Cap4 osciloscópio

1
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELECTROTÉCNICA
LICENCIATURA EM ENGENHARIA ELETROTÉCNICA E DE COMPUTADORES
Instrumentação e Medidas
Acetatos das aulas teóricas
“Osciloscópio Analógico”
ANO LETIVO 2021/2022

2
Osciloscópio analógico de um canal
➔ O osciloscópio de um canal, é um traçador de gráficos e representa no ecrã, um sinal de tensão em
função do tempo, y(t), ou um sinal em função de outro, y=f(x).
Canal 1 (y) Entrada externa (x)

3
Diagrama de blocos de um osciloscópio analógico de um canal

4
Osciloscópio analógico de dois canais
Canal 1 (x)
Canal 2 (y)
➔O osciloscópio de dois canais, é um traçador de gráficos com duas entradas no canal vertical , canal1 e canal 2,
onde podemos aplicar dois sinais de tensão e visualizar no ecrã o seguinte:
➔ O sinal aplicado à entrada do canal 1, em função do tempo, x(t)
➔ O sinal aplicado à entrada do canal 2, em função do tempo, y(t), ou o sinal invertido, -y(t)
➔ Os dois sinais aplicados às entradas simultaneamente, em função do tempo, x(t) e y(t)
➔A soma dos sinais x(t) + y(t) ou a sua subtracção x(t) - y(t)
➔ Podemos obter simplesmente um sinal em função do outro y=f(x) (Figuras de Lissajous)
Entrada externa

5
Diagrama de blocos de um osciloscópio analógico de dois canais

6
Tubo de raios catódicos (TRC)
➔ O tubo de raios catódicos é o componente de saída e de visualização do osciloscópio. A imagem
observada resulta da colisão do feixe electrónico num ecrã, revestido internamente por material
fosforescente e fluorescente. A posição do feixe pode ser controlado verticalmente e horizontalmente
através das tensões aplicadas às placas de deflexão vertical e horizontal, respectivamente. A intensidade
e a espessura do feixe podem também ser controladas através dos controlos INT e Focus,
respectivamente.

7
.
Geração do feixe electrónico
➔ O feixe electrónico, é gerado num cátodo aquecido que liberta uma grande quantidade de electrões
por efeito termo iónico. De seguida, os electrões são conduzidos em direcção à grelha e depois
acelerados por um ânodo com potencial positivo em relação ao cátodo. O feixe é concentrado por
eléctrodos de focagem e conduzido para o ecrã. A energia contida nesta massa de electrões, ao embater
no ecrã, é parcialmente convertida em energia luminosa, formando um ponto luminoso. O controlo INT,
acessível no painel frontal do osciloscópio, permite variar a diferença de potencial grelha - cátodo,
deixando passar mais ou menos electrões, e consequentemente aumentar ou diminuir a intensidade do
ponto luminoso. O controlo de focagem do ponto luminoso também é possível através do controlo Focus,
acessível a partir do painel frontal do osciloscópio, e com o qual se pode definir a nitidez do ponto no
ecrã.

8
Aceleração e Focagem electrostática do TRC

9
Deflexão do feixe electrónico
Trajectória do feixe de electrões entre as placas deflectoras







=

=

=
=

=
=
0
0
m
e
m
E
e
m
F
a
m
E
e
m
F
a
x
x
x
y
y
y
C
e
kg
,
m
19
31
10
6
,
1
10
1
9
−
−

−
=

=
:
electrão
do
Carga
:
electrão
do
Massa
2
0
2
0
0
2
0
0
2
0
0
2
1
2
1
2
1
2
1











=











=







=


=







+
=


+

+
=
x
y
x
y
x
y
x
y
y
v
x
m
E
e
y
v
x
a
y
t
v
x
t
a
y
t
v
x
x
t
a
t
v
y
y
As placas deflectoras, quando sujeitas a uma diferença de potencial Vd , criam
um campo eléctrico uniforme EY (o mesmo módulo, a mesma direcção e o
mesmo sentido) perpendicular às placas.
Os electrões entram entre as placas com velocidade inicial vOx .
De acordo com a 2ª lei de Newton, a aceleração dos electrões entre as placas
deflectoras é
As equações do movimento são
E as equações da velocidade são





