1
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
OsciloscOsciloscóópios Analpios Analóógicosgicos
2
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogico
ÂnodoÂnodoCCáátodotodo
••
ÉÉ
um instrumento electrum instrumento electróónico baseado num tubo de nico baseado num tubo de raios catraios catóódicos (TRC)dicos (TRC)
••
Aquecendo o cAquecendo o cáátodo, e aplicando uma tensão entre o todo, e aplicando uma tensão entre o ccáátodo e o ânodo, formatodo e o ânodo, forma--se um feixe de electrõesse um feixe de electrões
••
Que projectados contra um alvo convertem a sua Que projectados contra um alvo convertem a sua energia cinenergia cinéética em energia luminosatica em energia luminosa
AlvoAlvo
3
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+U+UDD
--UUDD
--UUDD
+U+UDD
OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogico
ÂnodoÂnodoCCáátodotodo
••
Aplicando tensões de desvio a um conjunto de placas Aplicando tensões de desvio a um conjunto de placas
paralelas podeparalelas pode--se desviar o feixese desviar o feixe
••
Com dois sistemas ortogonais de placas (Com dois sistemas ortogonais de placas (uuxx
e e uuyy
) )
podepode--se levar a marca luminosa a qualquer ponto do se levar a marca luminosa a qualquer ponto do
alvoalvo
AlvoAlvo
4
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OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogico
ÂnodoÂnodoCCáátodotodo
••
Para se atingir a luminosidade são necessPara se atingir a luminosidade são necessáárias tensões (fixas) rias tensões (fixas) de acelerade aceleraçção elevadas da ordem dos kVão elevadas da ordem dos kV
••
Para não comprometer a sensibilidade ao desvio, estas Para não comprometer a sensibilidade ao desvio, estas tensões são aplicadas em duas etapas:tensões são aplicadas em duas etapas:
••
uma pruma préé--aceleraaceleraçção (centenas de volt)ão (centenas de volt)
••
e uma pe uma póóss--aceleraaceleraçção (alguns kV)ão (alguns kV)
AlvoAlvo
5
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OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogico
ÂnodoÂnodoCCáátodotodo
••
A regulaA regulaçção da intensidade luminosa fazão da intensidade luminosa faz--se por se por meio do meio do cilindro de cilindro de WehneltWehnelt
que actua como que actua como
uma grelha de comandouma grelha de comando
••
Pequenas tensões negativas permitem bloquear o Pequenas tensões negativas permitem bloquear o feixefeixe
AlvoAlvo
Cilindro de Cilindro de WehneltWehnelt
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OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogico
ÂnodoÂnodoCCáátodotodo
••
No canhão electrNo canhão electróónico existe um conjunto de elnico existe um conjunto de elééctrodos ctrodos que formam uma que formam uma ““lente electrostlente electrostááticatica””
((óóptica ptica
electrelectróónicanica))
••
Para assegurar a convergência das trajectPara assegurar a convergência das trajectóórias sobre o rias sobre o alvo numa pequena alvo numa pequena áárea que vai dar origem rea que vai dar origem àà
marca marca
luminosaluminosa
AlvoAlvo
Cilindro de Cilindro de WehneltWehnelt
ÓÓptica ptica electrelectróónicanica
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OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogico
VCR518 early 4" double beam CRTVCR518 early 4" double beam CRT
Blue Blue blueblue
phosphor (1940)phosphor (1940)DN 7DN 7--22
7cm CRT7cm CRT
Green phosphor screenGreen phosphor screen
Used in one of the first Philips oscilloscopes Used in one of the first Philips oscilloscopes
(1938).(1938).
HP Oscilloscope tube with storage screen.HP Oscilloscope tube with storage screen.
50835083--1972 3x 4" face.1972 3x 4" face. Tektronix 154Tektronix 154--08500850--0101
Advanced CRT from the 2445B Oscilloscope.Advanced CRT from the 2445B Oscilloscope.
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OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogico
••
O modo de emprego mais frequente consiste O modo de emprego mais frequente consiste numa observanuma observaçção da evoluão da evoluçção duma tensãoão duma tensão
UUxx
com com o tempo.o tempo.
••
Para isso Para isso éé
necessnecessáário aplicar a tensão rio aplicar a tensão uuyy
ààs placas s placas de desvio vertical e uma tensão de desvio vertical e uma tensão uuxx
, directamente , directamente proporcional ao tempo proporcional ao tempo ààs placas de desvio s placas de desvio horizontal.horizontal.
