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MultiSIM 7
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Aula02: O Osciloscópio
O Osciloscópio
É o instrumento usado para medir e visualizar formas de onda   de tensão, permitindo ver várias  formas de onda ao mesmo  tempo (dependendo do número de canais). Existem diversos tipos de osciloscópios  no MultiSIM 7. Daremos ênfase ao osciloscópio de dois canais.
A figura  1 mostra os símbolos usados na barra de instrumentos  e na área de trabalho.
       (  a )                           ( b )                   ( c )                       ( d )
Figura 1 -  ( a ) símbolo dos osciloscópios na barra  de instrumentos ( b ) osciloscópio de dois canais   ( c ) osciloscópio de quatro canais   ( d ) osciloscópio Agilent

O  Osciloscópio padrão de dois canais
Dando duplo clique no símbolo abrimos os osciloscópios.  A  figura2 o osciloscópio de dois canais aberto mostrando duas  formas de onda.


Figura 2 -  Osciloscópio de dois canais  aberto

Atenção !! A cor da forma de onda apresentada no osciloscópio  depende da cor do fio conectado à entrada do mesmo. Use sempre que possível  esse recurso.
A seguir  a descrição dos ajustes.

Base de Tempo (Timebase)
Os ajustes na base de tempo permitem controlar a escala do  osciloscópio na horizontal (tempo) quando Y/T (tensão em função  do tempo) é escolhido (é o caso mais comum).

Figura 3 -  A base de tempo (time base)

Escala (Scale): Aqui você escolhe a escala do eixo de tempo (horizontal)  em segundos. Na figura 3 está selecionado 10ms/Div. (cada divisão  na horizontal representa 10ms).

Figura 4 -  Escala horizontal com 10ms/Div

Obs:  A medida de tempo é feita contando o numero de divisões na horizontal  (N)e multiplicando pelo valor escolhido em Scale (ms/Div)

Medida=  Nxtempo/Div

X  Position: Provoca  deslocamento no eixo horizontal da forma de onda.
Y/T: Quando for feita essa seleção, na tela será  mostrada a forma de onda com tensão em função do tempo.  É o caso mais comum.
A/B: Quando for feita essa seleção, a tela mostrará  a composição das formas de onda em A e em B sendo A no eixo vertical  e B no eixo horizontal.
B/A: Quando for feita essa seleção, a tela mostrará  a composição das formas de onda em B e em A sendo B no eixo vertical  e A no eixo horizontal.
As  duas últimas opções são usadas quando desejamos  ver figuras de Lissajour.
Como exemplo seja uma forma de onda quadrada com freqüência  200 Hz (período 5ms)







Figura 5 -  ( a ) Forma de onda quadrada de 200 Hz ( b ) Ajustes  da base de tempo

Os canais  de entrada - Canal A e Canal B
Esse osciloscópio possui dois canais, de entrada desta forma  sendo possível mostrar até duas formas de onda simultaneamente.  Os ajuste aqui feitos permitem especificar uma escala para o eixo Y (eixo de  tensão), posicionar a forma de onda em relação ao zero  e escolher como conectar o sinal ao osciloscópio. A figura a seguir mostra  o osciloscópio de dois canais conectado a um gerador de funções  (XFG1) e a uma fonte de tensão senoidal (V1).


Figura 6 - Duas fontes de sinais conectadas ao osciloscópio  - os canais de entrada do osciloscópio

As chaves  de entrada
O osciloscópio tem três chaves que permitem selecionar  como o sinal é conectado ao amplificador vertical. A figura 7 mostra  a posição dessas chaves   e como elas agem internamente.


     ( a )                                                               ( b )
Figura 7 -  ( a ) Chaves de entrada do osciloscópio ( b ) Circuito  equivalente para as chaves de entrada

AC: Quando esta opção for selecionada (dar clique  no botão correspondente) o sinal será acoplado através  de um capacitor o que remove qualquer nível DC (Contínuo) que  o sinal tiver. Esta opção é adequada para ver somente a  componente alternada de um sinal,  como por exemplo o ripple de uma tensão retificada ou a  parte alternada de uma tensão no coletor de um amplificador classe A.
DC:  Quando esta opção  for selecionada o sinal será mostrado por completo (nível DC mais  componente alternada). É o caso mais comum.
0  (zero) ou GND: Em alguns  osciloscópios essa chave vem com o nome de GND. Nessa opção  a entrada é aterrada.É usada quando desejamos estabelecer a referencia  zero.
Y Position: Provoca o deslocamento no eixo vertical da forma de onda.

