Matéria da edição Nº190 - Dezembro de 2006
Texto: Rino Liciani Júnior
Osciloscópio: aprendendo a utilizá-lo corretamente - parte 1

Nesta matéria, iremos conhecer um pouco sobre os vários tipos de osciloscópio automotivo, e quais os benefícios nos diagnósticos utilizando esse equipamento. Não se trata de um curso, mas sim de uma demonstração - dividida em três reportagens - deste equipamento.
É importante que os profissionais conheçam as partes elétrica e mecânica para então conseguir obter bons resultados. 

O que é um osciloscópio?
O osciloscópio é basicamente um dispositivo de visualização gráfica que mostra as variáveis elétricas e tempo. O eixo vertical, a partir de agora denominado Y, representa a tensão; enquanto o eixo horizontal, denominado X, representa o tempo.

O que podemos fazer com um osciloscópio?
Basicamente determinar:
• diretamente o período e a tensão de um sinal.
• indiretamente a freqüência de um sinal.
• que parte do sinal seja DC (Corrente Contínua) e qual AC (Corrente Alternada).
• localizar avarias em um circuito.
• medir a fase entre dois sinais.
• determinar que parte do sinal seja considerado ruído e como varia este em função do tempo.
• os osciloscópios são os instrumentos mais versáteis que existem, e sua utilização engloba desde reparos em aparelhos televisores até alguns dos mais avançados aparelhos médicos, por exemplo.

Um osciloscópio pode medir um grande número de fenômenos, pro visto do transdutor adequado (um elemento que converte uma magnitude física em sinal elétrico) será capaz de dar-nos o valor de uma pressão, ritmo cardíaco, etc.

Que tipos de osciloscópio existem?
Os equipamentos eletrônicos se dividem em dois tipos: analógicos e digitais. Os primeiros trabalham com variáveis contínuas enquanto os segundos trabalham com variáveis discretas. Por exemplo, um toca-discos é um equipamento analógico e um Compact Disc é um equipamento digital.
Os osciloscópios também podem ser analógicos ou digitais. Os primeiros trabalham diretamente com o sinal aplicado, este uma vez amplificado desvia um feixe de elétrons em sentido vertical proporcionalmente ao seu valor.
Ao contrário, os osciloscópios digitais utilizam previamente um conversor analógico-digital (A/D) para armazenar digitalmente o sinal de entrada, reconstruindo posteriormente essa informação na tela.
Ambos os tipos têm suas vantagens e inconvenientes. Os analógicos são preferíveis quando é prioritário visualizar variações rápidas de um sinal de entrada em tempo real.

Os osciloscópios digitais são utilizados quando se deseja visualizar e estudar eventos nos respectivos (picos de tensão que se produzem aleatoriamente).

Que controles possuem um osciloscópio típico?
À primeira vista, um o osciloscópio se parece a uma pequena televisão portátil, menos com rótula que ocupa a tela e o maior número de controles que possui. Na figura acima, representam-se esses controles distribuídos em cinco sessões.

Como funciona um  osciloscópio?
Para entender o funcionamento dos controles que possuem um osciloscópio, é necessário deter-se um pouco nos processos internos levados a cabo por este aparato. Começaremos pelo tipo analógico, este por ser mais simples.
Osciloscópios analógicos (figura 1): para cima a tensão é positiva com respectivo ponto de referência (GND) e para baixo este sinal é negativo.
O sinal também atravessa a sessão de disparo para desta forma iniciar a barra horizontal (esta é o encarregada de mover o feixe de elétrons desde a parte esquerda da tela até a parte direita em um determinado tempo). O traçado (recorrido da esquerda para direita) é obtido aplicando a parte ascendente de um dente de serra às placas de deflexão horizontal (elas que estão em posição vertical), e pode ser regulada em tempo atuando sobre comando TIME-BASE.

O retraçado (recorrido da direita à esquerda) se realiza de forma muito mais rápida com a parte descendente do mesmo dente de serra. Dessa forma, a ação combinada do traçado horizontal e da deflexão vertical traça o gráfico do sinal na tela. A sessão de disparo é necessária para estabilizar os sinais repetitivos (se assegura que o traçado comece no mesmo ponto do sinal repetitivo).
Como conclusão para utilizar de forma correta um osciloscópio analógico, é necessário realizar três ajustes básicos:
A atenuação da amplificação que necessita o sinal. Utilizar o comando AMPL para ajustar a amplitude do sinal antes que seja aplicada às placas de deflexão vertical. É conveniente que o sinal ocupe uma parte importante da tela sem sobre passar os limites.

