Utilização de Osciloscópio e Gerador de Funções

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<p>Prof. Dr. Neil Paiva Tizzo osciloscopio_01 - 1</p><p>Data 28/04/2021</p><p>Grupo:</p><p>Nota:</p><p>Alunos: Laíza Moreira Alves Rosa</p><p>Mayara Pontes de Faria</p><p>OSCILOSCÓPIO E GERADOR DE FUNÇÕES – PRÁTICA 1</p><p>1 INTRODUÇÃO E OBJETIVOS</p><p>Recomenda-se que o aluno recorde as aulas teóricas, relativas às leis e teoremas de circuitos, consultando os</p><p>livros textos de sua preferência, ANTES de realizar os ensaios deste módulo.</p><p>Atenção → Para o manejo correto dos instrumentos, o aluno deve recorrer aos manuais dos equipamentos, e</p><p>principalmente ao professor do laboratório. Medidas de tensão e corrente, se efetuadas incorretamente, podem</p><p>danificar os equipamentos de leitura (multímetros, osciloscópios etc.). Portanto, se houver dúvidas, recorra ao</p><p>professor ANTES de energizar o circuito e efetuar uma medida.</p><p>Ao término da aula, deverá ser entregue ao professor pelo grupo este Guia de Laboratório, contendo informações</p><p>solicitadas nos roteiros de cada montagem. Este material deverá ser identificado com os nomes dos integrantes do</p><p>grupo.</p><p>2 OBJETIVO</p><p>Nesta prática, o objetivo é aprender a utilizar o Osciloscópio e o Gerador de Sinais, dois instrumentos muito</p><p>empregados em medidas e testes de circuitos eletrônicos.</p><p>3 MATERIAL UTILIZADO</p><p>Material Valor Quantidade</p><p>Gerador de funções 1</p><p>Osciloscópio 1</p><p>Resistor 1kΩ 1</p><p>Protoboard 1</p><p>Fios e cabos</p><p>Prof. Dr. Neil Paiva Tizzo</p><p>Curso de Engenharia de Produção</p><p>Disciplina de Eletricidade Aplicada</p><p>Versão: sexta-feira, 1 de março de 2019</p><p>Prof. Dr. Neil Paiva Tizzo osciloscopio_01 - 2</p><p>A</p><p>B</p><p>C E D G F</p><p>4 GERADOR DE FUNÇÕES</p><p>Um gerador de funções é capaz de gerar sinais (tensão) periódicos de pelo menos quatro tipos: senoidal,</p><p>quadrado, triangular e dente de serra.</p><p>Permite ajustar a freqüência e a amplitude destes sinais, e adicionar uma componente continua (DC), chamada</p><p>offset aos mesmos.</p><p>Com o OFFSET desligado, as formas de onda possíveis de serem geradas são mostradas abaixo. Nelas é</p><p>possível variar-se a freqüência e a amplitude através dos ajustes descritos anteriormente.</p><p>Há no laboratório dois modelos de geradores de função: HP e Minipa.</p><p>4.1 GERADOR DE FUNÇÕES HP</p><p>A figura a seguir mostra o Gerador de Funções HP utilizado no Laboratório.</p><p>Pela figura podemos identificar:</p><p>• A – Botões para ajuste do valor da forma de onda de saída. Com as setas presentes no bloco G pode-se</p><p>alterar diretamente os dígitos da grandeza analisada girando posteriormente o botão de ajuste no bloco A.</p><p>• B – Ajustes da forma de onda a ser utilizada: senoidal, quadrada, triangular ou dente de serra.</p><p>• C – Seleciona a freqüência que pode ser ajustada pelo botão do bloco A.</p><p>• D – Botão de seleção para ajuste de OFFSET: Adiciona um nível DC ao sinal gerado, deslocando-o para</p><p>cima ou para baixo no eixo de tensão (V). Caso o botão de ajuste de OFFSET esteja em zero, a forma de</p><p>onda gerada será simétrica em relação ao eixo horizontal (sem nível DC adicionado). O ajuste é feito</p><p>através do botão no bloco A.</p><p>• E – Botão de seleção para ajuste da amplitude do sinal gerado. O ajuste é feito através do botão no bloco</p><p>A.</p><p>Prof. Dr. Neil Paiva Tizzo osciloscopio_01 - 3</p><p>• F – Saída do sinal gerado, com impedância de 50 ou impedância alta (High Z), sendo a impedância de</p><p>50 utilizada na maioria dos casos. Para selecionar qual a impedância de saída, utiliza-se alguns</p><p>procedimentos no bloco G.</p><p>• G – Bloco de menu para modificação de parâmetros de operação. Modificar a impedância de saída:</p><p>o Tecle Shift Enter para entrar no sistema de configuração.