=


=






=


=




=

=




=

+
=
x
x
x
y
y
x
x
y
y
x
x
y
y
x
x
y
y
y
v
v
v
x
m
E
e
v
v
v
t
m
E
e
v
v
v
t
a
v
v
v
t
a
v
v
0
0
0
0
0
0
L
y
E
y
x
d
V
Feixe de electrões
Ld
Ecrã
x
v0
d

10
Trajectória do feixe de electrões entre as placas deflectoras e o Ecrã



=
=

0
0
x
y
a
a




+
=

+
=
t
v
x
x
t
v
y
y
x
y
0
0
0
0
Entre as placas deflectoras e o ecrã, o campo eléctrico é nulo
As equações do movimento são
A deflexão no ecrã y, correspondente à posição
Com as condições iniciais
x
d
y
y
x
d
y
d
v
L
m
E
e
v
v
L
m
E
e
y
L
x
0
0
2
0
0
0 ;
2
1
; 

=











=
=






+
=



+











=
t
v
L
x
t
v
L
m
E
e
v
L
m
E
e
y
x
d
x
d
y
x
d
y
0
0
2
0
2
1
2
D
L
L
x +
=
( )2
0
0
0
2
0
0
0
2
0 2
2
1
2
2
1
x
d
y
x
d
x
d
y
x
d
y
x
d
d
x
d
y
x
d
y
v
L
L
m
E
e
y
v
L
L
v
L
m
E
e
v
L
m
E
e
y
t
v
L
L
L
t
v
L
m
E
e
v
L
m
E
e
y



=













−



+











=









+
=
+



+











=
e vem dada por

11
d
a
d
V
d
E
L
L
y 



=
2
Considerando a relação da tensão de aceleração do feixe Ea, com a velocidade dos electrões à entrada das placas, vOX ,
temos que
( ) a
x E
e
v
m 
=


2
0
2
1
d
E
S
y 
=
Considerando ainda, que a relação da tensão aplicada às placas Vd , e o campo eléctrico EY , é dada por
A expressão para a deflexão fica
Concluímos que a deflexão do feixe é proporcional à tensão aplicada às placas
deflectoras, isto é
O coeficiente de proporcionalidade, S, designa-se por sensibilidade à deflexão (m/V)
Por definição, o factor de deflexão D (V/m) de um TRC é o inverso da sensibilidade
d
V
S
y 
=
S
D
1
=
d
V
E d
y =
( Energia cinética adquirida = Energia eléctrica dispendida para acelerar o electrão )

12
Ecrã
➔O Ecrã do osciloscópio é constituído por uma superfície de vidro revestida interiormente por uma
substância especial – o Fósforo
➔O fósforo é uma substância fluorescente, e portanto, quando o feixe electrónico incide no ecrã do
TRC, o fósforo absorve a energia cinética dos electrões e converte-a em energia luminosa.
➔ Os materiais fluorescentes, como o fósforo ou o óxido de zinco, são também fosforescentes, que
é a capacidade do material continuar a emitir luz mesmo após se ter retirado o feixe. Desta forma, o
feixe de electrões ao varrer o ecrã, vai deixando um rasto da sua trajectória.
➔O intervalo de tempo de permanência da energia luminosa, após se retirar o feixe, designa-se por
persistência
➔A persistência pode ser classificada em:
➔Curta (alguns microssegundos)
➔Média (alguns milissegundos)
➔Longa (alguns segundos)
➔O ecrã dos osciloscópios utilizam normalmente fósforo de persistência média-curta
➔Alguns osciloscópios especiais, para observação e memorização de sinais de baixa frequência, em
aplicações biomédicas, usam materiais de persistência longa

13
Tipo de
fósforo
Fluorescência Fosforescência
Luminância
relativa (%)
Decaimento
a 0,1% (ms)
Observações
P1
Verde-
amarelada
Verde-amarelada 50 95 Uso geral
P2 Verde-azulada Verde-amarelada 55 120
Bom compromisso entre rápido e
lento
P4 Branca Branca 50 20 TV
P7 Azul Verde-amarelada 35 1200 Observação de fenómenos lentos
P11 Azul-púrpura Azul-púrpura 15 20 Fotografia
P31
Verde-
amarelada
Verde-amarelada 100 32 Uso geral
Ecrã
➔O seguinte quadro apresenta as propriedades de diferentes tipos de fósforo e mostra um conjunto
de factores que devem ser considerados na escolha de uma tela. No caso de uma tela de um
osciloscópio, o fósforo de melhor opção é o "P31", pois possui alta luminância e média persistência.

