Um osciloscópio é um dispositivo que demonstra a intensidade da corrente, tensão, frequência e mudança de fase de um circuito elétrico. O dispositivo exibe a relação de tempo e intensidade do sinal elétrico. Todos os valores são mostrados usando um gráfico bidimensional simples.
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Para que serve um osciloscópio?
Um osciloscópio é usado por eletrônicos e radioamadores para medir:
- a amplitude do sinal elétrico - a relação entre tensão e tempo;
- analisar a mudança de fase;
- ver a distorção do sinal elétrico;
- com base nos resultados, calcule a frequência da corrente.
Apesar do osciloscópio demonstrar as características do sinal analisado, é mais utilizado para identificar processos que ocorrem em um circuito elétrico.Graças ao oscilograma, os especialistas recebem as seguintes informações:
- forma de um sinal periódico;
- valor da polaridade positiva e negativa;
- intervalo de mudança de sinal no tempo;
- a duração do semiciclo positivo e negativo.
A maioria dessas informações pode ser obtida com um voltímetro. No entanto, você terá que fazer medições com uma frequência de vários segundos. Ao mesmo tempo, a porcentagem de erros de cálculo é grande. Trabalhar com um osciloscópio economiza muito tempo na obtenção dos dados necessários.
O princípio de funcionamento do osciloscópio
Um osciloscópio faz medições usando um tubo de raios catódicos. Esta é uma lâmpada que foca a corrente analisada em um feixe. Ele atinge a tela do aparelho, desviando em duas direções perpendiculares:
- vertical - mostra a tensão em estudo;
- horizontal - mostra o tempo decorrido.
Dois pares de placas de tubos de raios catódicos são responsáveis por desviar o feixe. Aqueles que estão localizados verticalmente estão sempre energizados. Isso ajuda a distribuir os valores de polaridade. A atração positiva se desvia para a direita, a atração negativa se desvia para a esquerda. Assim, a linha na tela do instrumento se move da esquerda para a direita a uma velocidade constante.
Uma corrente elétrica também atua nas placas horizontais, o que desvia o indicador de tensão do feixe. A carga positiva está para cima, a carga negativa está para baixo. Assim, no visor do dispositivo aparece um gráfico bidimensional linear, que é chamado de oscilograma.
A distância que o feixe percorre da borda esquerda para a direita da tela é chamada de varredura. A linha horizontal é responsável pelo tempo de medição.Além do gráfico de linhas 2D padrão, também há varreduras circulares e espirais. No entanto, usá-los não é tão conveniente quanto os oscilogramas clássicos.
Classificação e tipos
Existem dois tipos principais de osciloscópios:
- analógico - dispositivos para medir sinais médios;
- digital - os dispositivos convertem o valor de medição recebido em um formato "digital" para posterior transmissão de informações.
De acordo com o princípio da ação, há a seguinte classificação:
- Modelos universais.
- Equipamento especial.
mais popular são dispositivos universais. Esses osciloscópios são usados para analisar vários tipos de sinais:
- harmônico;
- impulsos únicos;
- pacotes de impulso.
Os dispositivos universais são projetados para uma variedade de dispositivos elétricos. Eles permitem que você meça sinais na faixa de alguns nanossegundos. O erro de medição é de 6-8%.
Os osciloscópios universais são divididos em dois tipos principais:
- monobloco - têm uma especialização de medição comum;
- com blocos intercambiáveis - adapte a uma situação específica e tipo de dispositivo.
Dispositivos especiais são desenvolvidos para um determinado tipo de equipamento elétrico. Portanto, existem osciloscópios para sinal de rádio, transmissão de televisão ou tecnologia digital.
Dispositivos universais e especiais são divididos em:
- alta velocidade - usado em dispositivos de alta velocidade;
- memória - dispositivos que armazenam e reproduzem indicadores feitos anteriormente.
Ao escolher um dispositivo, você deve estudar cuidadosamente as classificações e tipos para adquirir um dispositivo para uma situação específica.
Dispositivo e principais parâmetros técnicos
Cada dispositivo tem um número das seguintes características técnicas:
- O coeficiente de erro possível ao medir a tensão (para a maioria dos dispositivos, esse valor não excede 3%).
- O valor da linha de base do dispositivo - quanto maior essa característica, maior o período de observação.
- Característica de sincronização, contendo: faixa de frequência, níveis máximos e instabilidade do sistema.
- Parâmetros do desvio vertical do sinal com a capacitância de entrada do equipamento.
- Valores de resposta ao degrau mostrando o tempo de subida e o overshoot.
Além dos valores básicos listados acima, os osciloscópios possuem parâmetros adicionais, na forma de uma característica de amplitude-frequência, o que demonstra a dependência da amplitude da frequência do sinal.
