Osciloscópios digitais
(360)É difícil imaginar um engenheiro eletrotécnico que nunca tenha utilizado um osciloscópio. São instrumentos de medição multifuncionais e precisos, hoje em dia quase exclusivamente disponíveis em versões digitais. Nas últimas décadas, surgiram no mercado muitos modelos acessíveis (muitas vezes destinados a amadores, amadores e estudantes). Tendo em conta que a oferta da TME não se destina apenas a profissionais experientes, apresentamos de seguida as características gerais dos osciloscópios digitais, detalhando as suas funções e áreas de aplicação mais importantes.
Quem utiliza osciloscópios?
Os osciloscópios estão entre os instrumentos de medição mais importantes, pelo que a resposta a esta pergunta deveria ser: todos os que lidam com eletrónica. Um osciloscópio permite-lhe ver as alterações de tensão ao longo do tempo, permitindo-lhe analisar o funcionamento de circuitos elétricos e eletrónicos (por exemplo, fontes de alimentação e conversores), verificar o funcionamento de protótipos, realizar investigação e ensinar as leis elementares da física. No domínio da engenharia de rádio, cujas aplicações se expandem com o desenvolvimento de métodos de comunicação sem fios, é praticamente impossível trabalhar sem um osciloscópio, uma vez que este permite obter os parâmetros de funcionamento adequados de transmissores e recetores. No caso da eletrónica digital, os osciloscópios têm menos aplicações, sendo utilizados principalmente para detetar interferências, estudar sinais PWM e o funcionamento de conversores A/C e C/A, mas também é de salientar que as funcionalidades básicas dos osciloscópios estão em constante expansão, o que também é útil no campo da análise de protocolos de comunicação etc.
A diferença entre osciloscópios analógicos e digitais
Poucos engenheiros eletrónicos continuam a utilizar osciloscópios analógicos ( habitualmente devido ao hábito e ao custo), mas lembre-se que durante décadas foram a única opção disponível. O seu funcionamento baseava-se (para o dizer de forma muito simples) no processamento e amplificação de sinais elétricos, de modo a utilizar eletroímanes para dobrar o feixe de eletrões dirigido ao ecrã. As alterações das correntes nas bobinas do eletroíman (cíclicas para o eixo horizontal e dependentes da tensão de entrada para o eixo vertical) faziam mover o ponto onde os eletrões caíam na superfície do tubo de imagem. Ajustando a frequência com que a coordenada horizontal do ponto se altera na frequência do sinal, pode obter-se no ecrã um gráfico claro das alterações de tensão durante um determinado período de tempo. No caso dos osciloscópios digitais, como o nome indica, as medições são efetuadas através de conversores analógicos/digitais e os dados adquiridos são armazenados na memória e apresentados no ecrã não diretamente, mas através de software.
Vantagens e características dos osciloscópios digitais
Uma vez que os resultados das medições são armazenados como dados nos osciloscópios digitais, podemos processá-los em software e através de circuitos lógicos. Isto permite a criação de dispositivos com uma ampla gama de medição e uma análise detalhada dos valores obtidos. Esta análise é efetuada através de várias funcionalidades:
Registar o gráfico de tensão e visualizá-lo
Ao contrário dos dispositivos analógicos, os osciloscópios digitais podem registar até um único impulso porque o sinal que está a ser medido não tem de ser periódico. No entanto, também é possível registar os valores de tensão em tempo real, enquanto o software fornecerá automaticamente os pontos máximos e ajustará o período de amostragem. Também é possível ampliar partes do gráfico e ajustar a sua escala separadamente para cada canal.
Funcionalidades de medicação e análise
As funções básicas dos osciloscópios digitais permitem medições de tensão e frequência, bem como operações matemáticas sobre valores e curvas selecionados, permitindo verificar fases, sinais de relógio ou PWM. A função FFT é também comum nos dispositivos (Fast Fourier Transform), que permite que o osciloscópio atue como um analisador de espetro (de modo a que perturbações, ruído e outros sinais possam ser identificados num largo espetro de frequências, entre outras coisas).
Capacidades de ativação
Os osciloscópios digitais oferecem ao utilizador amplas possibilidades em termos de definições de acionamento, ou seja, a determinação das condições após as quais a medição será iniciada. As definições nesta categoria incluem exceder o nível definido, impulso, deteção de uma extremidade ascendente ou descendente e até curvatura. Os dispositivos estão também equipados com um controlo do período "hold" ou "dead", ou seja, uma função Holdoff Control. Graças a esta estrutura, o osciloscópio pode ser utilizado para a observação de partes específicas da forma de onda, anomalias e até mesmo monitorizar linhas de comunicação em série.