Ajustando adequadamente Volts/Div e Time/Div
Para obter uma boa visualização da forma de onda é  importante fazer ajustes adequados. A seguir é mostrado como efetuar os ajustes para uma boa visualização
. Seja um sinal senoidal  de freqüência 1KHz e amplitude 10 V de pico. Na seqüência  mostraremos diferentes ajustes para essa forma de onda.
Obs:  A medida de tensão é feita contando o numero de divisões  ocupado pelo sinal na vertical (N) e multiplicando pelo valor escolhido em Scale  (Volts/Div)

Medida de tensão =  NxVolts/Div

A medida de tempo é feita contando o numero de divisões que o sinal ocupa na horizontal (N) e multiplicando pelo valor escolhido em Timebase
(Tempo/Div).

Medida de tempo = NxTempo/Div


                         ( a )                                                      ( b )
Figura 8: -  ( a ) Forma de onda senoidal 10Vpico/1 kHz ( b ) Volts/Div=5 V

Se V/Div é aumentado a forma de onda na tela diminui, diminuindo a precisão da medida, figura 9.


Figura 9 -  ( a ) Forma de onda senoidal 10Vpico/1 kHz ( b ) Volts/Div=20V

Caso Volts/Div seja muito pequeno a forma de onda não aparecerá  totalmente na tela impossibilitando a medida, figura 10

                  ( a )                                          ( b )
Figura 10 - ( a ) Forma de onda senoidal 10Vpico/1 kHz ( b ) Volts/Div=2 V

A seguir diferentes ajustes da base de tempo para a mesma forma de  onda.


       ( a )                                                      ( b )
Figura 11 -  ( a ) Forma de onda senoidal 10Vpico/1 kHz ( b ) TimeBase  (Time/Div)=50 s/Div

Diminuindo  a base de tempo um menor número de ciclos será mostrado na tela,  eventualmente impedindo de ver a forma de onda.



Figura 12 -  ( a ) Forma de onda senoidal 10Vpico/1 kHz ( b ) TimeBase  (Time/Div)=50 s/Div


O gatilho do osciloscópio (Trigger)
O  nível do gatilho (trigger) determina as condições  de inicio da forma de onda na tela. A figura 13 mostra onde deve ser feito  o ajuste.
O nível de gatilho  é o valor da tensão no eixo Y que deve ser cruzado pela forma  de onda antes de ser mostrado na tela.
O  gatilhamento é normalmente feito pelo próprio sinal que esta sendo  mostrado (gatilho interno)ou pode ser usado um sinal externo (gatilho externo)  a ser conectado através da entrada T logo abaixo da entrada de terra  (G).
O botão Sing. permite visualizar uma única vez  a forma de onda na tela. Uma vez atingido o fim da tela, o traço não  variará mais até que Sing seja apertado  novamente.
O botão Nor. é usado para fazer a varredura normal do traço  toda vez que o nível de gatilho é encontrado. As figuras a seguir  mostram diversas formas de onda para diversos níveis de gatilho.
  
                               ( a )                                                                   ( b )                                                                         ( c )
Figura  13  - Formas de onda para diferentes niveis             de gatilho e borda de disparo (Edge Trigger) ( a ) 0 V borda de subida             ( b ) 1V borda de subida ( c ) 0 V borda de descida

Os cursores
São dois cursores, o curso 1 (vermelho) e o cursor 2 (Azul)  e são usados para medir com precisão tensão, diferença  de tensão entre os dois cursores, tempo e diferença de tempo entre  os dois cursores. A figura 14 mostra a tela com duas formas de onda e os dois  cursores.


Figura 14 - Medindo tensão e tempo com os cursores ( a ) tela com duas formas de onda ( b ) indicações dos cursores

Com relação à figura 14b temos:
T1: Medida de tempo com o cursor 1. Observar que o valor é em relação à origem. No exemplo temos T1=714,286ms
T2: Medida de tempo com o cursor 2. Observar que o valor é em relação à origem. No exemplo temos T2=1,811ms
T2 – T1: Diferença de tempo entre cursor 2 e cursor 1.
No exemplo temos T2-T1=1,097ms.

