Como comprar um osciloscópio e não se arrepender depois

Como comprar um osciloscópio e não se arrepender depois

Osciloscópio Tektronix série 1000

Osciloscópio Tektronix série 1000

Comprar um osciloscópio é um verdadeiro investimento, por isso é importante analisar bem as características que devem ser observadas para que não venhamos a nos arrepender depois, senão como diz o ditado antigo: – agora é tarde, Inês é morta!

No tempo dos analógicos não tínhamos muito no que pensar, a preocupação maior era com a largura de banda (BW), sem que não nos deixássemos de nos preocupar com a sensibilidade da entrada vertical e, evidentemente, escolhêssemos uma marca que tivesse credibilidade.

Hoje, a menos que você compre um de segunda mão, a melhor opção, sem dúvida, é comprar um osciloscópio digital.

Como disse no post anterior está nos meus planos, “um dia”, vir a adquirir um digital por dois motivos principais.

O primeiro é o tamanho reduzido e o segundo, mais importante que o primeiro, diz respeito aos recursos que, mesmo os modelos digitais mais básicos, oferecem e só são encontrados (em parte) nos analógicos top de linha.

Resolvi então começar uma pesquisa sobre o que se deve “procurar” num scope digital, e vou repartir com vocês minhas conclusões preliminares.

Comecemos pela largura de banda

O ponto de partida para nossa escolha deve ser o valor da largura de banda ou Band Width que costuma aparecer nos catálogos apenas como BW.

Se o dinheiro estiver sobrando no seu bolso, então parta logo para a maior BW que você achar no mercado e certamente você será agraciado com uma infinidade de recursos “extras” (que talvez nem saiba como utilizar), porém se você é brasileiro como eu e não “está no andar de cima” a grana deve estar curta e então é bom começar a entender exatamente o que significa BW no caso de um osciloscópio (analógico ou digital) para fazer uma boa escolha, mas que caiba no seu bolso.

Os engenheiros definem BW com a frequência mais alta na qual a amplitude do sinal de entrada sofre uma atenuação de 3dB o que na prática corresponde a um erro de 30%.

Sim, e daí é o que você deve estar querendo perguntar.

Suponhamos que você tenha um sinal puramente analógico (uma senóide) de 10MHz e amplitude 1Vpp.

Se a BW do seu osciloscópio for de 10MHz o sinal aparecerá na telinha com -3dB, ou seja, com 0,7Vpp.

Então para ver este sinal “na boa” qual deveria ser a BW do osciloscópio?

Fabricantes como a Agilent e Tektronix, dentre outros, recomendam que para sinais puramente analógicos a BW deva ser, no mínimo, o dobro da frequência que se deseja examinar, logo, neste caso, deveríamos ter um scope de 20MHz, no mínimo.

O ideal para um osciloscópio analógico seria considerar uma BW três vezes maior e para um modelo digital cinco vezes maior.

Só que hoje estamos irremediavelmente no mundo digital e a menos que você trabalhe com equipamentos estritamente analógicos, o que é quase impossível, você estará sempre se deparando com sinais digitais e aí a coisa muda de figura.

Para sinais de clock digitais a recomendação dos fabricantes é que a BW seja, no mínimo, cinco vezes a frequência de clock o que permitiria “enxergar” até o quinto harmônico e no nosso exemplo precisaríamos de um scope de BW igual a 50MHz.

Nas figuras abaixo vemos um clock de 100MHz em um osciloscópio de BW 100MHz e outro de 500MHz donde concluímos que com um osciloscópio inadequado estaríamos vendo sinal que não é o verdadeiro.

Clock de 100MHz com BW = 100MHz

Clock de 100MHz com BW = 100MHz

Clock de 100MHz com BW=500MHz

Clock de 100MHz com BW=500MHz

É possível que ao ler este tópico você tenha ficado mais confuso do que antes e não saiba mais o que comprar.

Não se desespere, sempre há uma luz no fim do túnel (nem que seja um trem vindo em sentido contrário!).

A boa notícia é que muitos fabricantes estão “oferecendo” a possibilidade de comprar um osciloscópio de BW menor e um ano depois fazer um up-grade para uma BW maior (pagando uma diferença, é claro) e assim dois ou três anos depois você terá transformado seu fusquinha num BMW!

Sample rate ou taxa de amostragem

Outra característica importante que só existe nos osciloscópios digitais é a taxa de amostragem ou sample rate.

Este é um parâmetro um pouquinho mais complicado de entender, e para simplificar, vamos começar dizendo que ele está relacionado à “velocidade” do osciloscópio em gerar as amostras a fim de produzir uma melhor resolução na exibição da forma de onda quando se trata de sinais complexos.

Um conceito importante em processamento de sinais digitais é dado pelo Teorema de Amostragem de Nyquist.

Em linhas gerais este teorema enuncia que a frequência de amostragem deve ser maior que duas vezes a frequência máxima do sinal a qual costuma ser chamada de frequência de Nyquist (fN).

No tópico anterior onde tratamos da BW vimos que para um analisar um sinal de frequência igual a BW do osciloscópio teríamos uma atenuação de 3dB, entretanto o fato do sinal ter sido atenuado não significa que as frequências acima da BW tenham “desaparecido” e, portanto elas devem ser amostradas.

Fabricantes como Tektronix e Agilent, por exemplo, recomendam um sample rate quatro ou cinco vezes maior que o BW especificado para que se possa ver o que está “escondido”.

Profundidade de memória

Eis outro parâmetro que só iremos encontrar nas especificações dos osciloscópios digitais cujo termo original em inglês é memory depth.

O número máximo de amostras de um sinal que um osciloscópio pode colher está intimamente relacionado à profundidade de memoria de aquisição que ele possui.

Mesmo que a “propaganda” anuncie uma alta taxa de amostragem (sample rate) ainda assim isto não garantirá que ele sempre utilizará esta alta taxa.

Um osciloscópio exibe sua taxa mais rápida quando a base de tempo está ajustada para taxas de tempo mais rápidas.

Porém se a base de tempo for ajustada para faixas mais lentas, quando se deseja capturar maiores tempos de expansão do sinal, o osciloscópio automaticamente reduzirá sua taxa de amostragem em função de sua memória de aquisição disponível o que depende da profundidade de memória que ele possui.

Este conceito está bem explicado com os exemplos dados num application note da Agilent intitulado “How to Select Your Next Oscilloscope: 12 Tips on What do Consider Before you Buy” que vou apresentar a seguir.

Suponhamos um osciloscópio com um taxa de amostragem máxima igual a 1GSa/s (um giga samples por segundo) e uma profundidade de memória de 10 mil pontos.

Se a base de tempo for ajustada para 10ns/div para termos na tela 100ns da atividade do sinal (10ns/div x 10 divisões = 100 amostras) o osciloscópio precisa apenas de 100 pontos de memória de aquisição para preencher a tela (100ns x 1GSa/s = 100 samples). Até aí tudo bem.

Imagine agora que você ajustou a base de tempo para 10ms/div a fim de capturar 100ms de atividade do sinal. Neste caso o osciloscópio automaticamente reduzirá sua taxa de amostragem para 100MSa/s (100 mega samples por segundo), pois 10 mil amostras divididas por 100ms é igual 100MSa/s.

Para esclarecer melhor isso vejamos a figura abaixo onde temos na parte superior uma forma de onda inteiramente capturada e na parte inferior temos um zoom de uma parte do sinal.

Osciloscópio profundide de memória

Estas imagens foram feitas com um osciloscópio da série 3000 da Agilent capturando um sinal digital em 100ms/div numa base de tempo de 1ms. No exemplo dado o osciloscópio tem ate 4 milhões de pontos de memória de aquisição podendo manter sua taxa de amostragem máxima de 4GSa/s para  base de tempo escolhida.       

Para resumir, a regra a ser usada pode      ser expressa pela seguinte fórmula:

Memória de Aquisição = Tempo de expansão x Sample Rate requerida

Este é, sem dúvida, um assunto complicado e eu apenas o mencionei como curiosidade, digamos assim, pois ele requer prática e familiarização com o osciloscópio para usá-lo de forma a obter o melhor resultado possível.

Afinal, qual osciloscópio devo comprar?

Esta é uma pergunta difícil de ser respondida. É claro que o preço é uma parte importante da equação, entretanto, às vezes, é melhor esperar um pouquinho, juntar uma graninha a mais para não se arrepender depois.

Se você pretende investir em um osciloscópio digital pesquise bastante antes para encontrar algo que atenda as suas necessidades mais caiba no seu orçamento. É isto que eu estou fazendo. Esta foi a intenção de post, mostrar o que já descobri até agora. Quando descobrir mais coisas, prometo que conto pra vocês.

 Curso Osciloscópio

 

Técnico em eletrônica formado em 1968 pela Escola Técnica de Ciências Eletrônicas, professor de matemática formado pela UFF/CEDERJ com especialização em física. Atualmente aposentado atuando como técnico free lance em restauração de aparelhos antigos, escrevendo e-books e artigos técnicos e dando aula particular de matemática e física.

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  1. professor eu tenho um Minipa 20MHZ analogico e penso em comprar um digital. mas qual você me recomenda para reparos em tv modernas ? (20,30,40,50,ou mais MHZ) . aquele abraço!!!!!!!!