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OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogico
( )y vu k t
x vu k t=
Se durante uma parte do perSe durante uma parte do perííodo de odo de uuxx
esta for esta for proporcional ao tempo,proporcional ao tempo,
a trajecta trajectóória relativa a esse intervalo representaria relativa a esse intervalo representa
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OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogico
••
VarrimentoVarrimento
((sweepsweep) ) ––
movimento da marca movimento da marca luminosa segundo o eixo horizontal, da esquerda luminosa segundo o eixo horizontal, da esquerda para a direita, com velocidade uniformepara a direita, com velocidade uniforme
••
RetrocessoRetrocesso
––
mover o feixe para o extremo mover o feixe para o extremo esquerdo do alvo com extinesquerdo do alvo com extinçção do feixeão do feixe
••
A tensão de varrimento A tensão de varrimento éé
gerada na gerada na base de base de tempo tempo do osciloscdo osciloscóópiopio
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OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogico
VarrimentoVarrimentoTempo activoTempo activo
RetrocessoRetrocesso
Tempo mortoTempo morto
Tensão de comando do cilindro de Tensão de comando do cilindro de WehneltWehnelt
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OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogicoCom Com uuxx
proporcional ao tempo (em parte do perproporcional ao tempo (em parte do perííodo),odo),
A tensão aplicada A tensão aplicada ààs placas de desvio horizontal s placas de desvio horizontal éé vulgarmente conhecida por vulgarmente conhecida por ““dente de serradente de serra””
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OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogico
••
SSóó
fica visfica visíível o trovel o troçço da trajecto da trajectóória correspondente ria correspondente àà fase do varrimentofase do varrimento
••
Para que a trajectPara que a trajectóória se repita, o varrimento tem que ria se repita, o varrimento tem que se iniciar sempre no mesmo ponto de se iniciar sempre no mesmo ponto de uuyy
(t(t))
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OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogico••
O sincronismo O sincronismo éé
assegurado pela prassegurado pela próópria tensão pria tensão uuyy
(t(t) )
[ou por outro sinal s[ou por outro sinal sííncrono com ncrono com uuyy
(t(t)])]
••
O sinal de sincronismo, ou O sinal de sincronismo, ou disparodisparo
((triggertrigger), ), éé gerado no disparadorgerado no disparador
••
Este sinal controla o inEste sinal controla o iníício do sinal dente de serracio do sinal dente de serra
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OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogico••
A tensão de varrimento tem que funcionar em A tensão de varrimento tem que funcionar em sincronismosincronismo
com a tensão a observarcom a tensão a observar
••
Não Não éé
obrigatobrigatóório que a tensão rio que a tensão uuyy
((tt) seja peri) seja perióódicadica
••
Tem que ser repetitivaTem que ser repetitiva
Imagem Imagem no alvono alvo
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OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogico
--
memmemóóriaria
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OsciloscOsciloscóópio analpio analóógicogicoCanal vertical
Canal horizontal
Base de tempo
Disparador
Entrada Y
Entrada X
Disparo int.