14
A quadricula do ecrã
➔O écran dispõe de uma quadrícula que permite medir com precisão a deflexão do feixe electrónico,
na vertical ou na horizontal. Esta quadrícula é colocada normalmente na face interior do écran no
mesmo plano que o fósforo, pois evita erros de paralaxe.

15
➔O Canal vertical tem como função principal, condicionar e multiplexar os dois sinais a analisar, de modo a
produzirem uma tensão adequada para a deflexão vertical do feixe de electrões no TRC.
➔A deflexão vertical do feixe de electrões no TRC, é proporcional à tensão dos sinais de entrada
colocados no canal 1 e no canal 2.
➔No painel Frontal do osciloscópio, existem vários controlos que permitem controlar o condicionamento e a
multiplexagem dos dois sinais de entrada. Na figura acima, é possível ver alguns destes controlos que actuam
sobre o canal vertical
Canal Vertical

16
Especificações - Impedância de entrada
➔A impedância de entrada, vista aos terminais de conexão do canal vertical é equivalente a um
circuito RC paralelo.
➔Em alguns casos, pode afectar a medida que estamos a efectuar devido ao efeito de carga que
origina no circuito onde estamos a efectuar a medida. Se o efeito de carga for importante, o sinal pode
ficar distorcido em relação ao sinal que estava antes de efectuarmos a medida.
➔valores típicos são Ri=1 MΩ e Ci~12-47 pF
Osciloscópio
Canal Vertical
Impedância de entrada, vista
aos terminais de conexão do
canal vertical

17
Especificações - Largura de Banda
Canal Vertical
➔A largura de banda de um osciloscópio (fC), é a largura de uma faixa continua de frequências, onde a
amplitude de qualquer sinal sinusoidal com frequência dentro dessa faixa, aplicado à entrada dos terminais
de conexão do canal vertical, pode ser medida com grande exactidão, apresentando um decaimento inferior
a 3 dB, no entanto, para frequências muito próximas do limite inferior (f1) e superior (f2) da banda, o sinal
apresenta um decaimento que vai até aos 3 dB.
➔Esta especificação é muito importante, uma vez que pode afectar as medições que efectuamos com o
osciloscópio, sobretudo, quando efectuamos a medição do tempo de subida de um sinal. Normalmente, o
fabricante especifica as correcções a efectuar.
1
2
c f
f
f −
=

18
Especificações – Tempo de subida
Canal Vertical
➔O Tempo de subida (tr) , é um parâmetro que caracteriza a capacidade do instrumento para responder a
variações muito rápidas na amplitude de um sinal de entrada. Define-se pelo intervalo de tempo que um sinal
leva para subir de 10 % a 90 % do seu valor final, como resposta a um sinal de entrada do tipo escalão.
Este parâmetro, está directamente relacionado com a largura de banda do osciloscópio e admite-se que a
sua relação é de
0,35
t
f r
c 


19
Canal Vertical
➔Os Circuitos de acoplamento, permitem ao utilizador seleccionar o modo como é feito o
acoplamento dos sinais à entrada do canal 1 e do canal 2. O utilizador pode seleccionar os modos DC,
AC e GND a partir do painel frontal.
➔No modo DC, o sinal a visualizar passa directamente para o andar seguinte e não sofre
qualquer alteração
➔No modo AC, a componente continua do sinal a visualizar é filtrada através de um
condensador de acoplamento. È preciso notar que as harmónicas de baixa frequência do sinal de
entrada, que sejam menores do que a frequência limite inferior da largura de banda do
osciloscópio, sofrem uma forte atenuação, e consequentemente, o sinal fica deformado.
➔ No modo GND, o canal é desligado da entrada e ligado à massa do osciloscópio. Este
modo, tem especial interesse quando se pretende ajustar o nível de tensão zero.
Circuitos de acoplamento

