a largura de banda adequada para suas aplicações
digitais e analógicas. Mas, primeiramente, vamos definir a largura de banda dos
osciloscópios.
61
B
Tutorial de largura de banda do osciloscópio
Definir a largura de banda dos osciloscópios
Todos os osciloscópios exibem uma resposta de frequência passa-baixa que sofre
queda gradativa em frequências mais altas, conforme mostra a Figure 33. A maior
parte dos osciloscópios com especificações de largura de banda de 1 GHz e
abaixo disso normalmente possui o que é chamado de resposta de frequência
gaussiana. A resposta de frequência gaussiana de um osciloscópio aproxima um
filtro passa-baixa unipolar, sobre o qual você já deve ter estudado em algumas
aulas de circuitos e talvez representado em gráfico como um diagrama de Bode.
Figure 33 Resposta de frequência gaussiana do osciloscópio
A frequência mais baixa na qual o sinal de entrada é atenuado por 3 dB é
considerada na largura de banda do osciloscópio (fBW). A atenuação de sinal na
frequência de -3 dB é convertida em um erro de amplitude de aproximadamente
-30%. Em outras palavras, se você inserir uma onda senoidal de 1 Vp-p e
100 MHz em um osciloscópio com largura de banda de 100 MHz, a tensão pico a
pico medida por esse osciloscópio estaria na faixa de aproximadamente
700 mVp-p (-3 dB = 20 Log [0,707/1,0]). Por isso, não se pode esperar medições
precisas em sinais com frequências significativas próximas da largura de banda do
seu osciloscópio.
A especificação de largura de banda do osciloscópio está intimamente relacionada
à sua especificação de tempo de subida. Osciloscópios com resposta de
frequência do tipo gaussiano têm um tempo de subida aproximado de 0,35/fBW
baseado em um critério de 10% a 90%. Contudo, é necessário lembrar que o
tempo de subida do osciloscópio não é a velocidade mais rápida de borda que o
osciloscópio pode medir com precisão. Seria a velocidade mais rápida de borda
que o osciloscópio possivelmente poderia produzir se o sinal de entrada tivesse
teoricamente um tempo de subida infinitamente rápido (0 ps). Embora essa
especificação teórica seja impossível em testes — já que os geradores de pulsos
62
B
não têm bordas infinitamente rápidas — de uma perspectiva prática, é possível
testar o tempo de subida do osciloscópio inserindo-se um pulso que tenha
velocidades de borda 5 a 10 vezes mais rápidas do que a especificação do tempo
de subida do osciloscópio.
63
B
Largura de banda requerida por aplicações analógicas
Anos atrás, a maioria dos fornecedores de osciloscópios recomendava uma largura
de banda, no mínimo, três vezes maior do que a frequência de sinal de entrada
máxima. E essa regra prática pode ser a que seu professor se recorda. Embora
esse fator de multiplicação "por 3" não seja empregado no caso das aplicações
digitais baseadas em taxas de clock e velocidades de borda, ele ainda é utilizado
para aplicações analógicas, como a RF modulada. Para compreender de onde vem
esse fator de multiplicação 3 para 1, vamos olhar a resposta de frequência real de
um osciloscópio com largura de banda de 1 GHz.
A Figure 34 mostra um teste de resposta de frequência medida (1 MHz para
2 GHz) em um osciloscópio Keysight com largura de banda de 1 GHz. Como é
possível observar, em exatamente 1 GHz a saída medida (forma de onda na tela
do osciloscópio) é atenuada em pouco menos de 3 dB (Vo/Vi > 0,7). Para realizar
medições precisas em sinais analógicos, você precisaria usar o osciloscópio na
parte da banda de frequência onde ainda ela é relativamente plana, com
atenuação mínima. Em cerca de um terço da largura de banda de 1 GHz, este
osciloscópio exibe uma atenuação bem pequena (-0,2 dB).
Figure 34 Resposta de frequência real de um osciloscópio Keysight com largura de banda
de 1 GHz
64
B
Largura de banda requerida por aplicações digitais
A grande maioria dos bacharéis em EE atualmente está focada nas aplicações de
projetos digitais quando entram na indústria eletrônica. E as taxas de clock digital
e os links de dados seriais na faixa dos multigigabits/s são bastante comuns
atualmente.
Regra prática
Como regra prática, a largura de banda do seu osciloscópio deve ser, no mínimo,
cinco vezes maior do que a taxa de clock digital mais veloz do sistema submetido
ao teste. Se seu osciloscópio atende esse critério, então ele será capaz de captar
até a quinta harmônica com mínima atenuação de sinal. Esse componente do sinal
é muito importante ao determinar o formato geral dos sinais digitais.
fBW >= 5 x fclk
Porém, se você precisa realizar medições precisas em bordas de alta velocidade,
essa fórmula simples não leva em consideração os componentes reais com a mais
alta frequência integrados às bordas rápidas ascendentes ou descendentes.