</p><p>o Com o botão de seta > selecione a opção A: sys menu. Com o botão v selecione a opção OUT</p><p>TERM.</p><p>o Com o botão v selecione a opção 50Ω ou HIGH Z. Após selecionado a opção desejada tecle Enter.</p><p>4.2 GERADOR DE FUNÇÕES MINIPA</p><p>A figura a seguir mostra o Gerador de Funções Minipa utilizado no Laboratório.</p><p>Pela figura podemos identificar:</p><p>• A – Botões para ajuste de escala de freqüência: é possível variar a freqüência desde alguns Hz até MHz.</p><p>• B – Ajustes da forma de onda a ser utilizada: quadrada, triangular ou senoidal.</p><p>• C – Ajuste da freqüência a ser gerada.</p><p>• D – Botão de ajuste de OFFSET: adiciona um nível DC ao sinal gerado, deslocando-o para cima ou para</p><p>baixo no eixo de tensão (V). Para fazer este ajuste deve-se puxar o botão para destravá-lo e só então</p><p>efetuar o ajuste. Caso o botão de ajuste de OFFSET esteja desligado, a forma de onda gerada será</p><p>simétrica em relação ao eixo horizontal (sem nível DC adicionado).</p><p>• E – Botão de ajuste da amplitude do sinal gerado.</p><p>• F – Saída do sinal gerado, com impedância de 50 (impedância utilizada na maioria dos casos).</p><p>5 OSCILOSCÓPIO</p><p>O osciloscópio é basicamente um dispositivo de visualização gráfico que mostra sinais elétricos no tempo.</p><p>O osciloscópio pode ser utilizado entre outras funções para:</p><p>• Visualizar formas de onda de sinais elétricos</p><p>• Determinar o período e a amplitude das mesmas</p><p>• Determinar indiretamente a freqüência de um sinal</p><p>Como muitas grandezas físicas são medidas através de um sinal elétrico, o osciloscópio é um instrumento</p><p>indispensável em qualquer laboratório de Engenharia Elétrica.</p><p>Prof. Dr. Neil Paiva Tizzo osciloscopio_01 - 4</p><p>A figura abaixo mostra o diagrama interno simplificado do tubo de um osciloscópio analógico para facilitar o</p><p>entendimento do funcionamento destes equipamentos.</p><p>• Filamento: elemento responsável pelo aquecimento do catodo, pois somente através do calor os elétrons</p><p>se “desprendem” e podem atingir a tela. Geralmente, a tensão de alimentação do filamento é 6,3 volts em</p><p>corrente alternada. Quando essa tensão é aplicada, ele se incandesce transferindo o calor ao catodo que o</p><p>recobre.</p><p>• Catodo: elemento responsável pela emissão de elétrons. Um cilindro metálico é recoberto com óxidos cuja</p><p>propriedade é emitir elétrons quando aquecidos. O catodo possui um alto potencial negativo.</p><p>• Grade de controle: elemento que regula a passagem de elétrons procedentes do catodo em direção ao</p><p>anodo. Através do potencial dessa grade, que é menor que o anodo, pode-se controlar o brilho da imagem.</p><p>• Anodo de focalização e aceleração: cilindros com pequenos orifícios para a passagem do feixe de</p><p>elétrons. Tem alto potencial positivo em relação ao catodo, a fim de que os elétrons sejam acelerados a</p><p>uma grande velocidade dificultando a divergência. O conjunto formado pelo filamento, catodo, grade de</p><p>controle e os anodos de focalização e aceleração formam o chamado “canhão eletrônico”.</p><p>• Placas de deflexão horizontal e vertical: nessas placas os sinais a serem visualizados são desviados,</p><p>fazendo com que o feixe de elétrons gerado atinja a tela em diferentes posições, de maneira a formar a</p><p>imagem da onda observada.</p><p>Há no laboratório dois modelos de osciloscópio: Kenwood e Trektronix</p><p>5.1 OSCILOSCÓPIO Kenwood</p><p>A figura abaixo mostra o osciloscópio digital utilizado em nosso Laboratório, ressaltando os seus principais blocos</p><p>de ajuste.</p><p>Prof. Dr. Neil Paiva Tizzo osciloscopio_01 - 5</p><p>A – Modo de Varredura</p><p>Determina como se dará a varredura na formação do sinal do osciloscópio.</p><p>• Modo AUTO: a varredura se dá mesmo sem a presença de um sinal que acione o trigger na</p><p>entrada.</p><p>• Modo NORMAL: somente quando o TRIGGER detecta a presença de uma onda na entrada inicia-</p><p>se a varredura.</p><p>B – Visualização dos Canais de Entrada</p><p>Determina qual dos canais de entrada (CH1 ou CH2) estará sendo mostrado. Pode ainda mostrar ambos</p><p>os canais quando está em CHOP (fatiado) ou ALT (alternado), e ainda mostrar a soma dos mesmos</p><p>quando está em ADD (somado).</p><p>C – Posição Vertical do Canal 1</p><p>Faz o ajuste do posicionamento vertical do canal 1.</p><p>D – Escala de Amplitude do Canal 1</p><p>Faz o ajuste da escala a ser empregada para a leitura de amplitude do sinal presente no Canal 1. Essa</p><p>escala é dada em Volts/div.</p><p>Na figura abaixo, se a escala do canal 1 estiver em 2V/div,</p><p>o sinal senoidal medido terá uma amplitude de</p><p>4Vp.</p><p>E – Modos de Acoplamento do Sinal de Entrada</p><p>Os sinais elétricos a serem observados no laboratório são geralmente constituídos por duas componentes:</p><p>uma componente variável no tempo (AC), e uma componente contínua (DC).</p><p>O seletor AC/DC/GND (botões verticais ao lado do display) permite a filtragem da componente contínua</p><p>dos sinais, bem como visualizar na tela a posição correta para a referência (terra ou “tensão-zero”) do</p><p>circuito que está sendo observado.</p><p>Portanto, os modos de acoplamento têm as seguintes funções:</p><p>• DC: o sinal de entrada é mostrado integralmente (componente contínua e componente variável no</p><p>tempo)</p><p>• AC: apenas a componente do sinal variável no tempo é mostrada, sendo filtrada a componente</p><p>contínua do sinal</p><p>• GND: mostra a posição do “terra”, ou nível de referência (normalmente é usado o nível de 0V), do</p><p>circuito na tela do osciloscópio.</p><p>As figuras abaixo mostram um mesmo sinal de entrada com diferentes tipos de acoplamento de entrada</p><p>exemplificado em um osciloscópio analógico.</p><p>Acoplamento DC Acoplamento AC Acoplamento GND</p><p>Prof. Dr. Neil Paiva Tizzo osciloscopio_01 - 6</p><p>F – Entrada do Canal 1 e 2</p><p>Interface onde é conectada a ponta de prova do canal 1 e/ou canal 2. Deve-se prestar atenção se a ponta</p><p>de prova está atenuando o sinal de 10x ou mostrando-o integralmente (1x), através de um ajuste presente</p><p>em seu cabo.</p><p>Se a ponta de prova estiver com o atenuador de 10x, todas as medidas obtidas na tela do osciloscópio</p><p>devem ser MULTIPLICADAS por 10.</p><p>G – Posição Horizontal do traço</p><p>Faz o ajuste do posicionamento horizontal do traço do osciloscópio para ambos os canais de entrada.</p><p>H – Escala de Tempo do Osciloscópio</p><p>Faz o ajuste da escala a ser empregada para a leitura do tempo de duração dos sinais presentes nas</p><p>entradas do equipamento. Essa escala é dada em s/div, ms/div ou s/div, conforme o sinal a ser medido.</p><p>Se a escala estiver posicionada em, por exemplo, 0.2 ms/div, isso indica que cada divisão no eixo</p><p>horizontal equivale a 200s.</p><p>Na figura abaixo, se a escala de tempo estiver em 0.2 ms/div, então o sinal senoidal medido terá um</p><p>período de 1ms sendo, portanto, um sinal com freqüência de 1KHz.</p><p>Ponta de Prova</p><p>Permite atenuar o sinal de entrada por um fator determinado (10x) ou mantê-lo integralmente para</p><p>visualizá-lo no display do osciloscópio (1x).</p><p>Por exemplo, se a ponta de prova estiver com a opção de atenuação de 10x, todas as medidas obtidas na</p><p>tela do osciloscópio devem ser MULTIPLICADAS por 10.</p><p>→ Importante</p><p>Quando utilizamos o osciloscópio para a medição de dois sinais simultâneos (dois canais), devemos tomar cuidado</p><p>com a conexão das referências (terras) das duas ponteiras. Internamente, o osciloscópio irá conectar as duas</p><p>referências (garras pretas).</p><p>Assim, deve-se sempre tomar o cuidado de se ligar os dois terras no mesmo ponto do circuito. A figura a seguir</p><p>apresenta dois exemplos de ligação para exemplificar a ligação errônea e a correta.