Lição do Teach
Fundamentos do laboratório de eletrônica (6/7): torne uma forma de onda legível e estável
Os estudantes aprendem escala vertical, base de tempo, disparo, comparação entre dois canais e medição pela retícula usando traços reais do osciloscópio Hive.
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Objetivos de aprendizagem
Relacionar a escala vertical à tensão e a escala horizontal ao tempo.
Estimar tensão pico a pico, período e frequência usando a retícula.
Explicar fonte, nível e borda do disparo em nível introdutório.
Usar dois canais com uma referência comum para comparar os sinais de entrada e saída.
Visualização da atividade do estudante
Conteúdo da atividade
Apenas visualização. Em uma sessão de aula, os estudantes podem preencher respostas e entregar o trabalho ao professor.
1 · Um traço ruim não prova que o circuito está com defeito
6 min
Um osciloscópio transforma a tensão em um gráfico: a tensão aparece no eixo vertical e o tempo, no horizontal. Porém, um sinal normal pode parecer plano, cortado, fora da tela ou instável quando os ajustes de exibição estão errados. Antes de substituir um componente, um engenheiro verifica se o osciloscópio está mostrando o sinal de modo adequado.
Esta aula apresenta os controles de exibição passo a passo e depois usa dois canais reais do Hive para comparar a entrada e a saída de um circuito. Não é necessária nenhuma aula anterior sobre osciloscópio.
Um osciloscópio de laboratório
Os controles podem parecer numerosos, mas três perguntas orientam o primeiro ajuste: quantos volts cabem no eixo vertical? Quanto tempo cabe no eixo horizontal? Qual evento estabiliza cada varredura?
Teoria opcional: os terras dos osciloscópios de bancada costumam ser compartilhados
Não é necessário usar um osciloscópio físico; todas as observações obrigatórias ocorrem no Hive. Em um futuro laboratório supervisionado de baixa tensão com uma fonte isolada aprovada, lembre-se de que, em um osciloscópio de bancada comum referenciado à terra, as garras de terra dos canais são conectadas internamente e normalmente ligadas ao terra de proteção. O comum de um gerador de bancada também pode estar ligado ao terra de proteção. Com as saídas desativadas, identifique a referência do circuito e consulte os manuais dos instrumentos antes de conectar os terras. Nunca prenda a garra de terra do osciloscópio à rede elétrica, a um nó desconhecido ou a um circuito flutuante/de alta energia, a menos que o laboratório tenha aprovado um método de medição isolado ou diferencial com especificação adequada.
Um sinal de 5 Vpp parece quase plano porque a faixa vertical está ajustada para 50 V/div. O que você deve tentar antes de modificar o circuito?
2 · Ajuste as escalas dos eixos e estabilize a varredura
8 min
Escala vertical: volts por divisão
Se uma forma de onda ocupa quatro divisões verticais em 0,5 V/div, então:
Vpp = 4 divisões × 0,5 V/div = 2,0 Vpp.
Um valor menor de V/div mostra uma pequena variação de tensão como um deslocamento maior. Se o valor for pequeno demais, o traço ultrapassa a tela e fica cortado.
Escala horizontal: segundos por divisão
Se um ciclo ocupa 2,5 divisões horizontais em 2 ms/div, então:
T = 2,5 divisões × 2 ms/div = 5 ms; portanto, f = 1/0,005 s = 200 Hz.
Um valor menor de s/div amplia um intervalo de tempo menor. Isso não altera a frequência real do sinal.
Disparo: o evento inicial que se repete
O disparo informa ao osciloscópio quando começar a desenhar cada varredura. Um disparo por borda introdutório precisa de:
- fonte: qual canal observar;
- nível: qual cruzamento de tensão usar como evento;
- borda: cruzamento de subida ou de descida.
Para uma senoide estável no canal 1, um disparo pelo canal 1 próximo do centro da forma de onda e com borda de subida é um bom ponto de partida. O nível de disparo é uma condição do osciloscópio; ele não é uma tensão fornecida ao circuito.
Três grupos de controles
A escala torna o traço legível. O disparo faz com que os ciclos repetidos apareçam em uma posição horizontal consistente.
Cada canal também tem um marcador de referência de 0 V. Identifique esse marcador antes de interpretar o deslocamento CC ou a polaridade. O Vpp continua sendo medido do mínimo ao máximo da forma de onda; o traço não precisa estar centralizado em 0 V para que a altura pico a pico seja medida corretamente.
Um ciclo ocupa 4 divisões em 0,5 ms/div. Calcule o período em segundos e, depois, a frequência.
A forma de onda está visível e com tamanho adequado, mas se desloca lateralmente entre as varreduras. Qual grupo de controles é mais relevante?
3 · Compare dois canais reais
10 min
O circuito preparado aplica uma senoide a uma rede RC passa-baixas. O canal 1 mostra a entrada; o canal 2 mostra a saída. Os dois canais usam o mesmo terra do circuito. Esta configuração usa aproximadamente 1 kΩ e 1 µF. Em 160 Hz, um modelo ideal de primeira ordem prevê uma razão entre as magnitudes de saída e entrada próxima de 0,705. Essa é uma comparação específica deste circuito, não uma razão RC universal. As leituras reais e as estimativas visuais variam.
