TUTORIAL OSCILOSCÓPIO
 
    FUNCIONAMENTO    
     
   
O osciloscópio é um instrumento de grande versatilidade para visualização dos sinais elétricos como função do tempo, permitindo a obtenção de diversas informações sobre estes sinais, como por exemplo, amplitude e frequência. Entretanto, para que possamos utilizá-lo corretamente no laboratório, e aproveitar ao máximo suas características, é importante o conhecimento básico de seu funcionamento e operação, comentando a função dos comandos disponíveis ao usuário, no painel.
Com este objetivo em mente, o presente trabalho aborda o funcionamento básico, de forma genérica, e se detém em algumas características de operação do modelo TEKTRONIX 2225. Apesar disso, não há perda de generalidade, porque muitos osciloscópios possuem comandos semelhantes, variando características mais específicas e aspectos de "design" do instrumento.
 
   
 
    FUNCIONAMENTO BÁSICO:
O funcionamento do osciloscópio baseia-se no deslocamento de elétrons que bombardeiam uma superfície fluorescente, a qual, sensibilizada, emite luz visível. O feixe de elétrons pode ser defletido num sistema de eixos de coordenadas cartesianas X e Y. O eixo X corresponde à deflexão do feixe com velocidade constante. O eixo Y é defletido em resposta ao sinal de entrada. O movimento resultante dos deslocamentos produzidos nas direções X e Y traça na tela fluorescente uma figura, que é a visualização da forma de onda de interesse.
 
         
    DIAGRAMA EM BLOCOS DO OSCILOSCÓPIO:
A figura ao lado apresenta o diagrama em blocos de um osciloscópio de uso geral.
O componente fundamental do aparelho é o tubo de raios catódicos (CRT: Cathode Ray Tube), responsável pela geração do feixe de elétrons, além de acelerá-lo até uma velocidade alta e defletí-lo, para criar uma imagem visível na tela. Para isto, são necessários diferentes sinais elétricos, e tais requisitos ditam as configurações dos blocos restantes dos sistemas apresentados na figura ao lado.

O bloco da fonte de alimentação fornece as tensões exigidas pelo CRT para geração e aceleração do feixe eletrônico, e também fornece as demais tensões necessárias à operação dos outros circuitos do osciloscópio. Para acelerar o feixe de elétrons, tensões da ordem de alguns milhares de volts são necessárias, enquanto baixas tensões são responsáveis pelo aquecimento do catodo emissor (canhão eletrônico). Para alimentação dos outros circuitos, diferentes níveis de tensões são exigidos, em geral, nunca ultrapassando algumas centenas de volts.
 
    A base de tempo gera a forma de onda de tensão adequada, para produzir a deflexão do feixe de elétrons com uma velocidade constante.
O sinal a ser visualizado é aplicado ao amplificador vertical, o que eleva a amplitude do sinal em estudo, para que ele produza deflexão do feixe, adequada à sua análise.
Para sincronizar a deflexão horizontal, de modo a que ela sempre se inicie no mesmo ponto do sinal vertical, a cada nova varredura, existe um circuito de sincronismo ou disparo ("Trigger Circuit"). Este circuito permite variedade grande de ajustes e opções, que serão abordados mais tarde.
Função da Linha de atraso.

Os diversos circuitos do osciloscópio geram atrasos na transmissão do sinal de tensão para as placas de deflexão vertical. O sinal horizontal é iniciado (disparo) por uma porção do sinal aplicado às placas de deflexão vertical. Isto implica em que a varredura começaria quando o sinal já estivesse aplicado às placas verticais. Uma parte dele não seria visualizada. Para evitar isto, provoca-se um atraso na aplicação do sinal às placas de deflexão vertical, dando tempo de iniciar a varredura, antes de sua "chegada".
 
   


No osciloscópio TEKTRONIX 2225, o painel apresenta três áreas de controles correspondentes aos ajustes nos sistemas de deflexão vertical, deflexão horizontal e sincronismo, os quais serão abordados mais tarde.

 
         
    TUBO DE RAIOS CATÓDICOS - CRT
A figura ao lado mostra uma vista em corte de um CRT de modelo antigo, típica de tubos ainda usados, em aplicações de baixas freqüências.
A compreensão deste modelo é base de outros mais sofisticados, mas que possuem a mesma essência.
Um catodo aquecido emite elétrons, que são acelerados para a primeira placa aceleradora (ou anodo de pré-aceleração), através de um pequeno orifício na grade de controle.
A intensidade da corrente de catodo controla a intensidade do brilho do ponto luminoso que iambém pode ser controlada pela grade.
O anodo, ou placa de pré-aceleração, é um cilindro oco que é mantido a um potencial de algumas centenas de volts acima do potencial de catodo. Um anodo de focalização, também cilíndrico, age como lente eletrostática, fazendo o feixe convergir. O anodo de aceleração fornece a última cota de energia ao feixe de elétrons, a caminho da tela.
 
