Osciladores

O osciloscópio é um instrumento (de medição) que permite visualizar graficamente sinais eléctricos. Na maioria das aplicações, o osciloscópio mostra como é que um sinal elétrico varia no tempo. Neste caso, o eixo vertical (YY) representa a amplitude do sinal (tensão) e o eixo horizontal (XX) representa o tempo. A intensidade (ou brilho) da tela é ás vezes chamada de eixo dos ZZ (Figura 1).

Figura 1: Eixos X-Y-Z num osciloscópio ([Tektronics, 1997a])

Um gráfico deste tipo poderá dizer-nos diversas coisas acerca de um sinal, nomeadamente:

• Permite determinar valores de tensão e temporais de um sinal.

• Permite determinar a frequência de um sinal periódico.

• Permite determinar a componente contínua (CC) e alternada (CA) de um sinal.

• Permite detectar a interferência de ruído num sinal e, por vezes, eliminá-lo.

• Permite comparar dois sinais num dado circuito, nomeadamente a entrada e a saída, permitindo tirar as mais variadas conclusões, tais como se um dado componente está danificado.

Outras potencialidades surgem na utilização do modo ‘xy’, bem como nos osciloscópios digitais, que incorporam muitas funcionalidades adicionais.

O painel frontal do osciloscópio tem os comandos divididos em grupos, organizados segundo a sua funcionalidade. Existe um grupo de comandos para o controlo do eixo vertical (amplitude do sinal), outro para o controlo do eixo horizontal (tempo) e outro ainda para controlar os parâmetros (intensidade, focagem, etc.).

O osciloscópio utilizado no Laboratório de Instrumentação e Medidas Eléctricas ([Hitachi, 1990]), representado na Figura 2, é um exemplo clássico de um osciloscópio analógico.

Figura 2: Osciloscópio do laboratório ([Hitachi, 1990])

1.1. Aplicações

O osciloscópio é utilizado por diversos profissionais, num sem número de aplicações, tão variadas como a reparação de televisores, a análise do funcionamento das unidades eletrônicas de controle dos automóveis, a análise de vibrações (de um motor, por exemplo), o projeto de circuitos de condicionamento de sinal (para sistemas de instrumentação, por exemplo) ou sistemas biomédicos.

Figura 3: Medição de luminosidade por intermédio de um transdutor (célula fotoeléctrica) ([Tektronics, 1997a])

A utilidade do osciloscópio não se limita ao mundo da eletricidade/eletrônica. Com o transdutor apropriado, o osciloscópio poderá utilizar-se para visualizar e medir qualquer tipo de grandeza física. Um transdutor é um dispositivo que cria um sinal eléctrico a partir de um estímulo de outro tipo de grandeza, tal como som, luz ou calor (caso da célula fotoelétrica apresentada na Figura 3).

Embora os osciloscópios digitais permitam analisar sinais transitórios (que só acontecem um vez), tal como os apresentados na Figura 4 (degrau (step) e impulso (pulse)), o osciloscópio é, por princípio, um instrumento de medição adequado a medir (analisar) sinais periódicos.

Figura 4: Sinais não periódicos (degrau e impulso) ([Tektronics, 1997a])

Os sinais periódicos, também denominados de ondas, representam a variação de grandezas que se repetem (periodicamente) no tempo. São exemplos típicos as ondas sinusoidais (sine wave) e sinusoidais amortecidas (damped sine wave),

Figura 5: Ondas sinusoidal e sinusoidal amortecida ([Tektronics, 1997a])

As ondas quadradas (square wave) e rectangulares (rectangular wave):

Figura 6: Ondas quadrada e rectangular

E as ondas triangulares (triangle wave) e de dente de serra (sawtooth wave):

Figura 7: Ondas dente de serra e triangular ([Tektronics, 1997a])

Quanto à proveniência destes tipos de ondas, os exemplos da Figura 8 são elucidativos. Podem ver-se a forma sinusoidal da tensão disponível numa tomada de energia, os impulsos (digitais) que circulam no interior de um computador, os sinais eléctricos do sistema eléctrico de um automóvel (do sistema de ignição, por exemplo) e a onda em dente de serra utilizada para fazer o varrimento horizontal num televisor.

Figura 8: Fontes de sinais ([Tektronics, 1997a])

1.2. Grandezas Elétricas Mensuráveis

A nível das grandezas (elétricas) que podem ser medidas através de um osciloscópio, as mais comuns são as seguintes:

Período e Frequência

Se um sinal se repete no tempo, ele tem uma frequência de repetição. Esta frequência (f) é medida em Hertz (Hz) e é igual ao número de vezes que o sinal se repete por segundo (número de ciclos por segundo). Analogamente, um sinal periódico tem um período (T), que é o tempo que o sinal leva a completar um ciclo.

O período e a frequência são inversos um do outro, isto é, f = 1/ T. A Figura 9 serve como exemplo, onde a onda sinusoidal tem um período de 1/3 de segundo, correspondendo a uma frequência de 3 Hz.

Figura 9: Período e frequência ([Tektronics, 1997a])

Amplitude (de tensão)

Com um osciloscópio podem medir-se amplitudes de sinais, nomeadamente amplitudes de pico e pico-a-pico. A forma de onda apresentada na Figura 10 tem uma amplitude (de pico) de 1 V e uma amplitude pico-a-pico de 2 V.

Figura 10: Fase de uma onda sinusoidal ([Tektronics, 1997a])

Desfasamento

Para entender o que é o desfasamento