A base de tempos. Utilizar o comando TIME-BASE para ajustar o que representa em tempo uma divisão em horizontal da tela. Para sinais repetitivos, é conveniente que na tela possa se observar aproximadamente um par de ciclos.
Disparo do sinal. Utilizar os comandos TRIGGER LEVEL (nível de disparo) e TRIGGER SELECTOR (tipo de disparo) para estabilizar o melhor possível, os sinais repetitivos.
Também devem ser ajustados os controles que afetam a visualização: FOCUS (enfoque), INTENS. (intensidade) nunca excessiva, Y-POS (posição vertical do feixe) e X-POS (posição horizontal do feixe).
Osciloscópios digitais (figura 2): os osciloscópios digitais possuem além das sessões explicadas anteriormente um sistema adicional de processo de dados que permite armazenar e visualizar o sinal.
Quando se conecta a ponta de um osciloscópio digital a um circuito, a sessão vertical ajusta a amplitude do sinal.

Da mesma forma, que fazia o osciloscópio analógico.
O conversor analógico-digital do sistema de aquisição de dados mostra o sinal em intervalos de tempo determinados e converte o sinal e tensão continua em uma série de valores digitais chamados amostra.
Na sessão horizontal, um sinal de clock determina quando o conversor A/D toma uma amostra. A velocidade desse clock se denomina velocidade de amostragem e se mede em amostras por segundo.

Dependendo das capacidades do osciloscópio, pode-se ter processos adicionáveis sobre os pontos amostrados, incluso se pode dispor de um pré-disparo, para observar processos que tenham lugar antes do disparo.
Fundamentalmente, um osciloscópio digital funciona de forma similar ao analógico, para poder tomar as medidas se necessita ajustar o comando AMPL, o comando TIME-BASE assim como os comandos que interferem no disparo.

Métodos de amostragem
Trata-se de explicar como se ajustam os osciloscópios digitais para reunir os pontos de amostragem. Para sinais de lenta variação, os osciloscópios digitais podem perfeitamente reunir mais pontos necessários para reconstruir posteriormente o sinal na tela.
Para sinais rápidos (por serem rápidos, dependerão da máxima velocidade de amostragem de nosso aparelho), o osciloscópio não pode recolher amostras suficientes e deve recorrer a uma destas técnicas:
Interpolação, estimar um ponto intermediário do sinal baseando-se no ponto anterior e posterior. Amostragem em tempo equivalente. Se o sinal é repetitivo é possível amostrar durante quantos ciclos em diferentes partes do sinal para depois reconstruir o sinal completo.

• Amostragem em tempo real com Interpolação
O método Standard de amostragem nos osciloscópios digitais é a amostragem em tempo real: o osciloscópio reúne os suficientes pontos para reconstruir o sinal. Para sinais não-repetitivos, a parte transitória de um sinal é o único método válido de amostragem.
Os osciloscópios utilizam a interpolação para poder visualizar sinais que são mais rápidos que sua velocidade de amostragem. Existem basicamente dois tipos de interpolação:

• Linear: simplesmente conecta os pontos amostrados com linhas.

• Senoidal: conecta os pontos amostrados com curvas seguindo um processo matemático. Dessa forma, os pontos intermediários se calculam para preencher os espaços entre pontos reais de amostragem. Usando esse processo, é possível visualizar sinais com grau de precisão dispondo de relativamente poucos pontos de amostragem.

• Amostragem em tempo equivalente: alguns osciloscópios digitais utilizam esse tipo de amostragem. Trata-se de reconstruir um sinal repetitivo capturando uma pequena parte de sinal em cada ciclo. Existem dois tipos básicos: Amostragem seqüencial – Os pontos aparecem da esquerda para a direita em seqüência para conformar o sinal. Amostragem aleatória – Os pontos aparece aleatoriamente para formar o sinal.

 

 

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