Etapa 1: Determinar as velocidades reais mais rápidas de borda
Um método mais exato para determinar a largura de banda requerida do
osciloscópio é averiguar a frequência máxima presente nos sinais digitais, que não
é a taxa de clock máxima. A frequência máxima estará baseada nas velocidades de
borda mais rápidas de seus projetos. Portanto, a primeira coisa a se fazer é
determinar o tempo de subida e descida dos sinais mais rápidos. Geralmente, essa
informação pode ser obtida nas especificações publicadas dos dispositivos usados
nos projetos.
Etapa 2: Calcular fjoelho
É possível utilizar uma fórmula simples para calcular o componente máximo de
frequência “viável”. O Dr. Howard W. Johnson escreveu o livro “High-speed Digital
Design – A Handbook of Black Magic” sobre esse assunto. 1 Ele se refere a esse
componente da frequência como “joelho” (fjoelho). Todas as bordas rápidas têm um
espectro infinito de componentes de frequência. Porém, há uma inflexão (ou
"joelho") no espectro de frequência de bordas rápidas onde os componentes de
frequência maiores do que fjoelhosão insignificantes para determinar a forma do
sinal.
fjoelho = 0,5/RT (10% 90%)
fjoelho = 0,4/RT (20% 80%)
65
B
Em sinais com características de tempo de subida baseadas em limites de 10% a
90%, fjoelho é igual a 0,5 dividido pelo tempo de subida do sinal. Em sinais com
características de tempo de subida baseadas em limites de 20% a 80%, o que é
muito comum na maioria das especificações de dispositivos atualmente, fjoelho é
igual a 0,4 dividido pelo tempo de subida do sinal. Não confunda esses tempos de
subida com o tempo de subida especificado no osciloscópio. Nós estamos falando
de velocidades reais de borda de sinal.
Etapa 3: Calcular a largura de banda do osciloscópio
A terceira etapa é determinar a largura de banda do osciloscópio exigida para a
medição desse sinal, com base no grau de precisão desejado ao se medir tempos
de subida e descida. A Table 2 mostra fatores de multiplicação para vários graus
de exatidão que se aplicam a osciloscópios com resposta de frequência gaussiana.
Table 2 Multiplicar fatores para calcular a largura de banda exigida do
osciloscópio com base na exatidão desejada
Exatidão exigida
Largura de banda exigida
20%
fBW = 1,0 x fjoelho
10%
fBW = 1,3 x fjoelho
3%
fBW = 1,9 x fjoelho
Exemplo
Vamos agora dar uma olhada neste exemplo simples:
Determine a largura de banda mínima exigida de um
osciloscópio com uma resposta de frequência gaussiana
aproximada para med ir um tempo de subida de 1 ns
(10-90%)
Se o sinal tiver um tempo de subida/descida próximo a 1 ns (com base no critério
de 10% a 90%), o componente máximo de frequência viável (fjoelho) no sinal seria
de aproximadamente 500 MHz.
fjoelho = 0,5/1 ns = 500 MHz
66
B
Se você for capaz de tolerar erros de tempo de até 20% ao realizar medições
paramétricas de tempo de subida e descida nos sinais, será possível utilizar um
osciloscópio com largura de banda de 500 MHz nas aplicações com medição
digital. Porém, se a precisão de tempo na faixa de 3% for necessária, o
osciloscópio com largura de banda de 1 GHz seria uma opção melhor.
20% de precisão de tempo:
Largura de banda do osciloscópio = 1,0 x 500 MHz = 500 MHz
3% de precisão de tempo:
Largura de banda do osciloscópio = 1,9 x 500 MHz = 950 MHz
Vamos agora realizar algumas medições em um sinal de clock digital com
características similares às deste exemplo usando várias larguras de banda do
osciloscópio...
67
B
Comparação entre medições de clock digital
A Figure 35 mostra os resultados da forma de onda ao se medir um sinal de clock
digital de 100 MHz com velocidades de borda rápida usando-se um osciloscópio
com largura de banda de 100 MHz. Como é possível observar, esse osciloscópio
basicamente passa somente pela frequência fundamental de 100 MHz desse sinal
de clock, representando assim o nosso sinal de clock como uma onda senoidal
aproximada. Um osciloscópio de 100 MHz pode ser uma boa solução para muitos
projetos baseados em MCU de 8 bits com taxas de clock na faixa de 10 MHz a
20 MHz, porém a largura de banda de 100 MHz é evidentemente insuficiente para
esse sinal de clock digital de 100 MHz.
