“Calibração de um Osciloscópio Analógico”
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1. dois fen menos interessantes i e 1 A persist ncia das imagens na vis o humana i e a propriedade da vis o manter a imagem durante uma fra o de segundo al m da exist ncia real do est mulo luminoso 2 A propriedade dos compostos de f sforo de converter parte da energia do feixe de el trons em luz por fosforesc ncia lt 10 s Assim a luz emitida pelo ponto do feixe na tela permanece por mais algum tempo sem o est mulo Para facilitar a leitura e a quantifica o dos sinais na tela do oscilosc pio uma grade reticular gravada e pode aparecer sobreposta tela Em alguns modelos de oscilosc pio o ret culo torna se luminoso sob o efeito de uma ilumina o interna control vel Um dos cuidados serem tomados durante as medidas evitar os erros de paralaxe que podem ocorrer quando s o utilizados alguns modelos de oscilosc pio nos quais a tela de f sforo e a grade reticular se encontram montadas em planos paralelos relativamente distantes Consideremos agora a descri o dos principais controles do oscilosc pio MINIPA MO 1221S A figura 2 apresenta uma foto do painel do oscilosc pio mostrando os bot es de controle do eixo horizontal X varredura de tempo ORIZON fi Figura 2 Bot es de controle de varredura horizontal do oscilosc pio Minipa MO 1221S O bot o direita i e TIME DIV seleciona o tempo de varredura ou o tempo de retardo quando se opera no modo de varredura com atraso O bot o p2. superior POSITION permite ajustar a posi o vertical do tra o ou do ponto luminoso na tela do oscilosc pio A chave seletora abaixo do mesmo permite realizar a sele o de sinais de entrada e o amplificador vertical Na posi o AC tens o alternada na posi o DC tens o cont nua na posi o GND ground level aterra a entrada do amplificador vertical permitindo escolher a posi o do tra o ou do ponto luminoso na tela para o n vel zero de tens o de entrada O bot o maior direita VOLT DIV permite realizar a sele o da sensibilidade do eixo vertical entre dez faixas de valores de 5 V div a 5 mV div O bot o menor cor cinza centrado no seletor de escala vertical permite efetuar se o ajuste fino da sensibilidade com um fator de 1 2 5 do valor indicado no painel Na posi o CAL bot o girado e travado totalmente direita a escala fica calibrada para o valor indicado no painel Quando este bot o for puxado i e X 5 MAG a escala indicada no painel fica multiplicada por um fator de 5 O bot o de controle VOLT DIV do canal 2 CH2 Y apresenta um funcionamento an logo ao do controle do canal 1 A chave seletora direita VERT MOD vertical mode permite selecionar o modo de opera o dos amplificadores verticais CH1 e CH2 channel 1 channel 2 Permite selecionar ainda a fonte de disparo interna internal trigger Na Calibra o de um Oscilosc pio Anal gico 4 posi o CH1 opera apenas o canal
3. 1 sendo que o sinal de entrada do canal 1 utilizado como fonte de gatilho interna Na posi o CH2 opera apenas o canal 2 sendo o sinal de entrada neste utilizado como gatilho interno Na posi o DUAL operam ambos os canais A fonte de gatilho interna selecionada pela chave SOURCE cujo funcionamento ser descrito posteriormente Na posi o ADD o oscilosc pio mostra na tela a soma alg brica dos sinais nos canais 1 e 2 i e CHI CH2 ou a diferen a CHI CH2 A diferen a dos sinais obtida puxando se o bot o de posicionamento do tra o vertical do sinal no canal 2 i e CH2 POSITION A fonte de gatilho interna selecionada pela chave SOURCE Al s mm TF RIGGER E INGLE j Mo AUTO lt ir MODE SLOPE Cour Figura 4 Bot es de controle do circuito de disparo do oscilosc pio Minipa MO 1221S A figura 4 apresenta uma foto do painel do oscilosc pio mostrando os bot es de controle do circuito de disparo Os bot es superiores permitem a escolha do modo de disparo da varredura temporal dos sinais serem analisados pelo oscilosc pio Quando o bot o AUTO for pressionado a varredura flui no modo excurs o livre Neste caso nenhum sinal de gatilhamento aplicado Este modo se aplica ainda quando a frequ ncia do sinal de gatilhamento for inferior a 50 Hz Quando o bot o NORM for pressionado e nenhum sinal de gatilhamento for aplicado a varredura fica num estado de prontid o e o tra o fica apagado Este modo de
