Osciloscópio Digital: Principais funcionalidades
Osciloscópio Digital: Principais funcionalidades
O osciloscópio digital é uma ferramenta de grande importância em um laboratório de eletrônica, permitindo visualizar a forma de onda de um sinal elétrico e analisar aspectos como frequência, amplitude e muitos outros. Neste tutorial iremos ver as funcionalidades básicas deste equipamento.
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Canais de entrada
Primeiramente, um osciloscópio possui o que chamamos canais de entrada que são os locais por onde os sinais de tensão são lidos (normalmente, os osciloscópios possuem dois ou quatro canais). É necessário encaixarmos nessas entradas, cabos chamados de ponta de prova, a qual fará a conexão entre o circuito analisado e o osciloscópio. Note que para medir tensão nós precisamos de dois pontos, um para o sinal e outro para a referência, portanto a ponta de prova possui dois terminais para se conectar no circuito.
Display
Perceba que a tela do osciloscópio se assemelha a um gráfico, exibindo um sinal de tensão ao longo do tempo. Logo temos valores de tensão no eixo vertical e valores de tempo no eixo horizontal.
Funcionalidades
Configurações dos canais
Após conectadas as pontas de prova nas entradas do osciloscópio e nos pontos de medição do circuito, os sinais devem aparecer na tela. Caso não tenham aparecido, habilite-os no botão de seleção dos canais, que permitem escolher o que irá aparecer na tela. Feito isso, confira as configurações de medição do canal, sendo algumas opções:
- Acoplamento: permite alternar o tipo de leitura do sinal, sendo CA (componente alternada) uma leitura apenas do desvio padrão do sinal; CC (componente contínua) uma leitura de qualquer valor absoluto do sinal, tanto componente contínua quanto alternada; GND (ground) uma leitura zerada.
- Ganho: permite aplicar um multiplicador ao sinal de entrada. Algumas pontas de prova possuem fator atenuante de 10 vezes para acelerar a leitura, portanto a atenuação pode ser compensada pelo ganho do osciloscópio.
Ajuste de escala dos eixos
Podemos ajustar as escalas de tensão e tempo dos eixos por meio dos bornes correspondentes. Cada divisão dos eixos representa uma quantidade da escala escolhida, podendo variar o tempo de 5ns a 50s por divisão e a tensão de 1mV a 5V por divisão, dependendo do osciloscópio. Isso permite a leitura de sinais de frequências e amplitudes diversas. Existe também o botão Autoscale ou Auto Set que realiza esses ajustes automaticamente, exibindo na tela os canais formatados.
Deslocamentos vertical e horizontal
Juntamente dos bornes de ajuste das escalas dos eixos, existem outros dois bornes de ajuste de deslocamento vertical e horizontal, que permitem mover a referência dos canais para cima, para baixo ou para os lados. Dessa maneira pode-se adicionar um offset na visualização do sinal, tanto na escala de tempo quanto de amplitude.
Deslocamento vertical
Deslocamento horizontal
Configuração de trigger
Além desses ajustes, existe também um borne chamado Trigger, que serve para sincronizar as medições e a exibição no display. Ou seja, caso o sinal de algum canal estiver “louco” na tela, variando rapidamente de forma a impossibilitar a leitura, provavelmente o trigger está desajustado. O botão Set to 50% faz um ajuste automático desse parâmetro e deve ser o suficiente para as medições mais simples.
Canal matemática
Vimos como configurar e visualizar os canais do osciloscópio no display, mas além disso, o equipamento permite a exibição de uma terceira forma de onda chamada Math ou Matemática. Esse sinal tem duas utilidades: operações matemáticas e FFT (transformada rápida de Fourier). As operações matemáticas são geradas a partir dos canais 1 e 2 do osciloscópio, podendo somar, subtrair, multiplicar ou dividir tais sinais. A FFT gera no display a análise do espectro de frequência do sinal medido na entrada 1 ou 2.
Medidas dos sinais
É interessante além de visualizar as formas de onda dos sinais medidos, adquirir informações numéricas dos mesmos. Para isso o osciloscópio possui a funcionalidade Measure ou Medidas, que permite apresentar no display valores de alguns parâmetros dos sinais dos canais 1 e 2, ou mesmo do sinal Matemática. Pode ser lida informação de frequência, período, duty cycle, máximo, mínimo, média, RMS, tempo de subida, entre outros.
Cursores
Outra funcionalidade muito útil para medição dos sinais são os cursores. Com essa ferramenta, é possível ler o valor de tensão ou de tempo de um ponto específico da onda observada.
Cursor de tempo
Cursor de amplitude
Armazenamento USB
O osciloscópio possui também uma entrada USB para dispositivos de armazenamento, possibilitando salvar a imagem visualizada no display em um pendrive ou outra mídia de memória. Alguns dispositivos de memória não são reconhecidos pelo equipamento, por isso recomenda-se utilizar cartões ou pendrives de 2GB ou menos.
Considerações finais
Com este tutorial espero que você tenha aprendido o básico sobre o funcionamento do osciloscópio digital, que é um instrumento extremamente útil para quem trabalha com eletrônica. Agora é com você, a prática com esta ferramenta é essencial para que você se familiarize com todas as funcionalidades.
Medindo rotação de motores com osciloscópio
Medindo rotação de motores com osciloscópio
Osciloscópios são instrumentos de medição de sinais elétricos cujos resultados são apresentados como gráficos em dois eixos. Os eixos mais comuns são o de diferença de potencial (eixo vertical) e o eixo da frequência (eixo horizontal). Com o objetivo de medir a rotação de um motor, pode-se fazer o uso de diversos instrumentos de medição, entre eles o osciloscópio. Como comparação, o instrumento de medição mais comum usado em trabalho de instalações elétricas prediais, o multímetro, tem excelente aplicação quando os sinais analisados na medição tem alteração gradual. Todavia, caso a alteração seja dinâmica, ou a variável de interesse seja a própria alteração (crescimento da curva de tensão em um capacitor por exemplo) o osciloscópio se torna um equipamento bem mais interessante que o multímetro.