Disparo ext.W
V
H
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Canal verticalCanal vertical
••
A sensibilidade ao desvio dum TRC A sensibilidade ao desvio dum TRC éé
da ordem de da ordem de alguns mm/V da tensão de desvioalguns mm/V da tensão de desvio
••
ÉÉ
preciso amplificar as tensões a reproduzirpreciso amplificar as tensões a reproduzir
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Canal verticalCanal vertical
••
Para ajustar a sensibilidade aos diferentes Para ajustar a sensibilidade aos diferentes nnííveis de tensão veis de tensão uuyy
hháá
um atenuador calibradoum atenuador calibrado
••
ÉÉ
um divisor de tensão de alta impedância um divisor de tensão de alta impedância compensado (escalas 1compensado (escalas 1--22--5)5)
••
Existe tambExiste tambéém uma regulam uma regulaçção fina, contão fina, contíínua, nua, não calibradanão calibrada
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Canal verticalCanal vertical
••
Existe uma regulaExiste uma regulaçção de posião de posiçção que permite ão que permite deslocar a imagem no sentido verticaldeslocar a imagem no sentido vertical
••
Para verificar a posiPara verificar a posiçção correspondente a 0 V, pode ão correspondente a 0 V, pode ligarligar--se o canal de entrada ao comum electrse o canal de entrada ao comum electróónico nico
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Canal verticalCanal vertical
••
Para ver todo o sinal o comutador deve ser ligado Para ver todo o sinal o comutador deve ser ligado para a posipara a posiçção DCão DC
••
Para retirar a componente contPara retirar a componente contíínua do sinal o nua do sinal o comutador deve ser ligado para a posicomutador deve ser ligado para a posiçção ACão AC
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Canal verticalCanal vertical
••
Do canal vertical Do canal vertical éé
retirada uma tensão para utilizar retirada uma tensão para utilizar no disparo internono disparo interno
••
Para que no inPara que no iníício do varrimento se possa cio do varrimento se possa reproduzir o pormenor de reproduzir o pormenor de uuyy
responsresponsáável pelo vel pelo disparo disparo éé
preciso um elemento de atrasopreciso um elemento de atraso
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Canal vertical Canal vertical --
especificaespecificaççõesõesLargura de bandaLargura de banda
––
ponto em que a caracterponto em que a caracteríística stica
de amplitude cai 3dB do valor de amplitude cai 3dB do valor àà
frequência zerofrequência zero
A esta frequência um sinal no osciloscA esta frequência um sinal no osciloscóópio spio sóó
tem tem 70% da sua amplitude real70% da sua amplitude real
AtenAtençção aos sinais com mais componentes ão aos sinais com mais componentes espectrais.....espectrais.....
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Canal vertical Canal vertical --
especificaespecificaççõesõesTempo de crescimentoTempo de crescimento
––
tempo de crescimento de tempo de crescimento de
um sinal rectangular de 10% a 90%um sinal rectangular de 10% a 90%
25
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Canal vertical Canal vertical --
especificaespecificaççõesõesLargura de banda Largura de banda ––
ffcc
Tempo de crescimento Tempo de crescimento ––
ttcc
Na prNa práática temtica tem--se fse fcc
ttcc
≈≈0,350,35
fc
/MHz 1 30 500
tc
/ns 350 12 0,7
O valor 0,35 O valor 0,35 éé
caractercaracteríístico de um circuito com um pstico de um circuito com um póólolo
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Canal vertical Canal vertical --
especificaespecificaççõesões
SensibilidadeSensibilidade
––
factor de escala em V/cm da factor de escala em V/cm da reprodureproduçção sem atenuaão sem atenuaççãoão
PrecisãoPrecisão
––
calibracalibraçção do atenuador (2% a 5%)ão do atenuador (2% a 5%)
Impedância de entradaImpedância de entrada
––
paralelo de 1 Mparalelo de 1 MΩΩ
com com alguns alguns pFpF
Tipo de entradaTipo de entrada
––
simples (1 terminal ligado simples (1 terminal ligado àà massa) ou diferencial (2 terminais de entrada não massa) ou diferencial (2 terminais de entrada não
ligados ligados àà
massa)massa)
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Canal verticalCanal vertical
VisualizaVisualizaçção de mais de uma grandezaão de mais de uma grandeza
Tubo de Tubo de duploduplo--feixefeixe: duplica: duplicaçção do canal vertical, da ão do canal vertical, da óóptica electrptica electróónica, do cilindro de nica, do cilindro de WheneltWhenelt
––
solusoluçção ão