O osciloscópio Hive está configurado com acoplamento CC, atenuação 1×, disparo por borda de subida pelo canal 1 próximo de 0 V e modo de disparo automático. Se algum desses controles não estiver disponível na sua interface, escreva não disponível para inspeção e registre o ajuste exibido ou informado.
Torne legíveis as duas formas de onda RC
Abra o Hive e aguarde o circuito RC salvo.
Abra o Gerador de funções e confirme uma senoide próxima de
160 Hz, aproximadamente5 Vppe deslocamento de0 V. Não a modifique.Abra o Osciloscópio e mantenha os canais 1 e 2 visíveis.
Identifique o marcador de
0 V, a escala vertical exibida e o acoplamento de cada canal; depois identifique o ajuste horizontal de tempo por divisão.Use o canal 1 como fonte do disparo, com nível próximo do centro da forma de onda e borda de subida, ou mantenha o ajuste salvo equivalente que produza um traço estável. Registre o modo de disparo.
Selecione Realizar medição (
Realizar medición) uma vez.Se algum traço estiver cortado ou muito pequeno, ajuste a escala vertical desse canal. Se houver poucos ciclos ou ciclos demais na tela, ajuste a escala horizontal de tempo. Repita a medição depois de alterar um ajuste.
Estime o
Vppde cada canal por divisões do mínimo ao máximo × volts/div e estime o período por divisões × tempo/div. Registre junto aos valores os ajustes usados.
Preencha exatamente duas linhas, uma por canal. Se o osciloscópio fornecer uma medição automática, você pode usá-la, mas ainda deve registrar a escala da tela. Exemplo apenas de formato: CH1 — entrada | 1 V/div | 5 divisões | 5 Vpp | 2 ms/div | 3,125 divisões | 6,25 ms. Isso significa 5 divisões × 1 V/div = 5 Vpp e 3,125 divisões × 2 ms/div = 6,25 ms. Substitua todos os valores pelo que você observar. Deixe as linhas em branco adicionais sem uso.
Registro do osciloscópio em dois canais
Preencha uma linha para a entrada do canal 1 e uma para a saída do canal 2. Registre as escalas usadas, as divisões contadas, o Vpp calculado e o período.
| Canal e sinal | Escala vertical V/div | Altura pico a pico divisões | Vpp calculado V | Escala horizontal ms/div | Largura de um ciclo divisões | Período calculado ms |
|---|---|---|---|---|---|---|
Registre as informações de ajuste comuns aos dois traços do Hive: acoplamento, atenuação da ponta de prova ou do canal, posição do marcador de 0 V e fonte, borda, nível e modo do disparo. Para qualquer controle que você não consiga inspecionar na interface do Hive, escreva não disponível para inspeção e registre o ajuste exibido ou informado.
Calcule CH2 Vpp ÷ CH1 Vpp. Digite a razão sem unidade e depois explique o que ela informa sobre a saída em comparação com a entrada. Use os dois valores da sua tabela.
Compare os canais 1 e 2. Indique o que permaneceu aproximadamente igual e o que mudou, usando pelo menos um período e os dois valores de Vpp.
4 · Teoria opcional: diagnostique a tela de um osciloscópio físico
6 min
Não é necessário usar osciloscópio nem ponta de prova físicos. Em um futuro laboratório supervisionado, siga esta ordem:
- Com as fontes desativadas, identifique a referência comum aprovada do circuito. Consulte os manuais para confirmar se os terras do osciloscópio e o comum do gerador estão ligados ao terra de proteção; depois conecte todas as garras de terra somente a essa referência.
- Use acoplamento CC quando precisar observar tanto a variação CA quanto o deslocamento CC. O acoplamento CA remove intencionalmente o componente constante da exibição.
- Para sinais comuns de baixa tensão em laboratório, uma ponta de prova
10×é um bom ponto de partida porque carrega menos o circuito; ajuste a chave da ponta e a configuração do canal para o mesmo fator. Uma ponta10×não torna segura uma tensão perigosa. Use1×somente quando sua carga, largura de banda e tensão nominal forem adequadas e nunca ultrapasse os limites da ponta e do osciloscópio. - Escolha uma escala vertical que acomode o sinal sem deixá-lo minúsculo.
- Escolha uma escala de tempo que mostre alguns ciclos.
- Faça o disparo pelo canal e pela borda que deseja estabilizar.
- Registre o fator da ponta, o acoplamento, as escalas, o disparo e o valor medido.
Associe cada sintoma a uma primeira verificação sensata da exibição. Selecione todas as associações corretas.
Usando a evidência do Hive e a teoria acima, escreva um registro compacto do ajuste do osciloscópio que outro estudante possa reproduzir mais tarde para o seu traço do canal 1.
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