20
Canal Vertical
➔Os Circuitos atenuadores, permitem ao utilizador seleccionar vários factores de deflexão vertical
do feixe de electrões, através de um controlo acessível do painel frontal, VOLTS/DIV.
➔São normalmente circuitos passivos, divisores de tensão, constituídos por resistências e
condensadores que atenuam a tensão de entrada para valores adequados a aplicar ao pré-
amplificador e ao circuito de sincronismo do canal horizontal
➔Devem ser cuidadosamente compensados para não introduzirem distorção harmónica, ou
seja, devem ter uma atenuação constante e independente da frequência
➔Devem manter a impedância de entrada do osciloscópio sempre constante,
independentemente do factor de deflexão seleccionado pelo utilizador, no controlo VOLTS/DIV
Circuitos atenuadores

21
Canal Vertical
Vários circuitos atenuadores para um osciloscópio com impedância de entrada 1 MΩ ΙΙ 10 pF
➔O utilizador, ao actuar no controlo VOLTS/DIV, está a seleccionar um destes circuitos, ou a
combinação deles, para obter o factor de deflexão vertical desejada.

22
Canal Vertical
Pré - amplificador
Pré - amplificador
Atenuador
Atenuador
Sinal atenuado de 20:1
Sinal atenuado de 2:1
Sinal
proveniente do
circuito de
acoplamento
Sinal
proveniente do
circuito de
acoplamento
Saída para
o andar
seguinte
Saída para
o andar
seguinte
Nota: O pré-amplificador
está representado apenas
pela sua impedância de
entrada
Nota: Se os condensadores
variáveis estiverem
devidamente ajustados, a
impedância de entrada é
sempre mantida e igual a
1 MΩ || 10 pF

23
Canal Vertical
➔O pré-amplificador, amplifica o sinal proveniente do circuito atenuador e permite ao utilizador
efectuar alguns controlos importantes sobre o sinal:
➔Controlo da posição vertical do feixe de electrões correspondente ao zero da tensão, através
do comando YPos
➔Controlo contínuo do ganho do canal vertical através do comando VAR
➔Há a possibilidade de inverter um dos canais com o comando INV
➔Pode também ampliar o sinal dez vezes na vertical, através do comando x10
Pré-amplificador

24
Canal Vertical
➔No comutador de canais, os dois sinais de entrada são seleccionados e direccionados para um
único conjunto formado pelo amplificador de deflexão e pelas placas deflectoras. Esta selecção é feita
a partir de um comando MODE acessível no painel frontal, pertencente ao conjunto de comandos do
canal vertical.
➔Podemos visualizar apenas um dos sinais de entrada, do canal 1 ou do canal 2,
seleccionando para tal, o modo CH1 ou CH2, respectivamente.
➔Podemos visualizar um sinal que resulta da soma dos sinais do canal 1 e do canal 2,
seleccionando neste caso o modo ADD.
➔É possível visualizar em simultâneo, os sinais dos dois canais seleccionando o modo DUAL.
A visualização dos dois sinais em simultâneo, é feita por multiplexagem dos dois sinais em dois
modos distintos, modo ALT e modo CHOP:
➔No modo ALT, é representado no ecrã em cada varrimento, o sinal de cada canal
alternadamente. Este modo é mais apropriado quando utilizamos uma frequência de
varrimento horizontal elevada
➔No modo CHOP, são representadas no ecrã as duas ondas alternadamente no
mesmo varrimento com uma frequência de comutação elevada. Este modo é mais
apropriado quando utilizamos uma frequência de varrimento horizontal baixa
➔Quando a frequência de varrimento horizontal do ecrã é muito baixa, ou muito
alta, certos osciloscópios comutam automaticamente para o modo CHOP, ou para o
modo ALT, respectivamente.
Comutador de canais

25
Canal Vertical
➔O amplificador de deflexão, amplifica o sinal proveniente dos andares anteriores, por forma a
produzir uma tensão de valor adequado (centenas de volts) a aplicar às placas de deflexão vertical e
assim provocar a deflexão vertical do feixe de electrões. A deflexão vertical do feixe é proporcional à
tensão das placas, e portanto, proporcional à tensão do sinal de entrada a visualizar.
O Amplificador de deflexão