         
    TELAS DE TUBOS DE RAIOS CATÓDICOS:
Quando um feixe de elétrons atinge a tela de um CRT, um ponto luminoso é produzido. O material da superfície interna da tela, comumente denominado "fósforo", absorve a energia cinética dos elétrons de bombardeiro, e emite luz visível.
Chama-se fluorescência a propriedade de emissão de luz, mediante excitação de um átomo. Tal excitação pode ocorrer por bombardeio eletrônico ou exposição à radiação.
Materiais fluorescentes apresentam também a propriedade em continuarem a emitir luz, mesmo depois de se ter extingüido a excitação. Esta propriedade chama-se fosforescência. O tempo pelo qual a fosforescência permanece chama-se persistência do material.
A intensidade luminosa emitida pela tela de um CRT é denominada de luminância; ela depende de vários fatores, como número de elétrons que bombardeiam a tela por unidade de tempo e da energia de bombardeamento a qual, por sua vez, depende do potencial de aceleração.
Se o fósforo for excitado por um feixe de alta densidade de cargas, um dano permanente pode ocorrer, "queimando" a área da tela onde isto aconteceu. Os controles de intensidade e foco, disponíveis no painel permitem ajuste adequado do feixe, gerando uma imagem pontual na tela.
Uma emissão secundária de elétrons é produzida pelo bombardeiro eletrônico. Assim, a tela permanece eletricamente neutra. Os elétrons provenientes da emissão secundária, de baixa velocidade, são capturados por uma capa condutora no interior do tubo de vidro, chamada aquadag, a qual é ligada eletricamente ao segundo anodo.
 
       
    SISTEMA DE DEFLEXÃO HORIZONTAL
Na maioria dos osciloscópios de laboratório, a deflexão horizontal ocorre a uma taxa constante em relação ao tempo, o que é chamada de varredura linear. O sistema de deflexão horizontal consiste de um gerador de base de tempo, um circuito de disparo, e um amplificador horizontal, conforme foi mostrado na primeira figura.
O circuito gerador de base de tempo (ou de onda dente de serra) controla a freqüência, com a qual o feixe eletrônico esquadrinha a tela do CRT. O controle da freqüência, ou do período, é feito a partir do painel frontal do aparelho (no painel do osciloscópio TEKTRONIX 2225 é a chave SEC/DIV).
O circuito de disparo ("trigger") assegura o sincronismo entre o início da varredura horizontal e o início do deslocamento vertical, a partir do sinal de entrada.
O amplificador horizontal aumenta a amplitude dos sinais gerados pelo gerador de varredura para os níveis adequados, requeridos pelas placas defletoras do CRT.

 
       
   

BASE DE TEMPO - POR QUE UMA ONDA DENTE DE SERRA?
Pode-se demostrar que a aplicação de uma tensão Ed, entre um par de placas defletoras de um osciloscópio, produz a deflexão (D) do feixe de elétrons, onde D é proporcional à Ed (figura).
Agora, se fizermos Ed uma onda dente de serra (variação de tensão proporcional ao tempo), o deslocamento do feixe, que é proporcional à Ed, será também, ao tempo:

D proporcional Ed proporcional t -> D proporcional t

 
    Assim, o deslocamento do feixe na tela ocorrerá com velocidade constante. A figura ao lado ilustra o que ocorre.
Na figura, é mostrada a tensão dente-de-serra passando pelos pontos 1, 2, ,3, 4 e 5; na mesma figura, à direita, é mostrado o ponto luminoso, na tela, ocupando as posições A, B, C, D e E, respectivamente.

Quando aplicarmos uma rampa às placas horizontais e, simultaneamente, uma forma de onda às placas verticais, por exemplo, uma senóide, o feixe eletrônico ficará sujeito a duas forças: uma na direção horizontal, movendo o feixe, da esquerda para a direita, e o outro na direção vertical, movendo o feixe para cima e para baixo, de acordo com a tensão senoidal.

 
    Haverá, então, uma composição dos dois movimentos, provocando o traçado da figura (forma de onda senoidal), na tela. A figura ao lado mostra um exemplo.

Se a freqüência da forma de onda dente de serra for, por exemplo, 20Hz, o feixe varrerá a tela vinte vezes por segundo, indo da esquerda para direita da tela, com velocidade constante e, teoricamente, retornando instantaneamente à esquerda, ou seja, com velocidade infinita, o que é impossível fisicamente.
Uma varredura ocorre em 1/20 s (0,05 s). Se os dois ciclos da forma de onda indicada ocorreram em 0,05 s, a freqüência do sinal de deflexão vertical é 2/0,005 = 40Hz. Desta forma, o osciloscópio pode ser usado para medir freqüência.


 
       
    SELEÇÃO DA VELOCIDADE DE VARREDURA
Escolhendo-se o tempo que a varredura leva para atingir seu valor máximo (Ts), escolhe-se a velocidade de varredura e, portanto, quantos ciclos da onda a ser visualizada aparecem na tela. Isto é ilustrado na figura ao lado.
Esta escolha é realizada na chave seletora SEC/DIV, ou tempo/divisão, no painel do osciloscópio.
No modelo TEKTRONIX 2225, dispõem-se das opções: MODE X1, ALT e MAG.
Selecionando-se o modo X1 (multiplicador por 1), estar-se-á optando pelo modo sem ampliação, ou seja, a leitura será dada diretamente pelo número de divisões da tela multiplicado pelo valor indicado na chave seletora.