</p><p>Prof. Dr. Neil Paiva Tizzo osciloscopio_01 - 7</p><p>B E</p><p>C</p><p>A</p><p>D</p><p>G</p><p>H</p><p>F</p><p>5.2 OSCILOSCÓPIO Tektronix</p><p>A figura abaixo mostra o osciloscópio digital utilizado em nosso Laboratório, ressaltando os seus principais blocos</p><p>de ajuste.</p><p>A – Configuração dos canais 1 e 2</p><p>CH1–menu|CH2–menu: apresenta as opções de Modos de Acoplamento do Sinal de Entrada e Ponta de</p><p>Prova.</p><p>Acoplamento</p><p>Veja item referente ao osciloscópio Kenwood.</p><p>Ponta de Prova</p><p>Veja item referente ao osciloscópio Kenwood.</p><p>Math–menu: apresenta as opções de operações aritméticas com os sinais presentes nos canais 1 e 2. As</p><p>operações são selecionadas através dos botões verticais ao lado do display.</p><p>• CH1–CH2: subtrai do sinal do canal 1 o sinal do canal 2.</p><p>• CH2–CH1: subtrai do sinal do canal 2 o sinal do canal 1.</p><p>• CH1+CH2: soma o sinal do canal 1 com o sinal do canal 2.</p><p>• CH1 invertido: inverte o sinal presente no canal 1.</p><p>• CH2 invertido: inverte o sinal presente no canal 2.</p><p>B – Botões para Medição dos Sinais</p><p>Measure: seleciona as opções de medição do sinal:</p><p>• Origem: seleciona o canal a ser medido (CH1 ou CH2).</p><p>• Tipo: seleciona os parâmetros de medição (freqüência, período, médio, pico-a-pico, rms).</p><p>Cursor: introduz na tela do osciloscópio cursores que auxiliam a mensurar os parâmetros do sinal</p><p>(amplitude, tempo):</p><p>• Tipo: seleciona as opções de cursores (desl, tensão, tempo).</p><p>Prof. Dr. Neil Paiva Tizzo osciloscopio_01 - 8</p><p>• Origem: seleciona a origem do sinal (CH1, CH2, matem., Ref_A, Ref_B).</p><p>• Delta: mostra a diferença entre o cursor 1 e 2 sendo a unidade dada de acordo com o tipo de</p><p>medição dos cursores (tensão, tempo).</p><p>• Cursor 1: mostra a posição do cursor 1 na tela do osciloscópio.</p><p>• Cursor 2: mostra a posição do cursor 2 na tela do osciloscópio.</p><p>Acquire: define como será obtido os sinais introduzidos nos canais do osciloscópio:</p><p>• Amostra: modo default que prove a mais rápida aquisição.</p><p>• Detecção de Pico: usado para detectar pulsos aleatórios e reduzir a possibilidade de aliasing</p><p>(superposição de raias espectrais do sinal)</p><p>• Média: usado para reduzir ruídos aleatórios ou incorretos no sinal no display. O número de médias</p><p>é selecionado.</p><p>• Médias (4, 16, 64, 128): Seleciona o número de médias.</p><p>Display: define como será obtido os sinais introduzidos nos canais do osciloscópio:</p><p>• Formato: modo de exibição: YT (sinal em função do tempo), XY (razão do canal 1 com o canal 2).</p><p>• Aumento do contraste: aumenta o contraste na tela do osciloscópio.</p><p>• Diminuição do contraste: diminui o contraste na tela do osciloscópio.</p><p>C – Posição Vertical do Canal 1 e 2</p><p>Veja item referente ao osciloscópio Kenwood.</p><p>D – Escala de Amplitude do Canal 1 e 2</p><p>Veja item referente ao osciloscópio Kenwood.</p><p>E – Ajuste e Visualização no Display do Osciloscópio</p><p>Autoset: Ajusta automaticamente uma configuração de escala de amplitude e tempo que permita uma</p><p>visualização melhor do sinal de entrada.</p><p>Run/Stop: Inicia (Run) ou para (Stop) a aquisição de sinais presentes nos canais do osciloscópio. Ao parar</p><p>uma aquisição, o sinal aquisitado fica congelado na tela do osciloscópio.</p><p>F – Entrada do Canal 1 e 2</p><p>Veja item referente ao osciloscópio Kenwood.</p><p>G – Posição Horizontal do traço</p><p>Veja item referente ao osciloscópio Kenwood.</p><p>H – Escala de Tempo do Osciloscópio</p><p>Veja item referente ao osciloscópio Kenwood.</p><p>→ Importante</p><p>Veja item referente ao osciloscópio Kenwood.</p><p>Prof. Dr. Neil Paiva Tizzo osciloscopio_01 - 9</p><p>Prof. Dr. Neil Paiva Tizzo osciloscopio_01 -</p><p>10</p>