complexa e muito caracomplexa e muito cara
ComutaComutaçção electrão electróónica de um nica de um úúnico feixe de nico feixe de electrões:electrões:
Regime alternadoRegime alternado
Regime segmentadoRegime segmentado
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Canal verticalCanal vertical
VisualizaVisualizaçção de mais de uma grandezaão de mais de uma grandeza
••
Regime alternadoRegime alternado
––
consiste em comutar o canal vertical de consiste em comutar o canal vertical de
uma forma suma forma sííncrona com a base de tempo (ALT)ncrona com a base de tempo (ALT)
••
Durante um varrimento completo, Durante um varrimento completo, éé
reproduzida uma das reproduzida uma das
grandezas. No varrimento seguinte grandezas. No varrimento seguinte éé
reproduzida outra, e reproduzida outra, e
assim sucessivamenteassim sucessivamente
••
Se os tempos de varrimento forem curtos, esta alternância Se os tempos de varrimento forem curtos, esta alternância
não não éé
perceptperceptíível, senão por uma menor intensidade luminosavel, senão por uma menor intensidade luminosa
••
ÚÚtil para grandezas de variatil para grandezas de variaçção rão ráápidapida
••
Usar quando: Usar quando: Base de TempoBase de Tempo
< 0.5 < 0.5 msms//divdiv
29
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Canal verticalCanal verticalVisualizaVisualizaçção de mais de uma grandezaão de mais de uma grandeza••
Regime segmentadoRegime segmentado
––
consiste em comutar o canal vertical consiste em comutar o canal vertical
de uma forma assde uma forma assííncrona por intervalos de alguns ncrona por intervalos de alguns μμs s sucessivamente por cada uma das grandezas a reproduzir sucessivamente por cada uma das grandezas a reproduzir (CHOP)(CHOP)
••
Durante cada varrimento completo, cada sinal Durante cada varrimento completo, cada sinal éé
reproduzido reproduzido por segmentos descontpor segmentos descontíínuosnuos
••
Se o nSe o núúmero de segmentos for muito elevado, não se mero de segmentos for muito elevado, não se conseguem ver as descontinuidadesconseguem ver as descontinuidades
••
Durante o intervalo de tempo em que se executa a comutaDurante o intervalo de tempo em que se executa a comutaçção ão entre os canais o feixe entre os canais o feixe éé
extintoextinto
••
ÚÚtil para grandezas de variatil para grandezas de variaçção lenta no tempoão lenta no tempo••
Usar quando: Usar quando: Base de TempoBase de Tempo
> 1 > 1 msms//divdiv
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Canal verticalCanal vertical
31
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Atenuador de tensão compensadoAtenuador de tensão compensado
••
Divisor Divisor resistivoresistivo
simples simples éé
constituconstituíído por 2 resistênciasdo por 2 resistências••
Quando se liga o divisor a um circuito deve terQuando se liga o divisor a um circuito deve ter--se em se em conta a impedância de entrada desse circuitoconta a impedância de entrada desse circuito
••
Equivalente a um circuito RC paralelo:Equivalente a um circuito RC paralelo:R R --
valor muito elevado (valor muito elevado (≥≥
MMΩΩ))
C C --
alguns alguns pFpF
22 1
1 2
Ru uR R
=+
32
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Atenuador de tensão compensadoAtenuador de tensão compensado
=+ + ω
22 1
1 2 1 2 2
RU UR R j R R C
A relaA relaçção entre ão entre uu11
e e uu22
depende da frequência.depende da frequência.
Incluindo um condensador CIncluindo um condensador C11
,,
( )+ ω
=+ + ω +
+
2 1 12 1
1 21 21 2
1 2
1
1
R j R CU UR RR R j C C
R R
33
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
Atenuador de tensão compensadoAtenuador de tensão compensado
( )+ ω
=+ + ω +
+
2 1 12 1
1 21 21 2
1 2
1
1
R j R CU UR RR R j C C
R R
ω→
⎛ ⎞= =⎜ ⎟ +⎝ ⎠
2 200
1 21
lim U R aR RU
∞ω→∞
⎛ ⎞= =⎜ ⎟ +⎝ ⎠
2 1
1 21
lim U C aC CU
0 1 1 2 2a a R C R C∞= ⇒ =2
2 11 2
RU UR R
=+
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
Atenuador de tensão compensadoAtenuador de tensão compensado
0 1 1 2 2a a R C R C∞ > ⇒ >
Como garantir a Como garantir a compensacompensaçção do divisor? ão do divisor?
HHáásobresobre--compensacompensaççãoão
35
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
Atenuador de tensão compensadoAtenuador de tensão compensado
0 1 1 2 2a a R C R C∞ < ⇒ <
HHáásubsub--compensacompensaççãoão
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
Atenuador de tensão compensadoAtenuador de tensão compensado
0 1 1 2 2a a R C R C∞= ⇒ =
O divisor estO divisor estáá compensadocompensado
Como obter esta situaComo obter esta situaçção?ão?