Figure 35 Sinal de clock digital de 100 MHz capturado em um osciloscópio com 100 MHz
de largura de banda
Usando um osciloscópio com largura de banda de 500 MHz, a Figure 36 mostra
que ele é capaz de captar até a quinta harmônica, que era nossa primeira
recomendação prática. Contudo, quando medimos o tempo de subida, vemos que
o osciloscópio mede aproximadamente 750 ps. Nesse caso, o osciloscópio não
está realizando uma medição muito precisa do tempo de subida desse sinal. O
osciloscópio está, na verdade, medindo algo mais próximo de seu próprio tempo
de subida (700 ps), não o tempo de subida do sinal de entrada, que fica próximo a
500 ps. Precisamos de um osciloscópio com maior largura de banda para essa
aplicação de medição digital caso as medições de tempo sejam importantes.
68
B
Figure 36 Sinal de clock digital de 100 MHz capturado em um osciloscópio com 500 MHz
de largura de banda
Quando utilizamos um osciloscópio com largura de banda de 1 GHz para captar
esse clock digital de 100 MHz, o resultado é que agora temos uma imagem muito
mais precisa desse sinal, conforme mostra a Figure 37. Podemos medir tempos de
subida e descida mais rápidos, observamos menos sobreamortecimento e
podemos observar até mesmo reflexões sutis que o osciloscópio com largura de
banda mais baixa mascarou.
69
B
Figure 37 Sinal de clock digital de 100 MHz capturado em um osciloscópio com 1 GHz de
largura de banda
Este tutorial sobre largura de banda de osciloscópio se concentrou nos
osciloscópios que exibem uma resposta de frequência gaussiana, comum em
osciloscópios com especificações de largura de banda de 1 GHz e inferior. Muitos
osciloscópios com largura de banda maior exibem uma resposta de frequência que
possui uma característica de queda gradativa mais acentuada. Com esse tipo de
resposta de frequência, as frequências dentro da banda (frequências com menos
de -3 dB) são menos atenuadas, ao mesmo tempo que as frequências fora da
banda (frequências com mais de -3 dB) são suprimidas a um grau maior. Esse tipo
de resposta de frequência, que é iniciado para aproximar um filtro "brickwall”
ideal, é algumas vezes chamado de resposta de frequência “maximamente plana”.
As fórmulas de cálculo da largura de banda requerida nesses osciloscópios com
largura de banda maior (> 1 GHz) são diferentes do que foi apresentado neste
tutorial. Se você deseja saber mais sobre a largura de banda dos osciloscópios, é
possível baixar a nota de aplicação da Keysight “Avaliar as larguras de banda do
osciloscópio para sua aplicação”. Essa publicação está listada na seção
"Publicações afins" deste documento, com instruções sobre como fazer o
download.
1 High-Speed Digital Design, A Handbook of Black Magic, Howard Johnson, Martin Graham, 1993, Prentice Hall
PTD, Prentice-Hall, Inc, Upper Saddle River, New Jersey 07458
70
Índice
A
I
S
ajuste fino, 17
ajuste, compensação de ponta de prova, 34
Algumas palavras para os professores de
Engenharia Elétrica/Física, 4
introdução, 3
softkeys, 14
L
T
B
largura de pulso, 19
Terminais Comp. ponta, 16
M
U
matemática de forma de onda, 44
medições controladas, 49
medições seletivas, 49
Mensagem Aguardar, 28
Mensagem AUTO, 26
modelo elétrico de uma ponta de prova de
10
1 passiva, 9
modo de disparo, 27
modo de varredura, 27
Modo de varredura Disparado, 28
usar as pontas de prova do osciloscópio, 9
base de tempo principal, 49
base de tempo retardada, 49
Botão de controle Entrada, 14
botão/controle de nível de disparo, 13
C
capacitância de carregamento, 37
capacitância de compensação, 35
capacitância inerente/parasita, 32
capacitâncias parasitas, 32
carregamento de ponta de prova, 36
compensação da ponta de prova, 33
configuração predefinida de fábrica, 17
contagem de divisões, 22
Controles horizontais, 12
Controles verticais, 12
cursores, 19
nível de tensão pico a pico, 19
nível de terra, 19
O
disparo, 24
DSO, 7
osciloscópio de armazenamento digital, 7
osciloscópios analógicos, 7
E
P
exibição de zoom, 49
período, 19
ponta de prova ativa diferencial, 9
pontas de prova passivas 10
1, 9
publicações afins da Keysight, 54
faixa dinâmica, 10
fator de atenuação de ponta de prova, 11
fator de atenuação, ponta de prova, 11
fatores de atenuação de ponta de prova, 17
formas de onda de referência, 40
frequência, 19
valores separados por vírgula, 42
vernier, 17
N
D
F
V
R
rede divisora de tensão, 44
71
Index
72
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without notice.
© Keysight Technologies, Inc.
2008-2012
Disponível somente em formato
eletrônico
Maio de 2012
*54136-97008*
54136-97008
www.keysight.com

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