 
    O modo MAG ("magnifying"), ou ampliado, opera da seguinte forma:
Atua no amplificador horizontal, multiplicando o valor de pico da onda dente de serra por um determinado valor, conforme é ilustrado na figura ao lado.
 
    Assim, visualiza-se a mesma forma de onda mas, na prática, ela extrapola o espaço da tela. Combinando a opção modo MAG, com o controle de posição horizontal da figura na tela, pode-se selecionar o trecho que se deseja visualizar, como indica a figura ao lado.
No modelo TEKTRONIX 2225 há as opções MODO MAG, com três multiplicadores x5, x10 e x50.
Também é possível usar modo ALT. Este modo permite aparecerem na tela duas formas de onda: a visão ampliada (pela escala MAG) e a não-ampliada. A separação entre as duas figuras, neste modo, é feita pelo controle "TRACE SEP" (no painel).
Cabe ressaltar que o controle da posição horizontal da figura na tela constitui-se de um potenciômetro, que permite polarizar a saída do amplificador horizontal com uma tensão contínua, a qual se superpõe ao sinal de varredura.
Observação:
Neste modelo de osciloscópio, na chave tempo/div (SEC/DIV) há controle "CAL" (variável). Girando-se este controle completamente para a direita (sentido horário) ele estará inoperante. Caso se faça o contrário, ele varia a velocidade da varredura em pelo menos 2,5 vezes o valor calibrado, mas sem calibração. Portanto, se esta variação for desnecessária, e para leituras calibradas pela posição da chave SEC/DIV, deve-se mover o cursor CAL todo para a direita.

 
       
    APAGAMENTO DO RETRAÇO
A forma de onda de varredura, normalmente, tem o aspecto mostrado na figura ao lado (b), diferente da forma de onda ideal da figura (a).
Na prática, mesmo que o tempo de descida da onda dente de serra seja muito menor que o de subida, ele não será zero, ou seja, a velocidade de retorno do feixe à esquerda da tela não é infinita.
 
    Mas, se o retorno do feixe aparecesse na tela, não produziria qualquer informação útil e, ainda confundiria visualmente a observação da figura de interesse. Para evitar isso, existem circuitos que geram um pulso de apagamento, cuja finalidade é desativar o feixe eletrônico durante o intervalo de retraço. Na figura ao lado, pode-se observar o que ocorreria se, durante o retraço, continuasse a haver composição da forma de onda de varredura, com o sinal a ser visualizado.
 
       
    DISPARO E SINCRONISMO
No estudo que se fez sobre a composição de movimentos, provocados pela varredura e pela onda aplicada às placas de deflexão vertical, foi suposta a independência dos dois sinais. Mas, no exemplo citado, a freqüência do vertical era múltipla daquela da varredura; naquele caso, a cada ciclo de varredura completavam-se exatamente dois ciclos da senóide, o que acarretava que o feixe sempre retornava ao ponto mais à esquerda e encontrava a senóide no mesmo ponto do período em que encontrou no ciclo anterior. Havia, então, repetição da situação, e a figura visualizada aparecia parada na tela.

 
    Mas, se um sinal não tiver freqüência múltipla do outro, as imagens que aparecem na tela, para varreduras sucessivas, não coincidem, como indica a figura ao lado.
Observa-se que as porções do sinal visualizadas, em varreduras subseqüentes, não são idênticas. Devido à persistência da imagem na retina, observar-se-á uma superposição das imagens, dando a sensação de que a figura "anda" na tela.
Para evitar este tipo de problema, deve-se fazer a sincronização do gerador de varredura, com o sinal que se deseja visualizar.
Assim, normalmente, o sinal de entrada vertical comanda os pulsos de disparo da varredura. Entretanto, sem um sinal de entrada , nenhum traço seria visualizado na tela, por não haver varredura e, portanto, não seria possível ajustar a posição vertical, já que o traço estaria invisível. Para superar esta dificuldade, os osciloscópios têm um oscilador interno para disparar o feixe, na ausência de entrada vertical.

 
    Cabe ressaltar, ainda, que sem o disparo, o feixe eletrônico permanece desativado. Se assim não fosse, um ponto de alta intensidade luminosa apareceria do lado esquerdo da tela. Em pouco tempo, a camada de fósforo, naquela região, ficaria destruída. A relação entre a forma de onda de varredura e os pulsos de disparo é mostrada na figura ao lado. Em geral, a varredura não é disparada para cada ciclo do sinal vertical. Poderia ser, caso a soma do tempo de varredura com o de inatividade ("holdoff time") fosse menor que o período do sinal de entrada vertical. Em alguns osciloscópios, o período de inatividade pode ser ajustado, com vantagens que serão abordadas mais tarde.
Antes de prosseguirmos explicando o sistema de sincronização, abordaremos a seguir o sistema de deflexão vertical, uma vez que as opções de disparo da varredura estão, intrinsecamente, vinculadas ao funcionamento do sistema de deflexão vertical.