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
Sondas atenuadoras de tensãoSondas atenuadoras de tensão
0 1 1 2 2a a R C R C∞= ⇒ =
ÉÉ
um caso particular dos divisoresum caso particular dos divisores
Impedância equivalente de Impedância equivalente de entrada do instrumento de entrada do instrumento de
medidamedida
Sonda atenuadoraSonda atenuadora
A normalizaA normalizaçção das impedâncias de entrada permite o uso das ão das impedâncias de entrada permite o uso das mesmas sondas em diversos instrumentosmesmas sondas em diversos instrumentos
DeveDeve--se sempre verificar se a sonda estse sempre verificar se a sonda estáá
compensada compensada quando se muda de instrumentoquando se muda de instrumento
38
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Sondas atenuadoras de tensãoSondas atenuadoras de tensão
Muitos osciloscMuitos osciloscóópios fornecem um sinal pios fornecem um sinal quadrado para calibraquadrado para calibraçção das sondasão das sondas
39
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
Sondas atenuadoras de tensãoSondas atenuadoras de tensão
Ajuste de CAjuste de C11
40
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
Sondas de correnteSondas de corrente
41
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Canal horizontalCanal horizontal
••
Normalmente, mais simples que o canal verticalNormalmente, mais simples que o canal vertical
••
Consiste num amplificador para a tensão de varrimentoConsiste num amplificador para a tensão de varrimento
••
Existe tambExiste tambéém a hipm a hipóótese de usar uma tensão externa tese de usar uma tensão externa para o varrimento (modo XY)para o varrimento (modo XY)
Entrada X Para as
placas de desvio
horizontal
Pré-Amplificador Amplificador
final
Atenuador
Posição
Tensão de varrimento(da base de tempo)
X ext.
X int.
42
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DisparadorDisparador
••
A tensão de sincronizaA tensão de sincronizaçção determina as transião determina as transiçções da ões da bbááscula de disparoscula de disparo
••
O comando de nO comando de níível permite regular o instante, no vel permite regular o instante, no perperííodo, em que ocorre o impulso de disparo, odo, em que ocorre o impulso de disparo, deslocando a tensão de sincronizadeslocando a tensão de sincronizaçção em relaão em relaçção ão ààs s tensões limiar da btensões limiar da báásculascula
43
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DisparadorDisparador
••
As transiAs transiçções são diferenciadas gerando impulsos ões são diferenciadas gerando impulsos positivos de disparo da base de tempopositivos de disparo da base de tempo
••
O comando de inclinaO comando de inclinaçção permite escolher a ão permite escolher a vertente da tensão de vertente da tensão de sincronizasincronizaçção que ão que éé
aplicada aplicada
àà
bbááscula de disparoscula de disparo
44
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DisparadorDisparador••
O sinal usado para gerar o disparo pode ser interno O sinal usado para gerar o disparo pode ser interno (INT):(INT):
CH1 ou CH2CH1 ou CH2
VERT MODE (o sinal que aparece no canal VERT MODE (o sinal que aparece no canal vertical) vertical) –– ideal para, no modo ALT representar ideal para, no modo ALT representar dois sinais de frequências diferentesdois sinais de frequências diferentes
••
Ou externo (EXT Ou externo (EXT ––
entrada especentrada especíífica) fica) ––
ideal para ideal para ligar ligar àà
sasaíída SYNC OUT de um GFda SYNC OUT de um GF
••
Ou ainda LINE (50 Hz)Ou ainda LINE (50 Hz)
45
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Base de tempoBase de tempo
••
Gera a tensão em dente de serra para o varrimentoGera a tensão em dente de serra para o varrimento
••
E a tensão de comando para extinE a tensão de comando para extinçção do feixeão do feixe
46
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Base de tempoBase de tempo
••
A tensão em dente de serra para o varrimento A tensão em dente de serra para o varrimento éé
gerada gerada pelo integradorpelo integrador
••
No retrocesso, as condiNo retrocesso, as condiçções iniciais do integrador são ões iniciais do integrador são repostas, antes de se iniciar novo ciclorepostas, antes de se iniciar novo ciclo
+
