Osciloscópio: Funcionamento e Utilização

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Universidade Federal de Campina Grande
Centro de Ciências e Tecnologia
Unidade Acadêmica de Física
Lab. Ótica Eletricidade e Magnetismo
 
OSCILOSCÓPIO
Aluno: Rebeca Thaiana Pimentel Matrícula: 114210157
Turma: 08 Professor: Pedro Luiz do Nascimento Nota: 
Campina Grande, 21 de abril de 2016
 
INTRODUÇÃO
O osciloscópio é um instrumento (de medição) que permite visualizar graficamente sinais eléctricos. Na maioria das aplicações, o osciloscópio mostra como é que um sinal eléctrico varia no tempo além de que:
• Permite determinar valores de tensão e temporais de um sinal
• Permite determinar a frequência de um sinal periódico. 
• Permite determinar a componente contínua (CC) e alternada (CA) de um sinal. 
• Permite detectar a interferência de ruído num sinal e, por vezes, eliminá-lo.
 • Permite comparar dois sinais num dado circuito, nomeadamente a entrada e a saída, permitindo tirar as mais variadas conclusões, tais como se um dado componente está avariado. 
Outras potencialidades surgem na utilização do modo ‘xy’, bem como nos osciloscópios digitais, que incorporam muitas funcionalidades adicionais. O osciloscópio tem um aspecto que se assemelha a um televisor, exceptuando a grelha inscrita no écran e a grande quantidade de comandos. O painel frontal do osciloscópio tem os comandos divididos em grupos, organizados segundo a sua funcionalidade. Existe um grupo de comandos para o controlo do eixo vertical (amplitude do sinal), outro para o controlo do eixo horizontal (tempo) e outro ainda para controlar os parâmetros do écran (intensidade, focagem, etc.).
Para ajudar na medidas, uma grade chamada graticule ou retículo é desenhada na face da tela. Cada quadrado na graticule é conhecido como uma divisão. O sinal a ser medido é ligado a um dos canais de entrada, geralmente através de um conector coaxial, como os conectores BNC ou tipo N. Se a fonte do sinal já possui seu conector coaxial, então um simples cabo é usado para ligá-la, caso contrário um cabo específico chamado ponta de prova para osciloscópio é usado.
Em seu modo mais simples, o osciloscópio desenha repetidamente uma linha horizontal chamada de traço através do meio da tela da esquerda para a direita. Um dos controles, o timebase control (controle da base de tempo), determina a velocidade com que a linha é desenhada, e é calibrado em segundos por divisão.
Se a tensão de entrada difere do zero, o traço pode ser defletido tanto para cima quanto para baixo. Outro controle, o vertical control (controle vertical), determina a escala dadeflexão vertical, e é calibrado em volts por divisão. O traço resultante é um gráfico da voltagem (tensão) em função do tempo.
Se o sinal de entrada é periódico, então um traço relativamente estável pode ser obtido apenas ajustando a base de tempo (timebase) de acordo com a frequência do sinal de entrada. Por exemplo, se o sinal é uma onda seno com frequência igual a 50 Hz, então seu período é de 20 ms, então a base de tempo (timebase) deve ser ajustada de modo que o tempo entre a passagens sucessivas seja de 20 ms. Este modo é chamado de continual sweep (varredura contínua). Infelizmente, a base de tempo dos osciloscópios não é perfeitamente precisa, e a frequência do sinal não é perfeitamente estável, então o traço pode se mover pela tela, dificultando as medidas.
OBJETIVO
Familiarizar-se com o manuseio e ajuste dos controles de um osciloscópio. Conhecer o princípio físico de funcionamento de um osciloscópio e utilizá-lo para medir tensão, período e frequência. Além de determinar as características de um sinal ondulatório. 
MATERIAL UTILIZADO
Osciloscópio;
Gerador de Ondas quadradas e senoidais;
Painel com plugs de conexão e cabas de ligação, fios e cabos para ligação;
Fonte de tensão DC;
Multimetro;
Resistor, capacitor e potenciometro.
PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS. 
Ligamos o gerador de sinal senoidal, manipulamos o controle de saída para uma posição desejada e medimos com o multimetro a tensão de saída dele. O osciloscópio foi ligado e conectou-se a saída do gerador de sinal a entrada vertical do osciloscópio. 
Em seguida, fizemos as medições da tensão de pico, tensão de pico a pico e convertemos para a tensão eficaz e repetimos o procedimento para um sinal de amplitude diferente e para as ondas quadradas e triangulares. Os valores obtidos foram anotados na tabela:
	SINAL
	VOLT/DIV
	Nº DIV (VPP)
	(VPP)
	N° DIV (VP)
	(VP)
	VEF=VRMS
	VALOR MULT.
	DESVIO
	OSCIL.
	Senoidal
	1V
	5
	5,08
	2,5
	2,40
	1,69
	1,809
	5,2%
	1,72
	