 
         
    SISTEMA DE DEFLEXÃO VERTICAL
Na análise de circuitos e sistemas eletrônicos é bastante útil a visualização simultânea de duas ou mais formas de onda. Para responder a esta necessidade, existem osciloscópios de duplo feixe e de duplo traço. Cada uma das soluções citadas gera diferentes sistemas de deflexão vertical.

Osciloscópio de Duplo Feixe

Usa-se um CRT especial, com dois canhões eletrônicos, gerando traços separados. Cada traço tem suas próprias placas de deflexão vertical, mas os dois feixes eletrônicos são defletidos por um mesmo conjunto de placas de deflexão horizontal. Este CRT é o tubo de raios catódicos de duplo feixe, usado quando se deseja absoluta independência dos canais de deflexão vertical.
 
    Osciloscópio de Duplo Traço
Os osciloscópios de duplo traço constituem uma solução mais barata e comum para a mesma necessidade. Neles, dois traços são gerados do mesmo feixe e, defletidos verticalmente, de duas fontes diferentes. Este é o caso do modelo TEKTRONIX 2225. Normalmente, este tipo de osciloscópio permite dois modos de operação: "choppeado" e alternado. Cada modo corresponde a um método para gerar o duplo traço e tem,cada um, vantagens distintas.
O diagrama em blocos do sistema de chaveamento entre dois canais de um osciloscópio de duplo traço é mostrado na figura ao lado.

 
    Operação no Modo ALT - Varredura Alternada
Primeiro é feita a deflexão do feixe e selecionada a primeira entrada vertical A. Isto feito, o osciloscópio é disparado novamente e, a entrada vertical B é mostrada, em posição diferente na tela. Uma chave eletrônica é usada para selecionar, uma de cada vez, as entradas verticais (canal 1 e 2). Cada vez que o gerador de varredura é disparado, a chave seleciona um canal. A desvantagem deste sistema é que ele não exibe os dois sinais ao mesmo tempo. Se os sinais são periódicos não há problema. Mas se não, o resultado é insatisfatório.
 
   
Operação no Modo CHOPP - Varredura Amostrada ou Choppeada

Chaveia-se de um canal vertical para outro, rapidamente; é um processo de amostragem, que exibe freqüência de chaveamento muito maior que a da onda analisada, o que limita a resposta do osciloscópio.

Em ambos os casos, os circuitos são similares, exceto pelo fato de que, no modo "choppeado", a chave eletrônica é um "clock" de alta freqüência, o qual controla um mutiplexador analógico. Já no modo alternativo, o gerador de varredura controla a comutação do multiplexador analógico. Numa varredura se conecta o canal 1 e, na seguinte, o canal 2.
O modo "CHOP" trabalha melhor que o ALT para velocidades de varredura menores que 1 ms/div e para sinais com baixas taxas de repetição, as quais fazem o "display" ficar "piscando" (até 2 µs/div).
O modo ALT fornece uma apresentação mais "limpa" no "display" de múltiplos canais do que o modo "CHOP", e é usualmente preferido para varreduras de velocidades médias e altas.
 
   


Seleção de Canal
No Osciloscópio TEKTRONIX 2225, há três chaves disponíveis para seleção do modo vertical. Na primeira delas (nr. 10 da figura ao lado), pode-se escolher entre apresentar na tela só o canal 1, só o canal 2, ou ambos; quando o canal 1 é selecionado, as outras chaves de modo ficam inoperantes. Quando o canal 2 é selecionado, a chave do meio (NORM/CH2 INVERT) torna-se ativa. Quando a primeira chave está na posição "BOTH", ambos os canais são apresentados na tela e as outras chaves de modo estão ativas; pode-se, assim, escolher entre os modos "CHOP" e "ALT", conforme abordado anteriormente.


clique na figura para ampliá-la

 
   
Controle de Posição Vertical

São controles, disponíveis no painel, para posicionamento do traço de cada canal, permitindo movê-lo para cima e para baixo. São feitos por potenciômetros, que permitem o ajuste de um nível DC, o qual é superposto ao sinal vertical aplicado.
Operação ADD e INVERT
O modo ADD permite que apareça na tela a soma algébrica do sinal aplicado ao canal 1 e aquele aplicado ao canal 2. Caso o modo ADD seja usado, é preciso que as chaves seletoras VOLTs/DIV dos dois canais estejam na mesma escala (mesma posição).
Selecionando CH2 INVERT, na segunda chave de modo, e ADD, na terceira, pode-se ver na tela o resultado da subtração dos sinais.
 