Báscula de retrocesso
Impulsos de disparo
Báscula de comando Integrador Para o
canal horizontal
Manual
-1Estabilidade
Velocidade
extinção do feixe
47
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Base de tempoBase de tempo
activoactivo mortomorto
Regime disparado Regime disparado --
NORMNORM
O inO iníício do varrimento depende dos cio do varrimento depende dos impulsos de disparo (porque Uimpulsos de disparo (porque U00
<U<UII
))
48
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t
t
t
+Ul
- Ul
espera
Base de tempoBase de tempo
activoactivo mortomorto
Regime autRegime autóónomo nomo --
AUTOAUTO
O inO iníício do varrimento cio do varrimento éé
independente independente dos impulsos de disparo (porque Udos impulsos de disparo (porque U00
>U>UII
))
49
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DisparoDisparo••
Por vezes Por vezes éé
necessnecessáário garantir um intervalo de rio garantir um intervalo de
tempo mtempo míínimo entre o fim de um varrimento e o nimo entre o fim de um varrimento e o prpróóximo disparoximo disparo
••
Para tal usaPara tal usa--se um comando do disparo designado se um comando do disparo designado por por holdoffholdoff
50
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Base de tempoBase de tempo
••
A base de tempo define quanto tempo leva a rampa A base de tempo define quanto tempo leva a rampa a provocar o desvio desde o extremo esquerdo do a provocar o desvio desde o extremo esquerdo do CRT ao extremo direitoCRT ao extremo direito
••
Escala 1Escala 1--22--55
••
Existe ainda uma regulaExiste ainda uma regulaçção fina, contão fina, contíínua, nua, não não calibradacalibrada
51
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Modo XYModo XY
••
O modo XY pode ser usado para determinar a O modo XY pode ser usado para determinar a diferendiferençça de fase entre duas sinusa de fase entre duas sinusóóidesides
••
LigaLiga--se uma ao CH1 se uma ao CH1 ––
X e a outra ao CH2 X e a outra ao CH2 ––
Y Y
( )θ = =sin A CB D
52
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Modo XYModo XY
••
E se uma das sinusE se uma das sinusóóides tiver uma frequência ides tiver uma frequência mmúúltipla da outra? ltipla da outra?
Figuras de Lissajous
Figuras de Lissajous
53
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Modo XYModo XY
••
Como obter a caracterComo obter a caracteríística tensão corrente de stica tensão corrente de um dum dííodo?odo?
••
Circuito: R em sCircuito: R em séérie com drie com dííodoodo
••
CH1 mede queda de tensão na resistência CH1 mede queda de tensão na resistência (corrente no d(corrente no dííodo)odo)
••
CH2 mede queda de tensão no dCH2 mede queda de tensão no dííodoodo
••
Sinal a aplicar?Sinal a aplicar?
••
SinusSinusóóide ou triangular .... (ide ou triangular .... (f f ?)?)
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OsciloscOsciloscóópios Digitaispios Digitais
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OsciloscOsciloscóópio digitalpio digital
••
Em relaEm relaçção a um osciloscão a um osciloscóópio analpio analóógico, quais as gico, quais as
principais diferenprincipais diferençças?as?
Conversão AD do sinal de entradaConversão AD do sinal de entrada
Principio de funcionamento baseado em tPrincipio de funcionamento baseado em téécnicas cnicas
de amostragemde amostragem
56
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OsciloscOsciloscóópio digitalpio digital
••
Quais as principais Quais as principais vantagensvantagens??
Precisão de um sistema digitalPrecisão de um sistema digital
MemMemóória do dispositivoria do dispositivo
InformaInformaçção em formato digital para ão em formato digital para transmissão para outros dispositivostransmissão para outros dispositivos
Algoritmos numAlgoritmos numééricos para efectuar medidas ricos para efectuar medidas com os dados armazenadoscom os dados armazenados
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
OsciloscOsciloscóópio digitalpio digital
••
Quais as principais Quais as principais desvantagensdesvantagens??
Não se observa o que acontece ao sinal entre Não se observa o que acontece ao sinal entre dois pontos adquiridosdois pontos adquiridos
Quantos pontos por perQuantos pontos por perííodo para um sinal de odo para um sinal de 10 MHz?10 MHz?
Este valor implica um ritmo de aquisiEste valor implica um ritmo de aquisiçção ão elevadoelevado
ResoluResoluçção do ADão do AD
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
OsciloscOsciloscóópio digitalpio digital
••
O canal vertical O canal vertical éé
semelhante ao do osciloscsemelhante ao do osciloscóópio analpio analóógicogico
••
No conversor A/D o sinal analNo conversor A/D o sinal analóógico gico éé
digitalizadodigitalizado
••
O valor digital O valor digital éé
armazenado na memarmazenado na memóóriaria
••
Este processo Este processo éé
comandado pela base de tempo digital que comandado pela base de tempo digital que determina os instantes de amostragem e a duradetermina os instantes de amostragem e a duraçção da amostragemão da amostragem
Condicionamento canal vertical Conversor A/D Memória
Base de tempo
Entrada Visor
Processador / Controlador
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
OsciloscOsciloscóópio digitalpio digitalCondicionamento
canal vertical Conversor A/D Memória
Base de tempo
Entrada Visor
Processador / Controlador
••
Na memNa memóória fica armazenado um conjunto sucessivo de ria fica armazenado um conjunto sucessivo de amostras do sinalamostras do sinal
••
Num ciclo de leitura o conteNum ciclo de leitura o conteúúdo da memdo da memóória ria éé
enviado para o enviado para o visorvisor
••
O Processador/Controlador controla e sincroniza a O Processador/Controlador controla e sincroniza a temporizatemporizaçção da aquisião da aquisiçção e da visualizaão e da visualizaççãoão
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
OsciloscOsciloscóópio digitalpio digital
••
Na memNa memóória fica armazenado um conjunto de ria fica armazenado um conjunto de
amostras do sinalamostras do sinal
••
O intervalo de amostragem e o perO intervalo de amostragem e o perííodo de odo de
amostragem são controlados pela base de tempo amostragem são controlados pela base de tempo
digital (controlada pelo utilizador)digital (controlada pelo utilizador)
••
A base de tempo estA base de tempo estáá
associada associada àà
frequência de frequência de
amostragemamostragem
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
Base de tempoBase de tempo
••
A frequência mA frequência mááxima de amostragem (MS/s),xima de amostragem (MS/s),
o alcance seleccionado pelo utilizador (s/o alcance seleccionado pelo utilizador (s/divdiv))
e a dimensão da meme a dimensão da memóória estão relacionadosria estão relacionados
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
Base de tempoBase de tempoPor exemplo:Por exemplo:
ConsidereConsidere--se a aquisise a aquisiçção de ão de NN
= 1000 amostras, um visor com = 1000 amostras, um visor com 10 divisões (10 divisões (horizhoriz.) e uma (.) e uma (ffSS
))mmááxx
= 100 MS/s= 100 MS/s
1000 amostras / 10 1000 amostras / 10 divdiv
= 100 amostras / = 100 amostras / divdiv
Tempo de conversão Tempo de conversão TTAD AD = 1/ (= 1/ (ffSS
))mmááxx
= 10 = 10 nsns
Tempo total de Tempo total de aquisaquis. . TTAQUISIAQUISIÇÇÃO ÃO = = N N ××
TTAD AD = 10 = 10 μμss
10 10 μμs / 10 s / 10 divdiv
= 1 = 1 μμs/s/divdiv
Quando o utilizador, seleccionar 1 Quando o utilizador, seleccionar 1 μμs/s/divdiv, o oscilosc, o osciloscóópio executa pio executa 1000 aquisi1000 aquisiçções ões àà
frequência mfrequência mááxima de amostragem xima de amostragem
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
Base de tempoBase de tempo••
O nO núúmero de amostras mero de amostras éé
habitualmente fixo e depende habitualmente fixo e depende
da capacidade de memda capacidade de memóória do osciloscria do osciloscóópiopio
••
Assim, no exemplo anterior, se o utilizador Assim, no exemplo anterior, se o utilizador
seleccionasse 10 seleccionasse 10 μμs/s/divdiv, o oscilosc, o osciloscóópio executaria pio executaria àà mesma 1000 aquisimesma 1000 aquisiçções mas a um ritmo de 10MS/sões mas a um ritmo de 10MS/s
••
Esta limitaEsta limitaçção não se relaciona são não se relaciona sóó
com a capacidade de com a capacidade de
memmemóória mas tambria mas tambéém com a velocidade de aquisim com a velocidade de aquisiçção ão
mmááxima do conversor e com a capacidade de xima do conversor e com a capacidade de
representarepresentaçção no visorão no visor
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
Instante de DisparoInstante de Disparo••
ÉÉ
muito fmuito fáácil obter amostras correspondentes ao cil obter amostras correspondentes ao
sinal antes do instante de sinal antes do instante de triggertrigger
••