4. 6 Ajuste o bot o TIME DIV na posi o 2 ms div Feito os ajustes conecte em paralelo com a sa da do gerador de fun es um mult metro digital ajustado na escala de tens o alternada AC Calibra o de um Oscilosc pio Anal gico 6 Figura 5 Esquema do circuito utilizado para a calibra o do oscilosc pio 7 Obtenha uma forma de onda senoidal est vel na tela do oscilosc pio A forma de onda obtida pode ser representada pela fun o Y Y sen kX 0 1 O disparo da varredura horizontal ocorre sempre que a amplitude do sinal atinge um valor que depende do n vel de ajuste do TRIGGER MODE Uma vez disparado o feixe ir adquirir independentemente do movimento na dire o vertical um deslocamento horizontal de velocidade constante a qual por sua vez depende da sele o definida pela posi o do bot o TIME DIV Desta feita a posi o horizontal coordenada X do ponto onde se encontra momentaneamente o feixe dada por X Vt Assim a escala horizontal da posi o do feixe corresponde a uma escala temporal O deslocamento vertical entretanto sempre proporcional tens o aplicada no terminal de entrada do amplificador de varredura vertical do referido canal Desta feita tem se Y oV e Y V Podemos escrever a equa o 1 na forma QV QV sen kVt 0 2 ou seja V V sen t 0 3 w 7 3 onde k 7 conforme o enunciado acima e v 27V 8 Em uma folha de papel milimetrado fa a uma figura em esc
5. 8 N Be Universidade Estadual Paulista J lio de Mesquita Filho Campus de Guaratinguet Faculdade de Engenharia Departamento de F sica e Qu mica SFQ 2011 F SICA EXPERIMENTAL II Turma 241 Engenharia Mec nica Calibra o de um Oscilosc pio Anal gico 06 03 2014 I OBJETIVOS Estudo das caracter sticas de funcionamento de um oscilosc pio e calibra o das escalas vertical e horizontal do mesmo II DESCRI O DO OSCILOSC PIO O oscilosc pio MINIPA modelo MO 1221S um oscilosc pio de dois canais com faixa de frequ ncia DC a 20 MHz 3 dB sensibilidade m xima de 1 mV div e tempo de varredura de 20 ns div esta a m xima resolu o temporal do oscilosc pio O oscilosc pio emprega um CRT cathode ray tube tubo de raios cat dicos tipo retangular de 152 4 mm provido de reticulado interno O tubo de raios cat dicos do tipo com feixe de alta transmiss o oferecendo alta luminosidade sob elevada tens o aceleradora de 2 2 kV Mesmo em elevadas velocidades de varredura os tra os luminosos s o claramente vis veis na tela O esquema do tubo de raios cat dicos se encontra apresentado na figura 1 abaixo placas defletoras nodos Y X catodo canhao de el trons filamento revestimento interno condutor de grafite ligado a alta tensao revestimento interno de f sforo tela Figura 1 Esquema do tubo de raios cat dicos empregado nos oscilosc pios co
6. ala mostrando a curva obtida na tela do oscilosc pio para a forma de onda do sinal de sa da do gerador de fun es Me a o comprimento de onda da forma de onda obtida Lembrando que para X o tempo transcorrido T 1 v 9 Efetue a calibra o da base de tempo do oscilosc pio para a escala escolhida a freq ncia do sinal v igual a 60 Hz 10 Mude a posi o do bot o seletor TIME DIV para a escala de 1 ms div e repita o procedimento considerando agora o valor X 1 2 11 Compare os valores obtidos com o esperado teoricamente considerando que a frequ ncia medida utilizando o fregi nc metro seja exata 12 Calcule o desvio relativo para o per odo da forma de onda medido pelo oscilosc pio Considere que o valor exato para o per odo seja o inverso do valor da fregii ncia Calibra o de um Oscilosc pio Anal gico 7 medida utilizando o frequ nc metro O que se pode dizer da precis o das medidas temporais efetuadas utilizando se o oscilosc pio Minipa modelo MO 1221S Observa es N o se esque a de colocar o controle de ganho do canal 1 CHI na posi o CAL Fa a o mesmo com o controle vari vel da base de tempo caso contr rio n o prevalecer o os valores indicados nas respectivas escalas O volt metro utilizado no experimento fornece o valor eficaz da tens o aplicada no oscilosc pio A tens o eficaz definida pela equa o T V Vos V sen or p J dt RD 4 onde Vo o va