   
Chaves VOLTs/DIVISÃO (VOLT/DIV)
Cada canal dispõe de sua própria chave VOLT/DIV. A leitura obtida na tela é multiplicada pelo fator de escala, lido de acordo com a posição da chave e com a ponta de prova usada para acoplamento do sinal. Se for usada uma ponta 10x, por exemplo, a leitura é obtida na posição indicada a direita da chave.
É possível, ainda, trabalhar com variação contínua dos fatores de deflexão, entre posições calibradas das chaves VOLT/DIV. Para isto, basta girar a parte interna da chave (assinalada por "CAL").
O controle CAL, quando puxado, permite multiplicar o fator de escala por 10, facilitando a visualização de sinais de pequenas amplitudes (menores que 5mVpp), ou, daqueles que possuam detalhes de pequena amplitude.
 
   
Acoplamento do Sinal

Para cada canal há as opções AC, DC e GND. No caso do modelo TEKTRONIX 2225, a seleção é feita por meio de chaves no painel (abaixo das chaves VOLT/DIV). Essas três opções correspondem ao esquema a seguir:

- A entrada AC (acoplada via capacitor), isola a componente DC do sinal.
- A entrada DC, acoplada diretamente, acopla todas as componentes do sinal.
- A chave, quando na posição GND, mostra o nível zero volt na tela, para permitir localizá-lo, servindo de referência para outras medições.
 
   
   
    PONTAS DE PROVA PARA OSCILOSCÓPIOS:
No estudo feito até aqui, supusemos que a inserção do osciloscópio num circuito, para efetuar a medição de forma de onda desejada, não afeta as características do sinal. Na realidade, para alcançar esta condição ideal de funcionamento, diversas considerações práticas precisam ser levadas em conta.
O osciloscópio de uso geral em laboratório admite sinais que variam de alguns milivolts por centímetro de deflexão vertical, até centenas de volts. O sinal a ser aplicado a cada um dos canais do osciloscópio é captado por pontas de prova, passando, então, ao atenuador interno e aos estágios de amplificação. O atenuador serve para ajustar a sensibilidade do osciloscópio, normalmente, na seqüência 1-2-5. Como exemplo, um atenuador pode produzir 10, 20, 50, 100, 200, 500 mV etc, por centímetro de deflexão vertical.
 
   
De acordo com as características dos estágios de atenuação e amplificação consideradas, podemos estabelecer que o osciloscópio tem impedância de entrada que pode ser representada pela figura ao lado.
A alta impedância de entrada é característica desejável em qualquer medidor de tensão, principalmente, quando se precisa fazer medição em circuito de alta impedância. O objetivo é sempre diminuir o efeito de carga do medidor, no circuito em teste.
A figura representa a impedância de entrada do osciloscópio, constituída por uma resistência Re, em paralelo com uma capacitância de entrada Ce, que pode variar de 20 a 50 pF, normalmente. Se uma ponta de prova for ligada ao osciloscópio, sua impedância deve possuir capacitância maior, por causa da capacitância da própria ponta de prova e do cabo de blindagem. Osciloscópios usados para freqüências mais altas (exemplos, para faixa de 100 MHz) precisam apresentar capacitâncias de entrada bem inferiores a 30 pF. Isto é possível de se alcançar, usando-se pontas de prova atenuadoras, as quais serão abordadas mais tarde.

 
    PONTAS DE PROVAS NÃO ATENUADORAS
As pontas de prova mais elementares, usadas em medições de tensões em circuitos com osciloscópios, não possuem atenuação. São constituídas por um cabo coaxial flexível blindado. A figura ao lado mostra um desenho do cabo coaxial: um fio condutor interno é recoberto por uma malha metálica (blindagem), cuja função é evitar que sinais parasitas (ruídos espúrios) sejam captados. Estes sinais, caso fossem captados, interfeririam na medição, ocasionando uma imagem do sinal sem contornos definidos, com aparência de um desenho manchado, representação do sinal a ser medido mais o ruído de fundo.


 
   
A malha metálica permanece aterrada (ligada à carcaça do osciloscópio), para que aja como blindagem.
O cabo coaxial é terminado numa extremidade por um conector BNC, que permite seu acoplamento ao painel do osciloscópio. Na outra extremidade são ligados "pinos-banana" ou "garras jacaré". Uma das garras (ou pinos) liga-se ao fio condutor interno do cabo coaxial e, a outra (o), liga-se à malha metálica de blindagem.
Um esquema da ponta de prova não atenuadora para medição de tensão, acoplada ao osciloscópio, é mostrado na figura ao lado.
 
   
As pontas de prova não atenuadoras são usadas em sinais de baixa freqüência e em circuitos de baixa impedância. Seu nome vem do fato de que a relação entre o sinal de entrada do osciloscópio (Ve) e o sinal de saída do circuito em teste (Vs) é unitária. Isto é mostrado na figura ao lado.
Observe que, se a impedância de entrada do osciloscópio ( Zi ) for muito maior que a resistência de saída do circuito em teste ( Rs ), teremos: Ve / Vg = 1. Assim, isso equivale a dizer que as medições de tensão estão corretas para os sinais de baixas freqüências, pois Zi será grande, quando comparado a Rs.
Entretanto, se Zi < Rs, Vg será diferente de Vs e a medição de tensão será incorreta. O erro é causado, neste caso, pelo efeito de carga do instrumento de medição (osciloscópio) ao ser inserido no circuito. Concluímos que a relação Ve / Vg é função de Zi, a qual, por sua vez, é função da frequência. Para diminuí-lo, é necessário conectar um circuito atenuador RC, entre o terminal do cabo coaxial e a entrada do osciloscópio. Com isto, objetiva-se tornar a relação Ve / Vg independente da frequência do sinal em teste.

 
   
PONTAS DE PROVA ATENUADORAS

Se levarmos em conta a própria capacitância introduzida pelo cabo coaxial (Cc), o circuito equivalente completo pode ser representado como na figura ao lado.
Na figura, representamos o capacitor variável (C) e o resistor (R), como sendo os elementos acrescentados à ponta de prova, para efeito de compensação.
O efeito pode ser explicado, usando a teoria de circuitos no domínio da freqüência.

 
   

 

Observamos que ->

 

 
    Zeq é a impedância equivalente de entrada do osciloscópio, já levando em conta a capacitância de entrada Ce, em paralelo com a capacitância de cabo coaxial (Cc) e a resistência de entrada (Re).
Zp, é impedância acrescentada à ponta, para compensação de freqüência.
   
   

 

Podemos demostrar que ->

 

 
   

e se torna uma relação independente da freqüência, conforme desejado. Onde Ceq é a capacitância equivalente da associação em paralelo de Cc e Ce.

   
   
Mais ainda, se ->
 
    que é valor de atenuação normalmente usado.
Observe ainda que, no esquema da figura, colocamos o capacitor C, de compensação, ajustável. Isto é comumente feito na prática, porque a capacitância de entrada do osciloscópio varia com o cabo coaxial usado e, de modelo para modelo de aparelho. Por isso, o ideal é fazer o ajuste (calibração) da ponta de prova, ao conectá-la ao osciloscópio.
   
    A figura ao lado mostra uma ponta de prova atenuadora, em seu aspecto externo.
Cabe ressaltar que existem usualmente pontas de prova para atenuações 10 vezes (mais comuns), e também de 50 e 100 vezes.
 
    CALIBRANDO PONTAS DE PROVA ATENUADORAS
Calibrar a ponta de prova é ajustar o valor de cada componente da rede de compensação, para melhorar a resposta de freqüência do instrumento.
Os próprios manuais de fabricante dos osciloscópios costumam esclarecer o procedimento de calibração. É comum existir uma saída no osciloscópio, na qual se dispõe de uma onda quadrada ou retangular, apropriada à calibração, gerada internamente no próprio aparelho.
Liga-se, então, a ponta a ser calibrada a esta saída, visualizando-se o aspecto da onda quadrada ou retangular de calibração, na tela do osciloscópio. Dependendo do aspecto que a onda apresenta na tela, sabe-se que a compensação da ponta de prova está adequada, ou não. A figura ao lado mostra os três casos de aspectos, que a onda retangular poderia apresentar na tela de um osciloscópio.

Caso (a): a compensação está correta.
Caso (b):Houve sobre compensação, porque aparecem os chamados "overshoots", picos que surgem nas transições rápidas de sinal (onda quadrada). Eles correspondem a um favorecimento das componentes de altas freqüências do sinal, em relação às de baixas freqüências. O sobre-sinal que surge causa os picos indesejados ("overshoots").
Caso (c): Houve sub-compensação, pelo fato de que as altas frequências estão mais atenuadas do que deveriam; as transições rápidas (bordas de onda quadrada) tornam-se mais lentas, dando surgimento ao aspecto arredondado visto na figura.

Nos casos observados nas figuras b e c, normalmente mexe-se num parafuso de ajuste do valor de C, (capacitância da ponta de prova), olhando-se a forma de onda na tela, até se alcançar o aspecto ideal do caso da figura a.

 
         
    SISTEMA DE DISPARO E SINCRONIZAÇÃO  
       
    OBJETIVO DO SINCRONISMO
Embora já tenha sido abordado o assunto sincronismo sucintamente, passaremos a analisar, com maiores detalhes, os recursos que estão disponíveis ao usuário do osciloscópio, para conseguir que a figura fique parada na tela, permitindo as medições referentes ao sinal de interesse.
Já vimos que o osciloscópio funciona desenhando na tela uma figura resultante do movimento do feixe eletrônico nos eixos x e y.
Quando a varredura começar, iniciar-se-á, também, o desenho na tela. Conforme foi citado anteriormente, se o período da varredura for um múltiplo inteiro do período do sinal a ser visualizado, cada nova varredura começará sempre num ponto de posição definida no sinal visualizado.
Num caso como este, a cada nova varredura, o sinal na tela é redesenhado, exatamente sobre o desenho anterior e temos a sensação de uma figura parada na tela, o que permite as medições usualmente desejadas.
Mas, se o período da varredura não for um múltiplo inteiro do período do sinal a ser visualizado, cada nova varredura será iniciada num ponto diferente do sinal; assim, cada novo desenho superpõe-se ao anterior em posição diferente; olhando para a tela, o observador verá a figura "andar", ou melhor, "correr" na tela. Imaginemos, por exemplo que estamos usando a chave tempo/divisão (SEC/DIV) na posição 0,05µs/divisão; uma vez que o osciloscópio possui dez divisões horizontais, isto implica em que um desenho esteja sendo feito na tela, a cada 0,5µs. Assim, teremos um traçado de dois milhões de desenhos por minuto, não levando em conta os tempos de retraço e de inatividade da varredura. Este raciocínio serve para ilustrar o grau de confusão visual que surgiria na tela, ou, o quanto a figura correria, impedindo qualquer medição.
 