Comunicação e transmissão de dados
O software informático específico é mais utilizado para agregar e analisar grandes quantidades de dados. Para permitir a importação de dados do osciloscópio, estes dispositivos estão equipados com interfaces de comunicação padrão (USB, Ethernet, por vezes até WiFi). Isto permite-lhe não só descarregar informação, mas também observar medições em tempo real e até controlar à distância o osciloscópio. Este tipo de dispositivo é particularmente útil em condições de investigação laboratorial e na fase de prototipagem, especialmente se for realizado por equipas de engenheiros, caso em que os aspetos mais importantes do trabalho incluem a partilha dos resultados do trabalho levado a cabo.
Sondas e acessórios
Uma outra extensão das aplicações do osciloscópio são sondas especializadas para analisar várias quantidades e desempenho de fontes de energia e sinais. Estas incluem sondas: passivas (típicas), equipadas com interrutor do fator de amortecimento (ou seja, com um divisor de tensão que limita a sensibilidade ao ruído), de corrente (para registar as alterações de corrente), diferenciais (utilizadas principalmente para medir valores de alta tensão nas linhas elétricas) e ativas (que podem oferecer funcionalidades adicionais ou uma gama alargada de frequências testadas).
Interface baseada em software
Uma grande vantagem dos osciloscópios digitais é a sua interface completa, que não só amplia as capacidades dos dispositivos, mas também os torna mais fáceis de utilizar. Em primeiro lugar, o ecrã de resolução relativamente alta torna possível mostrar informações detalhadas, bem como "dicas" e explicações sobre funções individuais. Em segundo lugar, a utilização de matrizes tácteis torna a operação do osciloscópio quase intuitiva. Em terceiro lugar, o utilizador pode adaptar o funcionamento do dispositivo às suas necessidades, por exemplo, guardando as definições para medições frequentemente repetidas. Por último, deve também ser salientado que os fabricantes oferecem frequentemente patches de software para os seus osciloscópios, melhorando a sua funcionalidade e precisão; pacotes de firmware separados estão por vezes disponíveis por uma taxa adicional e oferecem uma expansão significativa das capacidades dos dispositivos.
Funcionalidades adicionais
Os osciloscópios modernos são equipamentos de laboratório cujas capacidades vão muito para além da medição. Muitas vezes têm incorporados geradores de funções com várias formas de onda, podem descodificar sinais de protocolos de comunicação e até mesmo servir como analisadores lógicos (registando o estado de várias linhas durante um período de tempo relativamente longo). Estas funcionalidades são especialmente úteis quando se trabalha com eletrónica digital.
A utilização de osciloscópios digitais
As funções acima mencionadas permitem que os osciloscópios sejam utilizados em muitas áreas; também se tornaram dispositivos mais acessíveis. Além disso, mesmo os modelos básicos são caracterizados por uma elevada frequência de funcionamento, boa resolução e exatidão. Graças a este facto, não só o campo de aplicação dos osciloscópios se expandiu, como também o número dos seus utilizadores.
Testes e manutenção de circuitos eletrónicos
Um domínio em que os osciloscópios são equipamentos indispensáveis é o design e reparação de dispositivos eletrónicos. Nesta atividade, o mais importante é obter os valores corretos de tensão, corrente e frequência previstos durante o processo. O osciloscópio permite-lhe detetar desvios dos parâmetros de funcionamento corretos, identificar falhas ou hipóteses incorretas feitas na fase de conceção.
Análise de sinais em telecomunicações
As especificações de funcionamento permitidas dos dispositivos e componentes são rigorosamente estabelecidas pelas normas de comunicações e telecomunicações. No caso de interferências ou mesmo de erros, o osciloscópio permite detetar as causas desta ocorrência - localizar a fonte da interferência, medir os tempos de transmissão dos sinais, os valores de tensão adequados entre linhas, etc.
Qualidade da fonte de energia
Outro importante domínio de aplicação dos osciloscópios digitais é a investigação das fontes de energia e da qualidade da energia. Estas são atividades tipicamente realizadas no âmbito da manutenção e inspeção de instalações industriais, especialmente parques de máquinas onde funcionam sistemas automatizados. Neste caso, os osciloscópios são utilizados para verificar as tensões presentes nas linhas de alimentação ou nas saídas dos inversores, bem como as correntes fornecidas aos componentes individuais, para garantir o funcionamento ótimo do sistema e a segurança dos operadores das máquinas.
Desenvolvimento e investigação
Uma vez que os osciloscópios digitais se caracterizam não só pela sua multifuncionalidade, mas também pela sua elevada sensibilidade, são largamente utilizados na investigação laboratorial, nos centros de desenvolvimento e nas universidades. É claro que são utilizados nos domínios da física, engenharia elétrica, engenharia de rádio, mas também nas áreas da química, astronomia e medicina - praticamente todas as especialidades em que o equipamento eletrónico desempenha um papel cada vez mais preponderante.
Educação
Em suma, os osciloscópios são uma excelente ferramenta educativa. Graças a esta ferramenta, alunos e estudantes podem analisar e "observar" melhor o curso da corrente elétrica, algo que é difícil de exemplificar e que muitas vezes é lecionado com base em teoria pura, o que nem sempre produz resultados satisfatórios.
Armazém:
