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Como usar o osciloscópio: escalas, disparo e medições

Leitura de 7 min · Equipe bitGateLab

O multímetro dá um número; o osciloscópio mostra a forma do sinal ao longo do tempo. Com ele você vê se uma senoide está ceifada, quanta ondulação tem uma fonte ou quanto a saída de um filtro se atrasa em relação à entrada. No começo a quantidade de botões intimida, mas tudo se resume a quatro ideias: a escala vertical, a escala horizontal, o disparo e o acoplamento. Aqui você aprenderá a ajustá-las e a medir amplitude, período, frequência e defasagem com números concretos.

A tela: um gráfico de tensão em função do tempo

A tela do osciloscópio é dividida em uma retícula, em geral de 10 divisões horizontais e 8 verticais. O eixo vertical representa tensão e o horizontal, tempo. Toda medição consiste em contar divisões e multiplicá-las pela escala correspondente:

tensão = divisões verticais × (V/div)
tempo  = divisões horizontais × (s/div)

Cada divisão costuma ter cinco subdivisões marcadas sobre os eixos centrais, o que permite ler com resolução de 0.2 divisão.

Escala vertical (V/div) e posição

O controle de escala vertical define quantos volts cada divisão representa. Os valores seguem a sequência 1-2-5: 10 mV, 20 mV, 50 mV, 100 mV, 200 mV, 500 mV, 1 V, 2 V, 5 V… O controle de posição desloca o traço para cima ou para baixo sem mudar a escala; com ele você coloca a referência de 0 V onde for mais conveniente.

A regra prática é escolher a escala mais sensível com a qual o sinal inteiro ainda cabe na tela. Um sinal que ocupa 6 divisões é medido com muito mais precisão do que um que ocupa meia divisão.

Se você usar uma ponta de prova atenuadora ×10, a tensão real é dez vezes a que você veria sem compensar. Configure o canal para a atenuação da ponta de prova, ou multiplique você mesmo a leitura.

Escala horizontal (s/div)

A base de tempo indica quanto tempo cada divisão horizontal representa. A tela inteira abrange 10 × (s/div). Para medir o período com precisão, convém ver entre dois e cinco ciclos completos: com menos de um você não consegue medir o período, e com dezenas de ciclos os detalhes ficam amontoados.

Duas senoides de 500 Hz em uma retícula de 10 × 8 divisões. CH1 mede 6 divisões pico a pico e seu período ocupa 4 divisões. CH2 cruza o zero subindo 0.4 divisão depois de CH1.

Exemplo 1: amplitude, período e frequência. Na figura, a escala vertical é de 2 V/div e a horizontal de 0.5 ms/div.

CH1 vai de +3 a −3 divisões: 6 div × 2 V/div = 12 V pico a pico.
Amplitude: 12/2 = 6 V de pico. Se o sinal for senoidal, seu valor RMS é 6/√2 = 4.24 V.
Um ciclo completo ocupa 4 divisões: T = 4 × 0.5 ms = 2 ms.
Frequência: f = 1/T = 1/0.002 s = 500 Hz.
CH2 mede 4 divisões pico a pico: 8 V pico a pico, ou 4 V de pico.

O disparo (trigger)

O osciloscópio desenha o sinal varrendo a tela repetidamente. Se cada varredura começasse em um ponto diferente da onda, você veria os traços sobrepostos e "correndo". O disparo resolve isso: a varredura só começa quando o sinal cruza uma certa tensão em uma certa direção, de modo que todas as varreduras coincidem e a imagem fica parada. Seus ajustes principais são:

Fonte: qual canal o disparo monitora. Ao comparar dois sinais, dispare com o de referência.
Nível: a tensão que o sinal deve cruzar. Ele tem de estar dentro da faixa do sinal; se você o colocar acima do pico, o osciloscópio nunca dispara.
Inclinação: borda de subida ou de descida.
Modo: em automático o osciloscópio varre mesmo sem disparo, útil para encontrar o sinal; em normal ele só desenha quando há disparo, melhor para sinais irregulares; em único ele captura um só evento e interrompe a varredura, ideal para transitórios como a energização de uma fonte.

Defasagem entre dois canais

Com dois sinais de mesma frequência na tela, meça a separação no tempo Δt entre dois pontos equivalentes, por exemplo os cruzamentos por zero na subida, e converta-a em graus:

φ = 360° × Δt / T

Se o segundo sinal chega depois do de referência, ele está atrasado; se chega antes, está adiantado. Para maior precisão, amplie a base de tempo em torno dos cruzamentos ou use a mesma escala vertical nos dois canais e centralize os traços em zero.

Exemplo 2: defasagem. Na figura, CH2 cruza o zero subindo 0.4 divisão depois de CH1.

Δt = 0.4 div × 0.5 ms/div = 0.2 ms.
φ = 360° × 0.2 ms/2 ms = 36°.
CH2 está atrasado 36° em relação a CH1.

Aplicação: no circuito RC série de corrente alternada e fasores (1 kΩ, 1 µF, 100 Hz), a tensão no resistor, que tem a forma da corrente, está adiantada 57.9° em relação à fonte. Com T = 10 ms você esperaria ver Δt = 57.9/360 × 10 ms = 1.61 ms. É assim que se mede a fase de uma corrente com o osciloscópio: por meio da tensão em um resistor.

Acoplamento CC e CA

Cada canal tem um seletor de acoplamento:

CC: mostra o sinal completo, incluindo seu nível médio. É o modo padrão e o correto para medir tensões CC, níveis lógicos ou sinais de baixa frequência.
CA: intercala um capacitor que bloqueia o nível CC, de modo que o traço fica centrado em zero. Equivale a um filtro passa-altas com frequência de corte de poucos hertz.
Terra: desconecta o sinal e mostra uma linha horizontal em 0 V, útil para localizar a referência.

Exemplo 3: medir a ondulação. Uma fonte fornece 5 V CC com 0.2 V pico a pico de ondulação.

Em acoplamento CC a 2 V/div o traço aparece 2.5 divisões acima do centro, e a ondulação ocupa apenas 0.1 divisão: não dá para distingui-la.
Se você baixar para 50 mV/div sem mudar o acoplamento, os 5 V mandam o traço para fora da tela.
Em acoplamento CA o nível de 5 V é eliminado. A 50 mV/div a ondulação ocupa 0.2/0.05 = 4 divisões e você pode medir sua forma e frequência.

Cuidado: como o acoplamento CA é um passa-altas, ele deforma sinais de frequência muito baixa. Uma onda quadrada lenta aparece com a parte plana inclinada.

Erros comuns

Colocar o nível de disparo fora da faixa do sinal e concluir que "não há sinal".
Esquecer o fator de atenuação da ponta de prova e informar uma tensão dez vezes menor.
Medir uma tensão CC com acoplamento CA: o traço fica em zero.
Medir a defasagem entre cruzamentos de inclinação contrária (um de subida e outro de descida), o que acrescenta 180°.
Escolher uma base de tempo que mostra menos de um ciclo ou dezenas deles, o que torna imprecisa a leitura do período.

Experimente no simulador

O osciloscópio virtual do simulador tem os mesmos controles conceituais de um de laboratório, então é um bom lugar para praticar sem risco.

Coloque uma fonte senoidal de 6 V de amplitude e 500 Hz e ligue-a ao canal 1.
Ajuste a escala vertical para 2 V/div e a horizontal para 0.5 ms/div, e verifique que você vê 6 divisões pico a pico e 4 divisões por ciclo.
Mova o nível de disparo para acima de 6 V e observe o que acontece com a imagem; volte-o para 0 V.
Monte um filtro RC e ligue o canal 2 à sua saída; meça Δt entre os cruzamentos por zero e calcule a defasagem.
Acrescente um nível CC à fonte e alterne entre acoplamento CC e CA para ver a diferença.

Exercícios

Uma senoide ocupa 3.2 divisões pico a pico com 5 V/div. Calcule sua tensão pico a pico, de pico e RMS.

Ver resposta
3.2 × 5 = 16 V pico a pico; 8 V de pico; 8/√2 = 5.66 V RMS.
Um ciclo ocupa 2.5 divisões com a base de tempo em 20 µs/div. Qual é a frequência?

Ver resposta
T = 2.5 × 20 µs = 50 µs. f = 1/50 µs = 20 kHz.
Dois sinais de 1 kHz estão separados por 1.5 divisão a 0.1 ms/div. Qual é a defasagem?

Ver resposta
Δt = 1.5 × 0.1 ms = 0.15 ms e T = 1 ms. φ = 360° × 0.15/1 = 54°.
Você quer ver pelo menos três ciclos completos de um sinal de 1 kHz em uma tela de 10 divisões. Que base de tempo da sequência 1-2-5 você escolhe?

Ver resposta
Três ciclos duram 3 ms, então você precisa de pelo menos 0.3 ms/div. O primeiro valor da sequência que atende a isso é 0.5 ms/div, que mostra 5 ms, ou seja, 5 ciclos. Com 0.2 ms/div você veria apenas 2.