    Como evitar essa situação?
Bem , o fundamental é fazer cada varredura começar sempre num ponto de mesma posição relativa, em cada ciclo do sinal a ser visualizado. É por isso que existe o circuito de sincronismo. A figura ao lado ilustra o que deve ocorrer.

 
         
    FUNCIONAMENTO DO SINCRONISMO
O diagrama em blocos ao lado ilustra, sucintamente, o circuito de sincronismo.
 
    Já a figura ao lado mostra a visualização de um sinal senoidal na tela, quando os pulsos de sincronismo são gerados, toda vez que o sinal passa pelo nível de zero volt.
 
    Às vezes, é conveniente variar o ponto de disparo da varredura, seja para obter uma figura mais estável na tela, seja para alcançar um aspecto da figura que, de alguma forma, facilite mais a medição desejada. Para esses casos, existem dois controles no osciloscópio, acessíveis ao usuário, no painel do equipamento. São os controles "LEVEL" e "SLOPE". A figura ao lado fornece um exemplo, para compreensão de seu uso.


 
    CONTROLE " LEVEL"
Normalmente, no painel do osciloscópio há um "Knob", que possui a identificação "LEVEL" escrita (26 da figura ao lado), o qual pode ser girado para a direita ou para a esquerda. A função deste controle é, atuando no circuito de disparo, conforme ilustrou o diagrama em blocos da terceira figura mais acima, ajustar o nível de senal no qual o disparo será realizado (gatilho); quando o sinal cruza este nível, a varredura é disparada, aparecendo a forma de onda na tela.
O efeito da atuação deste controle foi mostrado na figura acima, com dois níveis de gatilho diferentes escolhidos, e a forma de onda resultante visualizada na tela , em cada caso.

CONTROLE "SLOPE"

Este controle é comumente feito por meio de uma chave do painel. Ele determina o sentido da inclinação do sinal no qual ocorrerá o disparo da varredura. Na chave, em geral, existem duas posições indicadas como:
"+" ou "_/": Se a chave estiver nesta posição, o disparo da varredura ocorrerá quando o sinal de gatilho cruzar o nível de disparo no sentido crescente (sentido positivo).
"-" ou "\_": Se a chave estiver nesta posição, o disparo da varredura ocorrerá quando o sinal de gatilho cruzar o nível de disparo no sentido decrescente (sentido negativo).
O efeito da atuação deste controle está ilustrado na figura acima (visualização de um sinal), com duas situações diferentes: disparo em bordo positivo e em bordo negativo.
 
   
FUNÇÃO DO CONTROLE "HOLDOFF" (TEMPO DE INATIVIDADE OU PAUSA)
Nem todos os pulsos de "trigger" podem provocar o disparo. Aqueles que ocorrem no retraço e, também, durante um curto período depois do retraço (período de "holdoff" ou tempo de inatividade) não podem disparar a varredura. O período de inatividade é usado para garantir que o "display" já esteja estável, depois do retraço.
Mas, algumas vezes, o tempo normal de "holdoff" é insuficiente para garantir estabilidade da figura na tela. Esta possibilidade existe quando o "trigger" é um sinal complexo, com muitos pontos possíveis de produzirem disparo.
Trens de pulsos digitais são um bom exemplo. Cada pulso é muito semelhante ao outro e, cada um pode provocar o disparo, mas nem todos gerariam o mesmo display. A função "holdoff" provê uma forma de controlar o ponto que será aceito para provocar o disparo.
A figura ao lado ilustra a ação do controle denominado de "holdoff time".


 
   
