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Introdução ao osciloscópio

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Para estudantes universitários de Engenharia Elétrica e Física. Introdução ao osciloscópio. Pauta. O que é um osciloscópio ? Noções básicas de teste ( modelo de baixa frequência ) Realizar medições de tensão e tempo Configurar a escala das formas de onda na tela adequadamente

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Presentation Transcript
pauta
Pauta
  • O que é um osciloscópio?
  • Noçõesbásicas de teste (modelo de baixafrequência)
  • Realizarmedições de tensão e tempo
  • Configurara escala das formas de ondanatelaadequadamente
  • Compreendero disparo do osciloscópio
  • A teoria de operação e especificações de desempenho do osciloscópio
  • Testes revisitados (modelodinâmico/CA e efeitos de carregamento)
  • Usaro Tutorial e Guia de laboratório DSOXEDK
  • Recursostécnicosadicionais
o que um oscilosc pio
O que é um osciloscópio?
  • O osciloscópioconvertesinaiselétricos de entradaem um traçovisívelnatela - por ex., converteeletricidadeemluz.
  • O osciloscópio, de forma dinâmica, representasinaiselétricos com variação no tempo emduasdimensões (normalmentetensão vs. tempo).
  • O osciloscópio é utilizadoporengenheiros e técnicosparatestar, verificar e depurarprojetoseletrônicos.
  • O osciloscópio é o principal instrumentoquevocêutilizaránoslaboratórios de EE/Físicaparatestarexperimentosdesignados.

os.ci.los.có.pio

apelidos carinhosos como s o chamados
Apelidos carinhosos (como são chamados)
  • Scop"– Terminologiamaiscomumenteusada(eminglês)
  • DSO – Digital Storage Oscilloscope (osciloscópiode armazenamento digital)
  • Osciloscópio digital
  • Osciloscópiodigitalizador
  • Osciloscópioanalógico – Tecnologia de osciloscópiomaisantiga, porémaindaemusohojeem dia.
  • CRO – Cathode Ray Oscilloscope (osciloscópio de raioscatódicos). Muitoembora a maioria dos osciloscópiosnão utilize maistubos de raioscatódicosparaexibirformas de onda, australianos e neozelandesesaindaoschamam de CROs ("crows", eminglês).
  • O-Scope
  • MSO – Mixed Signal Oscilloscope (osciloscópio de sinaismistos, incluicanaisanalisadoreslógicos de aquisição)
no es b sicas de teste
Noções básicas de teste
  • As pontas de provasãousadasparatransferir o sinal do dispositivosendosubmetidoaotestepara as entradas BNC do osciloscópio.
  • Existemmuitostiposdiferentes de pontas de provautilizadosemdiversos e especiaispropósitos (aplicações de altafrequência, aplicações de altatensão, correnteetc.).
  • O tipo de ponta de provamaiscomumenteutilizado é chamado de "Ponta de provapassiva 10:1 divisora de tensão".
ponta de prova passiva 10 1 divisora de tens o
Ponta de provapassiva 10:1 divisora de tensão
  • Passiva:Nãoincluielementosativos, comotransistoresouamplificadores.
  • 10 para 1:Reduz a amplitude do sinalfornecidonaentrada BNC do osciloscópiopor um fator de 10. Além disso, aumenta a impedância de entradaem 10X.
  • Nota: Todas as mediçõesdevemserrealizadasemrelaçãoao terra!

Modelo de ponta de provapassiva 10:1

modelo de baixa frequ ncia cc
Modelo de baixa frequência/CC
  • Modelo de baixafrequência/CC: Simplificaçãopara um resistor de 9-MΩemsérie com o terminal de entrada de 1-MΩ do osciloscópio.
  • Fator de atenuação de ponta de prova:
    • Algunsosciloscópios, comoos 3000 série X da Agilent, detectamautomaticamentepontas de prova 10:1 e ajustamtodas as configuraçõesverticais e as medições de tensãorelacionadas à ponta de prova.
    • Algunsosciloscópios, comoos 2000 série X da Agilent, requerementrada manual de um fator de atenuação de ponta de prova 10:1.
  • Modelodinâmico/CA: Seráabordadoposteriormente e durante o laboratório Nº5.