26
Canal Horizontal
➔O Canal horizontal tem como função principal, produzir uma tensão adequada para a deflexão horizontal do
feixe de electrões no TRC, tornando possível operar com o osciloscópio em dois modos de funcionamento
distintos:
➔ No modo XY, a deflexão horizontal do feixe é feita por um dos sinais de entrada do canal vertical ou a
partir da entrada externa, permitindo visualizar um sinal em função de outro.
➔No modo tempo, a deflexão horizontal do feixe é feita pelo sinal em rampa de tensão gerado pela base
de tempo, permitindo visualizar um ou os dois sinais de entrada do canal vertical em função do tempo.
➔O canal horizontal é constituído pelas seguintes unidades principais:
➔A base de tempo, que através de um gerador de rampa de tensão, permite controlar a velocidade com
que o feixe faz o varrimento horizontal do ecrã.
➔O circuito de sincronismo, que comanda a base de tempo e assegura que o varrimento horizontal do
ecrã se inicie, através de um sinal de sincronismo seleccionado e quando este atinge um determinado nível
de tensão e declive.
➔O Amplificador Horizontal, que amplifica o sinal proveniente dos andares anteriores, por forma a
produzir uma tensão de valor adequado (centenas de volts) a aplicar às placas de deflexão horizontal e
assim provocar a deflexão horizontal do feixe de electrões no ecrã.

27
Canal Horizontal
Circuitos do canal horizontal
Impulsos de
Sincronismo
Comando da base de
tempo para o modo de
disparo ou para modo
automático
Sinal em rampa de tensão,
utilizado quando funcionamos no
modo tempo
Sinal utilizado quando
funcionamos no modo XY

28
Canal Horizontal
Base de tempo
➔A base de tempo, através de um gerador de rampa de tensão, permite controlar a velocidade com que o feixe
faz o varrimento horizontal do ecrã. Quando um sinal em rampa de tensão é aplicado às placas de deflexão
horizontal, o feixe deslocar-se-á ao longo do écran com velocidade constante. O varrimento é feito da esquerda
para a direita, quando estamos a observar o ecrã do osciloscópio de frente para este. O controlo TIME/DIV,
permite seleccionar a velocidade com que o feixe varre horizontalmente o ecrã, permitindo assim, alterar a escala
de tempo do eixo horizontal.
Ts - intervalo do varrimento
Tr – intervalo em que o feixe regressa à sua posição original
➔Durante o intervalo de tempo Tr, o feixe de electrões é apagado, através de uma sinal aplicado à grelha de
controle que regula a intensidade do feixe de electrões no TRC
O nível superior do sinal, corresponde à
deflexão horizontal do feixe no extremo
direito do ecrã
O nível inferior do sinal, corresponde à
deflexão horizontal do feixe no extremo
esquerdo do ecrã

29
Canal Horizontal
Base de tempo
➔A Base de tempo é comandada pelo circuito de sincronismo ou de disparo (trigger) para funcionar em
dois modos distintos, o modo de disparo e o modo automático.
➔No modo de disparo, o instante em que se inicia a geração do sinal em rampa de tensão pela base de
tempo, é determinado pelos impulsos de sincronismo vindos do circuito de sincronismo. Portanto, o circuito
de sincronismo, determina o inicio do varrimento horizontal do ecrã.
➔No modo automático, o circuito de sincronismo transmite um sinal de comando para que a base de
tempo funcione no modo automático. Nesta situação, a geração do sinal em rampa de tensão pela base de
tempo é repetido imediatamente após o sinal anterior ter terminado (onda em dente de serra). Assim, um
novo varrimento do ecrã é iniciado imediatamente após o anterior ter terminado.

30
Base de tempo no modo de disparo
Se o sinal de sincronismo for o próprio
sinal a visualizar e se for um sinal
periódico, o inicio de cada varrimento,
dá-se sempre no mesmo ponto do
sinal - sinal periódico estacionário no
ecrã
O início do sinal em
rampa de tensão é
comandado pelos
impulsos de sincronismo.
Canal Horizontal

31
Base de tempo no modo automático
O inicio de cada varrimento, dá-se
em pontos distintos do sinal
periódico a visualizar, quando a
frequência deste não for um múltiplo
inteiro da frequência de varrimento -
sinal periódico não estacionário no
ecrã
Canal Horizontal

32
Base de tempo no modo automático
O inicio de cada varrimento, dá-se
sempre no mesmo ponto do sinal
periódico a visualizar, quando a
frequência deste for um múltiplo
inteiro da frequência de varrimento -
sinal periódico estacionário no ecrã
Canal Horizontal

