Preparação

O osciloscópio é um elemento essencial na gama de instrumentos de medida utilizados em laboratórios de electrónica. A função essencial do osciloscópio é a de permitir visualizar a forma de onda ao longo do tempo. Quando essa visualização se efectua de forma calibrada, o osciloscópio é igualmente um importante aparelho de medida. Pode medir amplitudes, tempos, frequências, fases, etc... Uma das características importantes do osciloscopio é também a de permitir visualizar simultâneamente dois sinais, permitindo assim a sua comparação em termos de amplitude, atraso temporal, etc...

Durante muitos anos os osciloscópios eram completamente analógicos. Depois apareceram os osciloscópios com memória digital, que permitiam gravar uma parte do sinal em memória e depois visualizá-lo em detalhe. Esta função era particularmente útil para a análise de sinais transitórios. Hoje em dia existem já muitos osciloscópios completamente digitais. Qualquer um destes tipos de osciloscópios tem funcionalidades idênticas às do antigo osciloscópio analógico e por isso encontra-se em anexo uma descrição detalhada do princípio de funcionamento do osciloscópio catódico.

Neste trabalho prático vamos aprender a utilizar o osciloscópio para observar e medir formas de onda variadas.

Valores pico, eficazes, frequência e geradores ideais

Figura E.8: (a) corrente doméstica, (b) formas de onda, (c) variação da frequência e (d) valor nominal.

A corrente contínua (DC) é produzida pela passagem de electrões do polo negativo para o polo positivo de uma fonte de alimentação ou pilha. A corrente tem, neste caso, um só sentido. No caso da corrente alterna (AC), o sentido de passagem da corrente alterna do positivo para o negativo e depois do negativo para o positivo. A corrente alterna é em geral produzida por um gerador de frequência e o exemplo mais conhecido é a corrente de alimentação doméstica que em Portugal é à tensão nominal de 230 V e à frequência de 50 Hz de (figura E.8a). Na corrente alterna podemos fazer variar a forma de onda (figura E.8b), a frequência (figura E.8c) e o valor de pico (figura E.8d).

Gerador de sinais

Um exemplo de fonte de tensão alterna é o gerador de sinais que possuimos em sala de Trabalhos Práticos. Em geral a corrente que estes geradores podem produzir é bastante limitada e por isso são chamados fontes de tensão pois encontram-se mais próximos de uma fonte de tensão ideal (resistência interna fraca) do que de uma fonte de corrente ideal (grande resistência interna). As características mais importantes num gerador de sinais são: as formas de onda que pode produzir, a gama de frequências que abrange e a tensão máxima que pode fornecer.

Exercício 1: divisor de tensão

Figura E.9: divisor de tensão alterno.

Sabendo que o gerador de sinais debita uma tensão $e(t)=3\sin(6280t)$.

a)

calcule a tensão medida por um voltímetro colocado aos terminais do gerador.

b)

qual a amplitude pico medida por um osciloscópio colocado no mesmo ponto do voltímetro. Qual o rácio entre este valor e aquele observado em a) ?

c)

qual o valor do período da forma de onda observada no osciloscópio ?

d)

colocamos agora o multímetro de modo a medir a tensão $V_0$. Qual o valor medido ? E se colocarmos o osciloscópio no mesmo ponto, qual o valor pico a pico da forma da onda que podemos observar.

Exercício 2: sinal sinusoidal com um valor de offset

Considere uma tensão sinusoidal $v(t)$

$$v(t) = V_m \cos (\omega t + \phi) + V_0$$

a)

calcule o seu valor médio $\bar v$

b)

calucle o seu valor eficaz $v_{eff}$

Uso racional de um osciloscópio

Depois de ter observado todos os botões de comando assim como todos os terminais de ligação do osciloscópio, assegurar-se de que:

1. a massa está ligada à terra

2. os botões de desvio vertical e horizontal estão a meio

3. os botões de luminosidade e concentração encontram-se no ponto médio.

4. os amplificadores estão desligados

5. o comutador da base de tempo encontra-se regulado no período do sinal a observar.

6. o botão de variação contínua da base de tempo encontra-se completamente á esquerda.

7. o comutador de seleção do varrimento encontra-se na posição de varrimento interior.

Ligar o aparelho e esperar que ele aqueça. Ajustar os potênciometros de luminosidade e concentração para o aparecimento de um traço fino no ecrã. ATENÇÃO: nunca aumentar muito a luminosidade do traço e sobretudo nunca deixar um ponto luminoso imóvel no ecrã.