	2V
	1
	8
	2
	3,76
	2,66
	2,78
	5,3%
	2,64
	Triangular
	2V
	4
	8
	2
	3,92
	2,26
	2,22
	1,8%
	2,24
	
	1V
	4
	4,04
	2
	1,88
	1,08
	1,14
	5,5%
	1,12
	Quadrada
	1V
	4
	4,2
	2
	1,92
	1,92
	2,23
	16,15%
	1,96
	
	1V
	1,45
	1,44
	0,725
	0,52
	0,52
	0,46
	11,53%
	0,68
Tabela I
Onde Vp é o número de divisões para o pico vezes a indicação do controle Volts por divisões, e VPP é o número de divisões entre pico inferior (-Vp) e pico superior (+Vp) vezes a indicação do ocntrole Volts por divisão. 
Em seguida medimos o período e a frequência de uma forma de onda aplicando a forma de onda a entrada vertical do osciloscópio. Ajustamos os controles a
	Tipo de Sinal
	Freq. prevista
	Posição do Controle Tmepo/ div
	Larg. De um ciclo (cm)
	Tempo de um ciclo (x)
	Período do Sinal
	Frequência medida
	
	Senoidal I
	510
	1ms
	2
	2ms
	2.10-3
	507
	1,3%
	Senoidal II
	1000
	1ms
	1
	1ms
	1.10-3
	1013
	1,3%
	Triangular I
	510
	1ms
	2
	2ms
	2.10-3
	506
	1,2%
	Triangular II
	1000
	1ms
	1
	1ms
	1.10-3
	1009
	0,9%
	Quadrada I
	510
	1ms
	2
	2ms
	2. 10-3
	510
	2,0%
	Quadrada II
	1000
	1ms
	1
	1ms
	1. 10-3
	1013
	1,3%
Tabela II
DESENVOLVIMENTO
Antes de medirmos a tensão, foi necessário compreender os diferentes tipos de medidas de tensão: 
Tensão de pico (ou de amplitude), que é a diferença de tensão enre o nível de referencia e a crita da onda.
Tensão de pico a pico, que é a diferença de tensão entre dois picos sucessivos
Tensão eficaz ou RMS, que é o valor médio quadrático da tensão de pico.
Sabe-se que as medidas relacionadas á amplitude (ou tensão) são feitas sobre o eixo Y, e o controle do atenuador é graduado em VOLTS/DIVISÃO, que indica quantos volts devem ser atribuidos a cada divisão vertical. Desse modo, bastou que fosse feita a contagem na tela do osciloscópio para descobrir o VPP e o VP. A tensão eficaz no caso da onda senoidal é dado pelo valor de pico dividido por , para onda triangular, Vp/ e na onda quadrada é o próprio Vp.
 Os valores medidos com o multimetro, osciloscópio e seu desvio encontram-se na tabela I .
O gerador de função foi utilizado para fazer as medições necessárias, aplicando-se uma onda á entrada vertical do osciloscópio e uma tensão. Após feito o ajuste da onda no controle adequado e da sua frequência, de modo que permitisse uma melhor visualisação, mediu-se a largura do sinal na horizontal, juntamente com o valor do calibre utilizado. O período é determinado pelo produto da largura do período pela escala (calibre). E a frequência anotada será a presente no mostrador do gerador de funções. A tabela que apresenta os valores medidos encontra-se no tópico procedimento experimetal, assim como os respectivos desvios calculados. 
Temos que a corrente inicial é dada por: I0=1/10KΩ, portanto I0=100μA. E a corrente final é dada por I=0,37.( 100μA) = 37μA
Podemos afirmar que o valor já era previsto.
Temos que o capacitor vai carregar mais rapidamente, para um valor pequeno de RC, e carrega mais lentamente para valores grandes de RC.
CONCLUSÃO
Após a realização deste experimento, criou-se maior segurança e habilidade no manuseio do osciloscópio, assim como na interpretação dos dados fornecidos por ele como a medição do período e da frequência, por exemplo. Foi possível aprenderdiferentes tipos de interpretações, extraindo informações das leituras feitas para ondas senoidais, triangulares e quadradas. 
Aprendemos a observar o comportamento de um circuito RC no osciloscópio, por meio do comportamento da onda nos terminais do resistor, do capacitor e fonte e tirar conclusões disso. 
Algumas discrepâncias podem ser obsevadas na obtenção de dados causados por erros sistemáticos no circuito, a desconsideração da resistência do cabos é um exemplo. Embora tenham ocorrido alguns desvios percentuais em relação aos valores esperados, ainda foi possível uma boa aproximação dos valores esperados.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
NASCIMENTO, Pedro Luiz do. Apostila auxiliar do Laboratório de Eletricidade e Magnetismo da Universidade Federal de Campina Grande, 2014.
< https://pt.wikipedia.org/wiki/Osciloscopio> Acesso em: 21/04/2016
< http://www.ceset.unicamp.br/~leobravo/TT%20305/O%20Osciloscopio.pdf> Acesso em: 21/04/2016