7. ermite selecionar vinte faixas de varredura variando de 0 2 us div a 0 5 s div Quando girado totalmente Calibra o de um Oscilosc pio Anal gico 3 esquerda o bot o desativa a varredura temporal colocando o oscilosc pio no modo de opera o X Y Neste caso a varredura horizontal realizada pelo sinal injetado no canal 1 CH1 X sendo a amplitude do sinal definida pelo amplificador que controla a varredura vertical do canal 1 i e bot o VOLT DIV CH1 X O bot o pequeno esquerda abaixo i e PULL SWP VAR pull sweep variable quando puxado permite realizar o ajuste fino do tempo de varredura O valor do tempo de varredura indicado no painel pode ser diminu do por um fator de 2 5 ou mais girando se o referido bot o Os valores indicados no painel ficar o calibrados quando este controle estiver posicionado em CAL puxado e girado totalmente direita O bot o esquerda superior quando puxado permite a realiza o da opera o com um fator de amplifica o de dez vezes PULL X 10 MAG Ao se girar o referido bot o realiza se o deslocamento horizontal do feixe permitindo o controle do posicionamento horizontal do tra o ou do ponto luminoso na tela do oscilosc pio A figura 3 apresenta uma foto do painel do oscilosc pio mostrando os bot es de controle do eixo vertical do oscilosc pio Raica Figura 3 Bot es de controle de varredura vertical do oscilosc pio Minipa MO 12218 O bot o esquerda
8. lor da tens o de pico a pico do sinal ou seja V5p 2Vo O valor eficaz da tens o tamb m conhecido como valor rms ou seja raiz quadrada do valor quadr tico m dio do sinal A origem da denomina o eficaz adv m da tradu o mal feita da palavra inglesa effective uma vez que o significado f sico do valor eficaz de uma tens o alternada corresponde a tens o DC cont nua equivalente que produz a mesma pot ncia m dia dissipada pelo sinal AC correspondente Desta feita a melhor tradu o para o termo effective seria como o correto efetivo Portanto o valor eficaz da tens o seria o valor efetivo da mesma 13 A partir do valor obtido para a tens o de pico a pico medida com o oscilosc pio determine o valor eficaz da referida tens o 14 Compare este com o valor medido pelo volt metro 15 Considerando que a medida do mesmo seja exata calcule o desvio relativo dos valores eficazes Qual a diferen a percentual obtida O que se pode afirmar a respeito da precis o do oscilosc pio para se efetuar medidas de tens o 16 Coloque os valores obtidos na forma de onda desenhada no papel milimetrado Quais as conclus es que podem ser externadas partir das medidas efetuadas no que se refere precis o das escalas horizontal e vertical do oscilosc pio Minipa MO 1221S Refer ncias 1 Oscilosc pio Anal gico 20 MHz MO 1225 Manual de Instru es guia do usu rio Cont m detalhes das caracte
9. nvencionais O c todo aquecido pelo filamento emite el trons que formam o feixe O controle z quantitativo da corrente de el trons participantes do feixe realizado pelo eletrodo Calibra o de um Oscilosc pio Anal gico 2 chamado grade sendo sua polariza o negativa em rela o ao c todo O n mero de el trons que atinge a camada de f sforo define a intensidade ou o brilho do ponto luz na tela e a polariza o da grade controla esta caracter stica Sucessivos nodos com polariza es positivas crescentes em rela o ao potencial do c todo s o utilizados para acelerar os el trons e focaliz los em um feixe fino O controle da qualidade do foco ou seja a focaliza o realizada pelo ajuste fino do potencial aplicado no nodo cil ndrico 2 esquematizado na figura 1 Na maioria dos oscilosc pios a deflex o controlada do feixe de el trons obtida pela atua o de campos el tricos gerados entre as placas defletoras horizontais e verticais as quais s o polarizadas e se encontram na trajet ria do feixe de el trons definida pelos nodos colimadores 1 e 3 figura 1 Com a deflex o do feixe de el trons o tubo de raios cat dicos do oscilosc pio mostra em sua tela um ponto luminoso que se desloca seguindo uma trajet ria Y X controlada pelos sinais analisados pelo oscilosc pio Para permitir a visualiza o da pr pria trajet ria e n o somente do ponto o funcionamento do oscilosc pio baseia se em