33
Circuito de sincronismo ou de disparo (Trigger)
Canal Horizontal
➔ Um sinal de disparo é gerado pelo circuito de sincronismo e transmitido à base de tempo, sempre que o sinal
de entrada no circuito de sincronismo atinge o nível de tensão seleccionado pelo comando LEVEL e de declive
seleccionado pelo comando SLOPE. O sinal de entrada no circuito de sincronismo é seleccionado através do
comando SOURCE, e normalmente, é o próprio sinal que pretendemos visualizar no ecrã.
➔O circuito de sincronismo tem dois modos principais de funcionamento distintos, o modo AUTO e NORMAL.
➔No modo NORMAL, quando as condições de disparo são reunidas, um sinal de disparo é gerado pelo
circuito de sincronismo e transmitido à base de tempo que inicia de imediato o varrimento horizontal do ecrã.
Se as condições de disparo não são reunidas, o sinal de disparo não é gerado e a base de tempo não inicia
o varrimento horizontal do ecrã, assim sendo, não é possível visualizar qualquer sinal no ecrã. A base de
tempo funciona sempre no modo de disparo.
➔No modo AUTO, quando as condições de disparo são reunidas, um sinal de disparo é gerado pelo
circuito de sincronismo e transmitido à base de tempo que inicia de imediato o varrimento horizontal do ecrã.
Nesta situação, a base de tempo funciona no modo de disparo. Se as condições de disparo não são
reunidas, o circuito de sincronismo após algum tempo de espera, comuta a base de tempo para funcionar no
modo automático.

34
Circuito de sincronismo - modo AUTO e modo NORMAL
Canal Horizontal

35
Canal Horizontal
Circuito de sincronismo - modo AUTO e modo NORMAL

36
Circuito de sincronismo - nível de disparo e declive
Canal Horizontal

37
Funcionamento no modo X-Y
➔Quando o osciloscópio funciona no modo X-Y, a deflexão horizontal do feixe já não é feita pela base de
tempo. Normalmente, selecciona-se o sinal do canal 1(x) para fazer a deflexão horizontal e o sinal do canal 2(y)
para a deflexão vertical.
➔Quando se aplicam simultaneamente tensões em forma de onda sinusoidal às placas de deflexão horizontal
e vertical, aparecem no ecrã do osciloscópio umas figuras, designadas por figuras de Lissajous
Onda sinusoidal
aplicada às placas
horizontais (x)
Onda sinusoidal
aplicada às placas
verticais (y)
Figura representada
no ecrã

38
➔Quando as tensões em forma de onda sinusoidal têm a mesma frequência, a figura visualizada tem a
forma de uma elipse, cuja excentricidade, depende do desfasamento entre os dois sinais. Podemos medir o
desfasamento entre dois sinais a partir destas figuras.
Sinais sinusoidais com
a mesma frequência

39
➔Quando as tensões em forma de onda sinusoidal têm frequências diferentes, mas múltiplas uma da outra,
a figura visualizada é mais complexa. Estas figuras podem ser utilizadas para medir a frequência de um sinal
por comparação com outro sinal de frequência conhecida
Sinal sinusoidal
de frequência f1
2
3
vertical
tangência
de
pontos
de
Nº
horizontal
tangência
de
pontos
de
Nº
f
f
2
1
=
=
Relação entre frequências:
No caso da figura apresentar extremos abertos, a tangente desenhada contra um extremo
aberto, conta como meia tangente.
Sinal sinusoidal
de frequência f2

40
Figuras de Lissajous para diferentes
relações de frequência e de fase

41
As Pontas de Prova
➔A ponta de prova serve para ligar o osciloscópio ao circuito em estudo sem o alterar, carregar ou perturbar. A entrada
vertical está ligada a um amplificador que apresenta uma impedância de entrada muito elevada (perto de 1 M) e uma
capacitância em paralelo de 12 a 47 pF. Para se fazer uma boa medição, deve ter-se em conta a impedância deste
amplificador. Nas pontas de prova podem ser seleccionados dois modos de funcionamento:
➔A Ponta de Prova Directa (x1), conecta directamente o sinal de entrada ao
osciloscópio
➔A Ponta de Prova de Alta Impedância (x10), conecta o sinal de entrada ao
osciloscópio atenuado de 10x