Modelo de ponta de provapassiva 10:1

compreender o visor do oscilosc pio
Compreender o visor do osciloscópio

Vertical = 1 V/div

Horizontal = 1 µs/div

  • Área de exibição da forma de ondamostrada com linhas de grade (oudivisões).
  • Osespaçosverticais das linhas de grade estãorelacionados à configuração de volts/divisão.
  • Osespaçoshorizontais das linhas de grade estãorelacionados à configuração de segundos/divisão.

1 Div

1 Div

Volts

Tempo

realizar medi es por estimativa visual
Realizar medições – por estimativa visual

A técnica de medição mais comum

  • Período (T) = 4 divisões x 1 µs/div = 4 µs, Freq = 1/T = 250 kHz.
  • V p-p = 6 divisões x 1 V/div = 6 V p-p
  • V máx. = +4 divisões x 1 V/div = +4 V, V mín. = ?

Vertical = 1 V/div

Horizontal = 1 µs/div

V máx.

V p-p

Indicador de nível de terra (0,0 V)

Período

realizar medi es usando cursores
Realizar medições – usando cursores
  • Posicionamento manual dos cursores X e Y nospontos de mediçãodesejados.
  • O osciloscópioautomaticamentemultiplicapelosfatores de escala vertical e horizontal parafornecermedições delta e absolutas.

Cursor Y2

Controles de cursor

Cursor X1

Cursor X2

Leitura Δ

Cursor Y1

Leitura de V e T absolutos

realizar medi es usando medi es param tricas autom ticas do oscilosc pio
Realizarmedições – usandomediçõesparamétricasautomáticas do osciloscópio
  • Selecioneaté 4 mediçõesparamétricasautomáticas com umaleituracontinuamenteatualizada.

Leitura

principais controles de configura o do oscilosc pio
Principaiscontroles de configuração do osciloscópio

Escala horizontal (s/div)

Nível de disparo

Posição horizontal

Escala vertical (V/div)

Posição vertical

BNCs de entrada

Osciloscópio InfiniiVision 2000 e 3000 série X da Agilent

configurar a escala das formas de onda adequadamente
Configurar a escala das formas de ondaadequadamente

Condição de configuração inicial (exemplo)

Condição de configuração ideal

  • Ajuste o botãoV/divatéque a forma de ondapreencha a maior parte da telaverticalmente.
  • Ajuste o botão de posição vertical atéque a forma de ondaestejacentralizadaverticalmente.
  • Ajuste o botãos/divatéqueapenasalgunsciclossejamexibidosna horizontal.
  • Ajuste o botãode nível de disparoatéque o nívelsejadefinidopróximoaomeio da forma de ondana vertical.

- Muitos ciclos sendo exibidos.

- Amplitude escalonada muito baixa.

Nível de disparo

Configurara escala da forma de onda no osciloscópio é um processointerativoparafazerajustes no painel frontal atéque a "imagem" desejadasejaexibidanatela.

compreender o disparo do oscilosc pio
Compreender o disparo do osciloscópio

O disparocostumaser a funçãomenoscompreendida de um osciloscópio, porém é um dos recursosmaisimportantes a serentendido.

  • Pense no "disparo" do osciloscópiocomo "tirarfotografiassincronizadas".
  • Uma "imagem" da forma de ondaconsisteemmuitasamostrasdigitaisconsecutivas.
  • As "fotografias" devemestarsincronizadasem um pontoúnicona forma de ondaque se repete.
  • O disparo de osciloscópiomaiscomumbaseia-se emsincronizaraquisições (tirarfotografias) emumabordaascendenteoudescendente de um sinalem um nível de tensãoespecífico.