O osciloscópio
Os osciloscópios são capazes de fornecer valores de amplitude, frequência, largura do impulso, além da forma e do padrão do sinal que está sendo medido. A medida é obtida através de um processo semelhante ao que ocorre no caso dos multímetros, ou seja, são utilizados apenas dois cabos no local onde desejamos obter uma resposta. A vantagem sobre o multímetro é que o tempo de amostragem do osciloscópio é muito superior.
Neste tutorial, apresento uma forma de utilizar o osciloscópio para medir a rotação de um motor elétrico, utilizando da ideia da taxa de amostragem e frequência de impulsos. Para esse uso é necessário introduzir o conceito de um componente que será utilizado, o sensor hall.
O sensor hall
Um sensor Hall ou sensor de efeito hall é um transdutor, isto é, um dispositivo utilizado em sistemas de medição que recebe um estímulo e responde com um sinal de tensão. No caso do sensor hall, esse estímulo é a presença de um campo magnético. Sensores Hall podem ser tanto analógicos, sendo capazes de enviar diferentes sinais de tensão para diferentes intensidades de campos magnéticos, quanto digitais, que enviam sinal lógico (alto ou baixo) na presença ou não do campo magnético. Por exemplo, um sensor hall digital alimentado com 5 Volts envia constantemente sinal lógico baixo 0 Volts em sua saída, na presença de um campo magnético que ative o transdutor o sinal passa a ser alto até que o campo não seja mais sentido pelo dispositivo.
Mãos à obra - Medido a rotação com um osciloscópio
A fim de medir a rotação de um motor elétrico, um ímã é fixado em seu rotor. Um sensor hall digital é posicionado de modo que quando o ímã gira, seja possível captar o campo magnético através do sensor. Ademais, o sinal de saída do sensor de efeito hall é ligado à ponta de prova do osciloscópio. O motor em funcionamento faz com que o ímã fixo no eixo do rotor acompanhe o movimento de rotação do motor e passe a girar também. O movimento do imã provoca uma reação no sensor com certa frequência e esse valor de frequência nos permite calcular a velocidade do motor.
Componentes necessários
- Osciloscópio
- Imã (o imã deve ser de tamanho e força de atração que não impossibilite a medição)
- Sensor hall digital (olhar no datasheet do sensor a necessidade de um resistor entre os terminais do sensor)
Procedimento
Fixe o imã no eixo do motor que deseja medir a rotação. A nossa recomendação é que você utilize uma resina de base epóxi ou fita de alumínio. Uma vez que a alta velocidade do motor pode forçar o ímã a ser arremessado, a fixação incorreta pode oferecer certo perigo.
Com o datasheet do sensor hall digital em mão, verifique a necessidade de um resistor entre os terminais dele. Depois alimente o sensor segundo as especificações do fabricante, através de uma fonte de bancada, baterias ou outros métodos.
A ponta de prova do osciloscópio deve ser ligada na saída do sensor hall, e o outro terminal deve ser aterrado junto do GND (ground) do sensor. Posicione o sensor de efeito hall próximo ao ímã, de modo que quando o motor girar o sensor seja capaz de sentir a presença do campo magnético. Esse procedimento é através de tentativa e erro, pois depende da intensidade do ímã utilizado e de quão sensível é o sensor escolhido.
Para exemplificar, um sensor hall KY_003 é capaz de sentir o campo proveniente de um ímã de neodímio a uma distância média de 1 cm entre eles.
Ligue o motor, o osciloscópio e certifique que a medida está sendo realizada. Possíveis erros nessa etapa estão relacionados com mal contato dos componentes ou da ponta de prova do osciloscópio. Portanto, certifique que erros não estejam ocorrendo e prossiga . Outro erro possível está nas configurações do osciloscópio, que pode estar exibindo valores de tensão em uma faixa maior ou menor que a necessária. Verifique o manual dos equipamentos faça os ajustes necessários.
Resultados obtidos
Com base em todo o procedimento, observe o valor de frequência com que o pulso do sensor acontece. O valor informado diz quantas vezes o pulso acontece em um segundo, ou seja o número de voltas do motor em um segundo. Utilizando matemática simples é possível determinar o número de voltas por minutos, efetuando a seguinte regra de 3:
pulsos em um segundo — 1 segundo
velocidade em rpm — 60 segundos
O resultado desse cálculo fornece a velocidade do motor medida em rpm. É possível, conforme aplicação do motor, utilizar do mesmo sistema para medir a rotação e com alguns cálculos obter valores em m/s ou km/h.
Considerações finais
A possibilidade de adaptação do método existe, com a utilização de um Arduíno por exemplo. Os pulsos do sensor podem ser contados, e transformados em velocidade da mesma maneira. Um exemplo de utilização no Arduíno está relacionada ao acionamento e controle do motor utilizado o Arduíno. É possível utilizar o valor da velocidade tanto como feedback para o controlador, quanto para variável de saída.
Saber a velocidade do motor é útil em vários aspectos. Testes de bancadas para melhoria em plantas de controle por exemplo. Com base nos valores de velocidade oferecido pelo método e tensão/corrente pela fonte é possível modificar algum parâmetro da planta de controle. Seguindo esse raciocínio, a utilização do método é útil em um serie de aplicações e seu baixo custo o torna atrativo.