Canal A (Channel A):
A  medida de tensão feita pelo cursor 1, no canal A: No exemplo temos 11,055V
A  medida de tensão feita pelo cursor 2, no canal A. No exemplo temos  -7,904V
Diferença entre as medidas de tensões efetuadas pelos cursores no canal A. No exemplo –18,959V

Canal B (Channel B):
A  medida de tensão feita pelo cursor , no canal B 1: No exemplo temos –10,000V
A  medida de tensão feita pelo cursor 2, no canal B: No exemplo temos  -10,000V
Diferença entre as medidas de tensões efetuadas pelos cursores no canal B. No exemplo 0,000V

Reverso (Reverse) e Salvar ( Save)
Clicando em Reverso (Reverse) o fundo mudar de cor. Experimente.
Clicando em Salvar ( Save) as formas de onda da tela serão salvas como um arquivo ASCII.
Uma alternativa de ajuste para o osciloscópio é especificar o tempo de simulação. Indo em  Simular (Simulate) >>> Ajuste Padrão dos Instrumentos (Default  Instrument Setting) se abrirá a janela da figura 15, nesta existem vários ajustes que podem ser feitos:


Figura 15 - Janela de ajustes dos instrumentos (Default Instrument Setting)

Condições Iniciais (Initial Conditions): Existem quatro  opções para especificar as condições iniciais. Deixar  que as condições iniciais sejam automaticamente determinadas pela  simulação, impor condição inicial igual a zero,  definida pelo usuario e calcular o ponto de operação DC.
Em Analise dos Instrumentos (Instrument Analysis)  temos:
Tempo Inicial (Inicial time):  o mais comum é especificar zero.
Tempo Final (End time): o valor default é muito grande em termos de forma  de onda significa que a mesma ficará se deslocando quando a forma de  onda for mostrada na tela em  Auto.  Para parar você pode especificar um tempo final   ou usar sing como já explicado anteriormente.
Passo de tempo máximo (Maximum time step): é aqui que você especifica a precisão  do gráfico. Um valor muito pequeno dá uma maior precisão,  mas demora mais aumenta o tempo de simulação. Um valor grande  a sua forma de onda não sairá perfeita. Experimente mudar esse  valor  para ver o que acontece.
Para exemplificar consideremos  uma tensão senoidal de 1V de pico e frequncia 1KHz (1ms de periodo),  com os ajustes:
Condições Iniciais: Deixar que as condições iniciais sejam automaticamente  determinadas pela simulação.
Tempo Inicial: 0
Tempo Final: 0,001s (1ms)
A forma de onda aparecerá como na figura 16.


Figura 16 -  Forma de onda para os ajustes especificados acima em  Ajuste Padrão dos Instrumentos


O Osciloscópio de quatro canais
Os principais ajustes tais como base de tempo, volts/divisão  e outros, são iguais ao do osciloscópio de dois canais e portanto  não serão repetidos. A principal diferença   é que  deveremos selecionar  qual deve ser o canal ativo (observe que acima de Volts/Div temos o nome do  canal selecionado pela chave que está à direita) num determinado  instante, por exemplo na figura 17 o canal ativo é o A.


Figura 17 - 0  Osciloscópio de quatro canais  aberto – canal A selecionado


O Osciloscópio  Agilent
É um  osciloscópio  digital de 100 MHz, 2 canais para sinais analógicos e 16 canais para sinais  digitais, não está disponível em todas as versões.  A figura 18 mostra um Osciloscópio  Agilent conectado a um gerador de  funções.

Figura 18 -  Osciloscópio Agilent

Tem dois canais analógicos, e mais   16 canais digitais e quando aberto (duplo clique) apresenta a mesma interface  do osciloscópio real, figura 19.




Figura 19 -  Osciloscópio Agilent aberto e desligado

Para ver as formas de onda clicar  em Ligar/Desligar (Power). Iniciada a simulação e ligada a chave de Ligar/Desligar  basta efetuar os ajustes para que as formas de onda sejam visualizadas. A   figura 20  mostra as duas formas de onda.


Figura 20 -  Formas de onda   com a indicação de medidas relativas à fonte1  (source1)


Para  maiores detalhes do funcionamento deste osciloscópio clique  aqui
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