42
As Pontas de Prova
➔A Ponta de Prova Directa (x1), conecta directamente o sinal de entrada ao osciloscópio através um cabo
coaxial. Aqui há a adição da capacitância do cabo que pode ir até 50 pF à capacitância em paralelo do
osciloscópio, reduzindo a resposta em frequência, mas que não altera as medições em baixa frequência.
➔A Ponta de Prova de Alta Impedância (x10), conecta o sinal de entrada ao osciloscópio através de um
cabo coaxial, atenuando-o 10x.
Desde que bem compensada, a atenuação é independente da frequência e evita a sobrecarga do circuito
aumentado a impedância de entrada (diminui a capacitância de entrada e aumenta a resistência de 10x).
Compensação da ponta de prova de alta impedância (x10)
➔Para obter a correcta compensação da ponta de prova com atenuação, comece por colocar o comutador
da ponta de prova do osciloscópio em (x10) e de seguida, conecte-a ao terminal de calibração existente no
osciloscópio
➔Regule os controlos “TIME/DIV” e “VOLTS/DIV” de modo a poder visualizar a onda proveniente do
terminal de calibração (sinal rectangular de frequência elevada)
➔Regule o controlo existente na ponta de prova, deforma a visualizar a onda correspondente à correcta
compensação

43
As Pontas de Prova
Osciloscópio + Ponta de prova de alta impedância (x10)
Osciloscópio + Ponta de prova directa (x1)
Ri ΙΙ Ci
Ri=1 MΩ
Ci~12-47pF + 50 pF
Impedância de
entrada
Impedância de
entrada
Ri Total ΙΙ Ci Total
RS=9 MΩ
Ri=1 MΩ
RiTotal =10 MΩ
CiTotal = Ci / 10
Ponta de
prova de alta
impedância
compensada
RsCs=RiCi
Circuitos Equivalentes

44
As Pontas de Prova
Cálculo da impedância de entrada total, da Ponta de Prova de
Alta Impedância (x10) + Osciloscópio
s
s
s
i
i
i
Total
i
C
jwR
1
R
C
jwR
1
R
Z
+
+
+
=
Total
i
Z
e RsCs =RiCi
Total
i
Total
i
Total
i
i
s
i
s
i
i
s
s
i
i
s
s
i
i
s
s
s
i
s
s
i
i
s
i
Total
i
C
jwR
1
R
C
C
C
C
C
C
C
jwR
1
C
C
C
R
C
C
C
jwR
1
R
C
C
R
C
jwR
1
R
R
Z
+
=
+
+
+
+
=
+
+
=
+
+
=
Total
i
Total
i
Total
i
Total
i
C
jwR
1
R
Z
+
=
se Ri=1 MΩ e Rs=9 MΩ Ri Total=10 MΩ e Ci Total =Ci / 10
A equivalência só é válida se a
ponta de prova estiver compensada

45
As Pontas de Prova
➔A Ponta de Prova de Alta Impedância (x10), desde que bem compensada, a atenuação do sinal
desde a ponta de prova até à entrada do osciloscópio é independente da frequência.
Vi Vo
Vi- Tensão à entrada
da ponta de prova
Vo- Tensão à entrada
do osciloscópio
s
s
s
i
i
i
i
i
i
i
o
C
jwR
1
R
C
jwR
1
R
C
jwR
1
R
V
V
+
+
+
+
=
Com a Ponta de prova de alta impedância
compensada, temos
RsCs =RiCi
s
i
i
i
o
R
R
R
V
V
+
=
com Ri=1 MΩ e Rs=9 MΩ
10
1
V
V
i
o
= Atenuação de 10:1 e independente da frequência