Uma fotografia do momento da chegada de umacorrida de cavalos é análogaaodisparo do osciloscópio.

exemplos de disparo
Exemplos de disparo

Nível de disparo definido acima da forma de onda

  • Local padrão de disparo (tempo zero) em DSOs = centro da tela (horizontalmente)
  • Único local de disparoemosciloscópiosanalógicosmaisantigos = ladoesquerdo da tela

Ponto de disparo

Ponto de disparo

Nãodisparado

(tirarfotografiasemsincronia)

Disparo =

Bordaascendente a 0,0 V

Tempo negativo

Tempo positivo

Disparo = Bordadescendente a +2,0 V

disparo avan ado do oscilosc pio
Disparo avançado do osciloscópio
  • A maior parte dos experimentos de laboratóriouniversitáriosbaseia-se emusardisparos de "borda" padrão
  • Dispararemsinaismaiscomplexosrequeropções de disparoavançadas.

Exemplo: Dispararem um barramento serial I2C

teoria de opera o do oscilosc pio
Teoria de operação do osciloscópio

Amarelo = Blocos específicos do canal

Azul = Blocos do sistema (suporta todos os canais)

Diagrama de blocos do DSO

especifica es de desempenho do oscilosc pio
Especificações de desempenho do osciloscópio

"Largura de banda" é a especificação mais importante do osciloscópio

  • Todosososciloscópiosexibemumaresposta de frequênciapassa-baixa.
  • A frequênciaemque a ondasenoidal de entrada é atenuadapor 3 dB define a largura de banda do osciloscópio.
  • -3 dB se iguala a ~ -30% de erro de amplitude (-3 dB = 20 log ).

Resposta de frequência gaussiana do osciloscópio

selecionar a largura de banda correta
Selecionar a largura de banda correta

Entrada = Clock digital de 100 MHz

  • LB requeridaparaaplicaçõesanalógicas: ≥ frequência de ondasenoidal 3X maisalta.
  • LB requeridaparaaplicaçõesdigitais: ≥ frequência de clock digital 5X maisalta.
  • Determinação de LB maisprecisa, com base emvelocidades de borda de sinal (consulte a nota sobreaplicações de "Largura de banda" no final da apresentação)

Resposta usando um osciloscópio com LB de 100 MHz

Resposta usando um osciloscópio com LB de 500 MHz

outras especifica es importantes do oscilosc pio
Outras especificações importantes do osciloscópio
  • Taxa de amostragem (emamostras/s) – Deveser ≥ 4X LB
  • Profundidade de memória – Determina as formas de ondamaiscompridasquepodem ser captadasaindadurante a amostragem à taxa de amostramáxima do osciloscópio.
  • Número de canais – Tipicamente 2 ou 4 canais. Osmodelos MSO adicionam de 8 a 32 canais de aquisição digital com resolução de 1 bit (altaoubaixa).
  • Taxa de atualização de forma de onda – Taxas de atualizaçãomaisrápidasmelhoram a probabilidade de detectarproblemas de circuitoquenãoocorrem com frequência.
  • Qualidade da exibição – Tamanho, resolução, número de níveis de gradação de intensidade.
  • Modos de disparoavançados – Larguras de pulso com qualificação de tempo, Padrão, Vídeo, Serial, Violação de pulso (velocidade de borda, tempo de configuração/retenção, tempo de execução) etc.
testes revisitados modelo de teste din mico ca
Testes revisitados - Modelo de teste dinâmico/CA
  • Cosciloscópio e Ccabosãocapacitânciasinerentes/parasitas (nãoprojetadosintencionalmente)
  • Cponta e CcompsãoprojetadosintencionalmenteparacompensarCosciloscópio e Ccabo.
  • Com compensação de ponta de provaadequadamenteajustada, a atenuaçãodinâmica/CA emrazão de reatânciascapacitivasdependentes de frequênciadevecorresponder à atenuaçãodivisora de tensãoresistivaprojetada (10:1).

Modelo de ponta de provapassiva 10:1

EmqueCparalelo é a combinaçãoparalela de Ccomp + Ccabo + Cosciloscópio

compensar as pontas de prova
Compensar as pontas de prova
  • Conecte as pontas de prova do Canal 1 e Canal 2 ao terminal "Comp de ponta de prova" (mesmoque Demo2).
  • Ajusteosbotões V/div e s/div paraexibiremambas as formas de ondanatela.
  • Usandoumachave de fendapequena com lâminalisa, ajuste o capacitor de compensação de ponta de provavariável (Ccomp) emambas as pontas de provaparaumarespostaplana (quadrada).