10. o a chave VERT MODE estiver selecionada nas posi es CH1 ou CH2 selecionado o sinal de gatilhamento interno este n o pode ser alterado pela chave SOURCE Neste caso o sinal de gatilhamento interno pode ser alterado atrav s da chave VERT MODE A chave seletora COUPLING acoplamento seleciona os sinais da fonte de disparo e os circuitos de gatilhamento Esta chave permite ainda a conex o do circuito de gatilhamento com sincronismo de T V Na posi o AC o acoplamento se d com um sinal de tens o alternada Na posi o DC o acoplamento se d com um sinal de tens o cont nua Na posi o TV o circuito separador de sincronismo de TV conectado ao circuito de gatilho e a varredura gatilhada em sincronismo com o sinal de TV V ou TV H a uma velocidade de varredura selecinada pelo bot o TIME DIV A faixa TV V varre de 0 5 s div a 0 1 ms div e a TV H de 50 us div a 0 2 us div A chave seletora SLOPE seleciona a inclina o do sinal de gatilhamento Na posi o o gatilhamento ocorre quando o sinal cruza o n vel de gatilhamento no sentido crescente do sinal inclina o positiva Na posi o o gatilhamento ocorre quando o sinal cruza o n vel de gatilhamento no sentido decrescente do sinal inclina o negativa Os bot es de controle do HOLD OFF time tempo de espera e do n vel de gatilhamento 1 e LEVEL s o utilizados conjuntamente quando a forma de onda ser analisada pelo oscilosc pio for complexa Muita
11. opera o utilizado principalmente para a observa o de sinais de fregii ncia de 50 Hz ou menos Quando a tecla SINGLE for pressionada a varredura ocorre uma nica vez Esta se d no momento em que o mesmo pressionado Quando o tecla SINGLE for d s acionada e as demais teclas estiverem desativadas o circuito de disparo permanecer no modo de varredura nica O circuito ser rearmado quando a tecla PUSH TO RESET for pressionada Quando o circuito estiver rearmado o LED READY dever se encontrar aceso Finalizada a opera o de varredura nica o LED READY dever se apagar A chave seletora direita i e SOURCE fonte permite selecionar a fonte de disparo Na posi o EXT external source o sinal de disparo deve ser injetado por uma fonte externa no borne BNC localizado logo abaixo direita da chave seletora A tens o de pico m xima permitida de 100 V Na posi o CHI X Y quando a chave VERT MOD est na posi o DUAL ou ADD seleciona o CH1 para o disparo interno Na posi o CH2 quando a chave VERT MOD est na posi o DUAL ou ADD seleciona o Calibra o de um Oscilosc pio Anal gico 5 sinal do canal 2 para o gatilhamento interno Quando o bot o superior direita i e ALT estiver pressionado e a chave seletora VERT MOD estiver nas posi es DUAL ou ADD a chave seletora SOURCE estiver posicionada em CH1 ou CH2 os canais 1 e 2 s o selecionados alternadamente para o gatilhamento interno Quand
12. r sticas de funcionamento de um modelo an logo ao MINIPA MO 1221S Dispon vel no site http www minipa com br 2 F 429 F sica Experimental IV Guia para as Disciplinas de Laborat rio B sico Instituto de F sica Gleb Wataghin UNICAMP Metodologia proposta por Ren Brezinkofer Guia elaborado com a colabora o de M rio Bica de Moraes IFGW UNICAMP 1998 8110 Function Generator Operation Manual 4 Roteiro de Aula Calibra o de um Oscilosc pio e Medidas de Defasagem em um Circuito RC S rie elaborado por Mauricio Antonio Algatti UNESP Campus de Guaratinguet 2002 so Roteiro elaborado pelo professor Mauricio Antonio Algatti com a colabora o do t cnico Tiago Raimundo da Silva Revisado pelo autor em 06 03 2014
13. s vezes nestas situa es o ajuste de n vel n o suficiente para estabilizar o sinal na tela do oscilosc pio gatilhamento inst vel sendo necess rio ajustar o HOLD OFF time Se o bot o central cinza for girado no sentido o n vel de gatilhamento mover se para cima na forma de onda mostrada se girado no sentido o n vel de gatilhamento mover se para baixo Se o bot o central for posicionado em LOCK o n vel de gatilhamento ser mantido automaticamente em um valor timo qualquer que seja a amplitude do sinal pequena ou grande n o exigindo desta feita qualquer ajuste manual do n vel de gatilhamento III PARTE PR TICA 1 Ligue o oscilosc pio e ajuste a intensidade o foco e a posi o do tra o na tela Efetuado os ajustes monte o circuito esquematizado na figura 5 2 Conecte a entrada do canal 1 CH1 o sinal proveniente de um gerador de fun es selecionado em uma forma de onda senoidal 3 Ajuste a chave seletora VERT MODE na posi o CH1 Pressione o bot o TRIGGER MODE AUTO modo de disparo autom tico 4 Ajuste o bot o VOLT DIV na posi o 1 V div e varie a intensidade do sinal proveniente do gerador at que os valores de pico a pico ocupem seis quadrinhos do reticulado i e 6 Volts de pico a pico 6 Vpp 5 Com aux lio de um fregii nc metro ajuste o sinal em 60 Hz grosso modo o ajuste pode ser feito diretamente a partir do bot o seletor de fregii ncias do gerador de fun es
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