FONTES DE "TRIGGER"
As fontes de "trigger" podem ser agrupadas em dois tipos: interno e externo. Ou seja, o sinal de que está sendo usado para acionar a varredura é fornecido internamente pelo osciloscópio, ou externamente, aplicado ao aparelho por meio de um conector tipo BNC, em alguns osciloscópios e, no modelo TEKTRONIX 2225 está indicado como "EXT INPUT" ou "Z". Esta entrada destina-se ao acoplamento de sinal externo, incluindo "trigger", quando necessário.
No caso da opção de usar "trigger" interno, há ainda várias possibilidades de trabalho:
1. disparar por um dos canais. Escolhe-se, de preferência, aquele que está apresentando o sinal de freqüência menor, para evitar "displays" ambíguos.
2. colocar a chave "source" em "VERT MODE". Neste caso a opção escolhida para o modo vertical define qual será o sinal de "trigger" a ser usado. Assim, se o VERTICAL MODE for:
CH1 - é o sinal deste canal que dispara a varredura.
CH2 - é o sinal deste canal que dispara a varredura.
CH3 - ADD e BOTH-CHOPP - o sinal de "trigger" é a soma algébrica dos sinais dos canais 1 e 2.
BOTH - ALT - o "trigger" vem do canal 1 e do 2, alternadamente, como a varredura também.
Usam-se as opções de "trigger" composto somente para comparar sinais assíncronos, se necessário.
O VERTICAL MODE da fonte de "trigger é uma opção que pode ser usada como um tipo de seleção automática da fonte, quando for preciso mudar e retornar a diferentes opções de utilização do modo vertical, para observar sinais diferentes.
A opção do "trigger" externo é útil, em certas ocasiões como, por exemplo, em circuitos digitais, quando se deseja observar um longo trem de pulsos muito semelhantes, que estão sincronizados a partir de um "clock", ou sinal de outra parte do circuito.
A opção possibilita utilizar como fonte de "trigger" um sinal senoidal, na frequência da rede (60 Hz), obtido por meio do secundário do transformador de alimentação do osciloscópio. Esta forma de "trigger" é útil toda vez em que se estudam circuitos cujo funcionamento relaciona-se à freqüência da rede, como por exemplo, "dimmers", fontes de alimentação e equipamentos de TV.


 
   
ACOPLAMENTO DO SINAL DE "TIGGER"
Em geral, há uma chave no painel do osciloscópio, indicada por "COUPLING". Esta chave é usada para selecionar o acoplamento do sinal de "trigger" (ou disparo), de acordo com as características do sinal a ser medido.
Formas de acoplamento usualmente disponíveis:
1) AC - bloqueia componentes DC e atenua sinais, abaixo de uma freqüência de corte inferior, em torno de 10 Hz. É muito usado, porque permite um gatilho estável, não afetado pela componente DC do sinal de entrada. Se for usado o modo de gatilho ALT (alternado) e, se a velocidade da varredura for baixa, poderá surgir trepidação da figura na tela ("jitter"); em tais casos, opta-se pelo modo DC de acoplamento.
2) LF REJ - bloqueia componentes DC e atenua aquelas abaixo de uma dada freqüência de corte, que deve ser verificada no manual do equipamento. No modelo TEKTRONIX 2225, esta freqüência é de 30 KHz.
3) HF REJ - Bloqueia componentes DC e atenua aquelas acima de uma dada freqüência, dependente do modelo e fabricante.
No modelo TEKTRONIX 2225 é de 30 KHz; já no modelo MINIPA MO-1222, é de 50 KHz.
As opções 2 e 3 de acoplamento são úteis, por exemplo, nos casos em que o sinal de "trigger" estiver sujeito a ruídos, que possam gerar disparos ambíguos e, portanto, figuras instáveis na tela.
4) DC - acopla todas os componentes. É um modo de acoplamento usado quando se necessita observar na tela um sinal de freqüência muito baixa, ou que tenha ciclo de trabalho ("duty cycle") alto.
 
   
MODOS DE OPERAÇÃO DO CIRCUITO DE "TRIGGER"
O modelo TEKTRONIX 2225 permite os seguintes modos de operação:

- PP AUTO / TV LINE
- NORM
- TV FIELD
- SGL SWP

PP AUTO / TV LINE - neste modo, com a ausência de um sinal de "trigger" a varredura passa a ser do tipo "free-running"; o que ocorre é que um "trigger" inicia a varredura. Quando esta termina, e o período de "holdoff" expira, um circuito temporizador começa a contar o tempo. Se um novo trigger não for encontrado neste tempo, um "trigger" é gerado automaticamente e é apresentada a linha horizontal na tela, mesmo sem nenhuma forma de onda aplicada aos canais do osciloscópio. Este modo é automático, facilitando a sincronização a partir de sinais de amplitudes ou formas de onda variáveis, porque prevê que os níveis de acionamento estejam sempre confinados aos picos do sinal de trigger.
Este modo permite sinais de "trigger" gerados a partir de formas de onda de TV e outras com freqüências acima de 20 Hz. Para sinais com frequências menores de 20 Hz, neste modo, o circuito pode não encontrar o nível correto.
- NORM - este modo produz uma varredura somente quando o critério selecionado pelos controles LEVEL e SLOPE for encontrado. Não aparecerá traço horizontal na tela, caso não haja "trigger". Este modo é adequado para sinais não freqüentes ou aleatórios.
- SGL SWP - neste modo ("Single Sweep" ou varredura única) - a varredura é acionada somente uma vez. É necessário pressionar a chave "RESET", para armar o circuito de "trigger"; quando o"RESET" ocorre, a varredura é gerada, e o indicador se apaga.
É um modo adequado para mostrar sinais instáveis ou não repetitivos.
TV Field - este modo dispara a varredura a partir de um sinal de TV. Este modo será usado em testes envolvendo sinais de vídeo.