Compensação adequada

Canal 1 (amarelo) = sobrecompensado

Canal 2 (verde) = subcompensado

carregar pontas de prova
Carregar pontas de prova
  • O modelo de entrada do osciloscópio e da ponta de provapodesersimplificado a um único resistor e capacitor.
  • Qualquerinstrumento (nãosomenteososciloscópios) conectado a um circuitotorna-se parte do circuitosendosubmetidoaoteste e afetaosresultadosmedidos... principalmenteemfrequênciasmaisaltas.
  • “Carregar” implicaosefeitosnegativosque o osciloscópio/ponta de provapodecausar no desempenho do circuito.

CCarga

RCarga

Modelo de carregamento ponta de prova + osciloscópio

atribui es
Atribuições
  • Supondo-se que Cosciloscópio = 15pF, Ccabo = 100pF e Cponta = 15pF, calcule Ccomp se adequadamente ajustado. Ccomp = ______
  • Usando o valor calculado de Ccomp, calcule CCarga. CCarga = ______
  • Usando o valor calculado de CCarga, calcule a reatância capacitiva de CCarga a 500 MHz. XC-Carga = ______

C Carga = ?

usar o tutorial e guia de laborat rio do oscilosc pio
Usar o Tutorial e Guia de laboratório do osciloscópio
  • Trabalhopara casa – Leia as seçõesabaixo antes de suaprimeirasessão de laboratóriosobreosciloscópios:

Seção 1 – Introdução

      • Testes do osciloscópio
      • Familiarizar-se com o painel frontal

Apêndice A – Diagrama de bloco do osciloscópio e teoria de operação

Apêndice B – Tutorial de largura de banda do osciloscópio

  • Aulaspráticas de laboratório com osciloscópios
  • Seção2 – Osciloscópiobásico e WaveGenAulas de mediçãoemlaboratório (6 aulas de laboratórioindividuais)
  • Seção3 – Mediçãoavançada com osciloscópiosAulas de laboratório (9 aulas de laboratórioopcionaisqueseuprofessor podeatribuir)

Tutorial e Guia de laboratóriodo osciloscópio

Faça o download em www.agilent.com/find/EDK

dicas sobre como seguir as instru es do guia de laborat rio
Dicas sobre como seguir as instruções do guia de laboratório
  • Palavrasemnegrito, como[Ajuda], referem-se à tecla do painel frontal.
  • “Softkeys” referem-se a 6 teclas/botõesabaixo da tela do osciloscópio. A funçãodessasteclasmudadependendo do menu selecionado.
  • Uma softkeyidentificadaporuma seta verdecurvada ( ) indica
  • que o botão de propósitogeral “Entrada” controlaessaseleção
  • ouvariável.

Identificação de softkeys

Softkeys

BotãoEntrada

acessar os sinais de treinamento integrados
Acessar os sinais de treinamento integrados

A maioria das aulas de laboratório com osciloscópios é montadaemtorno do uso de diversossinais de treinamentoqueestãointegradosaososciloscópios Agilent 2000 ou 3000 série X, casohaja a licençanaopção de Kit de treinamento do Educador DSOXEDK.

  • Conecteumaponta de prova entre o BNC de entrada de canal 1 do osciloscópio e o terminal identificadocomo "Demo1".
  • Conecte a outraponta de prova entre o BNC de entrada de canal 2 do osciloscópio e o terminal identificadocomo "Demo2".
  • Conecteosdoisclipes de aterramento da ponta de provaao terminal de aterramento central.
  • Pressione[Ajuda]; depoispressione a softkeySinais detreinamento.

Fazer a conexão com osterminais de teste de sinais de treinamentousandopontas de provapassivas 10:1

recursos t cnicos adicionais disponibilizados pela agilent technologies
Recursos técnicos adicionais disponibilizados pela Agilent Technologies

http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/xxxx-xxxxEN.pdf

Inserir Nº da pub. emlugar de “xxxx-xxxx”