Relatório - Gerador Osciloscópio

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GERADOR DE FUNÇÕES E OSCILOSCÓPIO

 

João Pedro – 21501260

Lucas Henrique – 21501605

Marcos Vinícius – 21501729

 

Brasília, março de 2017

Gerador de funções e osciloscópio

Resumo.  O gerador de funções é um aparelho que gera voltagens variáveis com o tempo. As voltagens geradas são periódicas com período T, frequência f e amplitude V0. As ondas geradas podem ser quadradas, triangulares ou senoidais. O osciloscópio é um instrumento usado para visualizar e medir voltagens que variam com o tempo.

Palavras chave: gerador de funções, osciloscópio, voltagem, frequência, onda, amplitude, terra.

Introdução

1. Gerador de funções

Para analisarmos circuitos com voltagens que variam com o tempo, usaremos um dispositivo chamado gerador de funções ou gerador de sinais. O gerador de função é um aparelho que gera voltagens variáveis com o tempo. As voltagens geradas são periódicas de período T, frequência f e amplitude V0.

As funções geradas são chamadas forma de onda e podem ser de três tipos: quadrada, triangulas ou senoidal. A voltagem gerada pode ter valores positivos ou negativos em relação a uma referência chamada GND ou terra.

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Figura 1 - Gerador de funções

O gerador de funções da Figura 1 é igual ao usado em laboratório. O botão de liga-desliga se encontra no painel traseiro do aparelho. No visor encontramos o mostrador da frequência selecionada e o mostrador da amplitude do sinal gerado em V ou mV. A chave WAVE permite selecionar a forma de onda desejada, que pode ser senoidal, triangular e quadrada. A chave RANGE é usada para selecionar a escala de frequência de saída do gerador. A chave RUN deve ser pressionada após a seleção da forma de onda e da escala de frequência. A chave AADJ controla a amplitude do sinal de saída. A chave FADJ permite variar continuamente a frequência do sinal dentro do limite de cada escala selecionada pela chave RANGE. A saída OUT é utilizada para conexão de um cabo BNC.

Em um circuito, o gerador de funções é representado pelo símbolo mostrado na Figura 2. A forma de onda gerada é representada dentro do círculo.

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Figura 2 - Representação do gerador de funções em um circuito

1. Osciloscópio

O osciloscópio é um instrumento empregado para visualizar e medir voltagens que variam com o tempo. O primeiro osciloscópio foi construído em 1897 pelo alemão Karl F. Braun, ganhador do Nobel de física em 1909. Basicamente, o aparelho é formado por um tubo de raios catódicos e por circuitos que fazem com que um feixe de elétrons seja defletido de acordo com o sinal elétrico injetado. O sinal é mostrado numa tela fosforescente. A figura 3 mostra um sinal senoidal visto na tela de um osciloscópio.

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Figura 3 - Sinal senoidal visto na tela do osciloscópio

A figura 4 mostra o esquema de um osciloscópio semelhante ao que usaremos em nossas medidas. A descrição detalhada de todas as funções do osciloscópio foge aos nossos objetivos. A seguir, discutiremos apenas as funções mais relevantes para nossos experimentos.

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Figura 4 - Representação do painel frontal de um osciloscópio

O mostrador do osciloscópio é representado na Figura 6.4 pelo retângulo à esquerda. O mostrador possui uma grade para que o operador possa medir o tempo ao longo do eixo horizontal e a voltagem ao longo do eixo vertical. A tela do osciloscópio é feita de material fosforescente que converte a energia do feixe de elétrons em luz visível. A intensidade luminosa na tela é controlado pela chave 2 na figura acima. Verifique sempre a intensidade quando ligar o osciloscópio.

Em geral, um osciloscópio possui duas entradas para voltagens independentes e uma série de chaves e botões para o ajuste do sinal na tela. Essas entradas são chamadas de canais (CH1 e CH2), e estão representados pelos números (7) e (14) na Figura 4.

 Em cada canal é possível definir uma escala para a leitura dada em Volts/Div (volts por divisão ). Essa escala indica que voltagem corresponde a uma divisão vertical do quadrado de 1 cm de lado do mostrador. Por exemplo, se a escala selecionada para a medida foi de 5 Volts/Div, cada retículo no mostrador terá altura de 5 V. A seleção da escala é feita girando o seletor (8) mostrado na figura. Também é possível ajustar continuamente a escala através da chave (9) para o CH1 e (17) para o CH2. Neste caso, a relação Volts/Div selecionada não é mais válida, e portanto, é importante que estas chaves estejam travadas durante a medida.

 Podemos fazer três tipos de leitura em cada canal: GND, DC e AC, utilizando os botões (6) para CH1 e (13) para CH2. Se a opção escolhida for GND, o canal estará ligado à terra, e portanto a ddp será nula, aparecendo como uma linha horizontal na tela do osciloscópio. Utilize essa opção para determinar na tela a posição do potencial zero. Quando a opção AC é escolhida, o sinal é submetido a um filtro que corta frequências inferiores a 10 Hz. A opção DC fará com que apareça na tela uma eventual voltagem constante, somada ao potencial variável.

 Para cada canal, existe ainda uma chave utilizada para mudar a posição de referência dos sinais, deslocando-os para cima ou para baixo. Essa chave é chamada position, indicada por (11) na figura. Também é possível descolar a imagem do sinal para a esquerda ou para a direita através da chave (19).

 Nos osciloscópios do nosso laboratório, é possível observar até dois sinais independentemente. Pode-se escolher visualizar no mostrador apenas o sinal do CH1, apenas o sinal do CH2, ou ambos. Essa seleção é feita pela chave (12).

 Para ajustar o intervalo de tempo em que o sinal é visualizado, usamos a chave (24). A escala de tempo é dada em Tempo/Div (s/Div, ms/Div ou μs/Div). Assim como no caso da voltagem, a escala de tempo indica o tempo correspondente a uma divisão horizontal do quadrado de 1cm de lado. Quando a chave seletora está posicionada em 1ms/Div, por exemplo, cada retículo (Div) do mostrador terá largura equivalente a 1ms.

 Quando dois sinais estão sendo exibidos simultaneamente, existe a opção de observamos na tela do osciloscópio o sinal do CH2 em função do sinal do CH1. Essa função é obtida selecionando a opção X-Y no painel direito do osciloscópio.