Os osciloscópios digitais também têm muita memória interna. Este parâmetro é responsável pela quantidade de informações que o dispositivo pode registrar.
Como as medições são feitas
A tela do osciloscópio é dividida em pequenas células chamadas divisões. Dependendo do dispositivo, cada quadrado será igual a um determinado valor. A designação mais popular: uma divisão - 5 unidades. Além disso, em alguns dispositivos, há um botão para controlar a escala do gráfico, para que seja mais conveniente e preciso para os usuários fazerem medições.
Antes de iniciar qualquer tipo de medição, você deve conectar o osciloscópio ao circuito elétrico. A sonda está conectada a qualquer um dos canais livres (se o dispositivo tiver mais de 1 canal) ou ao gerador de pulsos, se disponível no dispositivo. Após a conexão, várias imagens de sinal aparecerão no visor da unidade.
Se o sinal recebido pelo dispositivo for intermitente, o problema está na conexão da sonda. Alguns deles estão equipados com parafusos em miniatura que precisam ser apertados. Também em osciloscópios digitais, a ficção de posicionamento automático resolve o problema de um sinal intermitente.
Medição de corrente
Ao medir a corrente com um osciloscópio digital, você deve descobrir qual tipo de corrente precisa ser observado. Os osciloscópios têm dois modos de operação:
- Corrente Contínua ("DC") para corrente contínua;
- Corrente alternada ("AC") para variável.
A corrente contínua é medida com o modo "Corrente contínua" habilitado. As pontas de prova do dispositivo devem ser conectadas à fonte de alimentação diretamente de acordo com os pólos. O crocodilo preto junta-se ao menos, o crocodilo vermelho junta-se ao positivo.
Uma linha reta aparecerá na tela do dispositivo. O valor do eixo vertical corresponderá ao parâmetro de tensão constante. A força da corrente pode ser calculada de acordo com a lei de Ohm (tensão dividida pela resistência).
A corrente alternada é uma senóide, devido ao fato de que a tensão também é variável. Portanto, seu valor pode ser medido apenas em um determinado período de tempo. O parâmetro também é calculado usando a lei de Ohm.
Medição de tensão
Para medir a tensão de um sinal, você precisa do eixo de coordenadas verticais de um gráfico bidimensional linear. Por causa disso, toda a atenção será dada à altura da forma de onda. Portanto, antes de iniciar a observação, você deve ajustar a tela de forma mais conveniente para a medição.
Em seguida, transferimos o dispositivo para o modo DC. Anexamos as pontas de prova ao circuito e observamos o resultado. Uma linha reta aparecerá no visor do dispositivo, cujo valor corresponderá à tensão do sinal elétrico.
Medição de frequência
Antes de entender como medir a frequência de um sinal elétrico, você deve saber o que é um período, pois esses dois conceitos estão inter-relacionados. Um período é o menor período de tempo após o qual a amplitude começa a se repetir.
É mais fácil ver o período no osciloscópio usando o eixo horizontal do tempo. Só é necessário observar após que período de tempo o gráfico de linhas começa a repetir seu padrão. É melhor considerar o início do período como os pontos de contato com o eixo horizontal e o final da repetição da mesma coordenada.
Para medir mais convenientemente o período do sinal, a velocidade de varredura é reduzida. Neste caso, o erro de medição não é tão alto.
A frequência é um valor inversamente proporcional ao período analisado. Ou seja, para medir o valor, você precisa dividir um segundo de tempo pelo número de períodos que ocorrem durante esse período. A frequência resultante é medida em Hertz, o padrão para a Rússia é de 50 Hz.
Medição de mudança de fase
A mudança de fase é considerada - a posição relativa de dois processos oscilatórios no tempo. O parâmetro é medido em frações do período do sinal, de modo que, independentemente da natureza do período e da frequência, os mesmos deslocamentos de fase tenham um valor comum.
A primeira coisa a fazer antes da medição é descobrir qual dos sinais está atrás do outro e então determinar o valor do sinal do parâmetro. Se a corrente estiver adiantada, então o parâmetro de deslocamento do ângulo é negativo. No caso em que a tensão está adiantada, o sinal do valor é positivo.
Para calcular o grau de mudança de fase, você deve:
- Multiplique 360 graus pelo número de células da grade entre o início dos períodos.
- Divida o resultado pelo número de divisões ocupadas por um período de sinal.
- Escolha um sinal negativo ou positivo.
É inconveniente medir a mudança de fase em um osciloscópio analógico, porque os gráficos exibidos nas telas têm a mesma cor e escala. Para observações desse tipo, um dispositivo digital ou dispositivos de dois canais são usados para colocar diferentes amplitudes em um canal separado.
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