46
Grandezas Eléctricas
Classificação das grandezas eléctricas

47
Grandezas Constantes
g

48
Grandezas Periódicas e Não Periódicas
g g
g

49
Grandezas Periódicas Alternadas
g g g

50
AC
o g
G
g +
=
g
o
G
o
G
AC
g
AC
g

51
Características das Grandezas
g

52
ou ainda por
2
2
rms
c
c
rms g
G
G +
=

=
T
o dt
g
T
G
0
1

=
T
rms dt
g
T
G
0
2
1
    =
+


+
=
+
=
= 


T
AC
AC
o
o
T
AC
o
T
rms dt
g
g
G
G
T
dt
g
G
T
dt
g
T
G
0
2
2
0
2
0
2
2
1
1
1
2
2
2
2
0 0 0
2
2
0
1
2
1
1
rms
rms AC
o
AC
o
T T T
AC
AC
o
o G
G
G
G
dt
g
T
dt
g
G
T
dt
G
T
+
=
+
+
=
+


+
=   

53
rms
P
G
G
FC =
Factor de crista: É um parâmetro que permite avaliar se um sinal apresenta formas de
onda mais ou menos aguçadas. Exprime-se pela razão entre o valor máximo e o valor eficaz
do sinal:
médio
g
Grms
=

Factor de forma: É um parâmetro que relaciona o valor eficaz com o valor absoluto do valor
médio do sinal. Exprime-se por:

55
Medida de Período e Frequência

56
Medida de desfasamento entre dois sinais (I)

57
Medida de desfasamento entre dois sinais (II)
)
(
P
1
1 
+
= t
w
sen
V
v
)
(
P
2
2 t
w
sen
V
v =





=
+
=




=
+
=
)
(
)
(
2
)
(
)
(
P
2
P
2
P
1
t
w
sen
V
y
t
w
sen
b
x
t
w
sen
V
y
t
w
sen
V
x 

As equações Paramétricas que
representam a figura de
Lissajous são:
Sinal no canal 1 (eixo dos xx ) :
Sinal no canal 2 (eixo dos yy ) :
Figura de Lissajous
Quando

=

+
=




=
+
=






=
+
=
)
(
b
a
)
2
(
b
a
2
)
(
b
a
)
(
0
)
(
2
b
2
a
P
2






sen
n
sen
n
t
w
t
w
sen
t
w
sen
V
t
w
sen





=
=
0
2
a
y
x
Temos sucessivamente,






=
b
a
arcsen


58
Seja um sinal periódico com componente continua e alternada expressa por
podemos determinar o valor da sua componente continua através de um osciloscópio, actuando nos
seus controlos da seguinte forma:
Medida da componente continua de um sinal (I)
1º - Conectar o sinal a um dos canais verticais (canal1 ou o canal2 do osciloscópio)
2º - Colocar o modo de acoplamento do canal vertical em DC e anotar o valor de pico do sinal
3º - De seguida passar o modo de acoplamento do canal vertical para AC e anotar o valor de pico do sinal
4º - Obter a componente continua do sinal, subtraindo ao valor de pico obtido em modo DC, o valor de pico
obtido em modo AC.
AC
g
G
g +
= 0
g
g

59
Seja um sinal periódico com componente continua e alternada expressa por
podemos visualizar e determinar o valor da sua componente continua através de um osciloscópio de
dois canais, actuando nos seus controlos da seguinte forma:
Medida da componente continua de um sinal (II)
1º - Conectar o sinal ao canal1 e ao canal2 do osciloscópio
2º - Centrar os traços do canal1 e do canal2 no centro do ecrã por meio dos controlos de posição horizontal
3º - Colocar o modo de acoplamento do canal1 em DC e o modo de acoplamento do canal 2 em AC invertido
4º - Accionar o controlo ADD, para obter a componente continua do sinal no ecrã
AC
g
G
g +
= 0
( ) ( ) 0
0 G
-g
g
G AC
AC =
+
+
g
g

60
Precauções quando efectuamos medidas com as
duas pontas de prova
Quando utilizamos o osciloscópio para medir simultaneamente duas grandezas utilizando as duas pontas de
prova, devemos tomar cuidado com a conexão dos terminais da massa de cada ponta de prova.
Internamente, o osciloscópio conecta os dois terminais da massa (garras pretas).
Assim, deve-se sempre tomar o cuidado de se ligar os dois terminais da massa no mesmo ponto do
circuito, ou então, liga-se apenas uma delas, ficando a outra desconectada. Caso contrário, o
osciloscópio irá conectar internamente dois pontos distintos do circuito, alterando a sua topologia e
consequentemente, vai alterar o valor das grandezas a medir.
Medição errada Medição correcta

Cap4 osciloscópio

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