O sistema pode estar em aquisiO sistema pode estar em aquisiçção contão contíínua, nua, escrevendo os dados na memescrevendo os dados na memóóriaria
••
Quando chega ao fim da memQuando chega ao fim da memóória, escreve os ria, escreve os resultados partindo do inresultados partindo do iníício novamentecio novamente
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
TTéécnicas de amostragemcnicas de amostragemAmostragem em Amostragem em tempo realtempo real
••
ObtObtéémm--se amostras consecutivas com o ritmo da se amostras consecutivas com o ritmo da frequência de amostragemfrequência de amostragem
••
A reconstruA reconstruçção do sinal ão do sinal éé
directa. directa. As amostras estão espaAs amostras estão espaççadas com o mesmo adas com o mesmo intervalo e pela mesma ordem da amostragemintervalo e pela mesma ordem da amostragem
••
Não hNão háá
restrirestriçção ao sinal a analisarão ao sinal a analisar
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
TTéécnicas de amostragemcnicas de amostragemAmostragem em Amostragem em tempo real tempo real ((contcont.).)••
O sinal pode não ser periO sinal pode não ser perióódicodico
••
Tem que se garantir uma frequência de amostragem Tem que se garantir uma frequência de amostragem adequada adequada àà
visualizavisualizaçção dos detalhesão dos detalhes
••
Para um interpolador linear exigePara um interpolador linear exige--se uma frequência se uma frequência 10 vezes superior 10 vezes superior àà
frequência mfrequência mááxima do sinalxima do sinal
••
A condiA condiçção não ão não éé
a de a de NyquistNyquist. Porquê?. Porquê?••
Esta condiEsta condiçção limita a largura de banda do osciloscão limita a largura de banda do osciloscóópiopio
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
TTéécnicas de amostragemcnicas de amostragem••
No entanto, No entanto, éé
posspossíível aumentar a largura de vel aumentar a largura de
banda do osciloscbanda do osciloscóópio com tpio com téécnicas especiais de cnicas especiais de amostragemamostragem
••
Os sinais têm que ser periOs sinais têm que ser perióódicosdicos
••
São tSão téécnicas de amostragem em tempo cnicas de amostragem em tempo equivalente:equivalente:
amostragem amostragem sequencialsequencial
amostragem amostragem aleataleatóóriaria
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
TTéécnicas de amostragemcnicas de amostragemAmostragem Amostragem sequencialsequencial
••
Cada amostra Cada amostra éé
efectuada em diferentes perefectuada em diferentes perííodos odos do sinal de entradado sinal de entrada
••
Os instantes ocorrem no ponto de sincronismo Os instantes ocorrem no ponto de sincronismo ((triggertrigger) acrescido de um intervalo de tempo ) acrescido de um intervalo de tempo ΔΔtt
••
O intervalo O intervalo ΔΔtt
aumenta em cada sequênciaaumenta em cada sequência
SequentialSequential
SamplingSampling
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
TTéécnicas de amostragemcnicas de amostragem
Amostragem Amostragem sequencialsequencial
SSóó
permite analisar o sinal depois do permite analisar o sinal depois do triggertrigger
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
TTéécnicas de amostragemcnicas de amostragem
Amostragem Amostragem aleataleatóóriaria
••
Existe um relExiste um relóógio interno que define de um modo gio interno que define de um modo aleataleatóório os instantes de amostragemrio os instantes de amostragem
••
RegistaRegista--se o tempo decorrido entre o ponto de se o tempo decorrido entre o ponto de sincronismo e o instante de amostragemsincronismo e o instante de amostragem
••
Cada amostra tem um tempo associado que Cada amostra tem um tempo associado que éé relativo ao ponto de sincronismo (relativo ao ponto de sincronismo (triggertrigger))
RandomRandom
InterleavedInterleaved
SamplingSampling
(RIS) (RIS)
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
TTéécnicas de amostragemcnicas de amostragem
Amostragem Amostragem aleataleatóóriaria
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
TTéécnicas de amostragemcnicas de amostragem••
Na amostragens sequencial e aleatNa amostragens sequencial e aleatóória, a ria, a frequência mfrequência mááxima do sinal de entrada que pode xima do sinal de entrada que pode ser adquirido [largura de banda digital] ser adquirido [largura de banda digital] éé
determinada pela largura de banda do canal determinada pela largura de banda do canal vertical e não pela frequência de amostragemvertical e não pela frequência de amostragem
••
A amostragem sequencial A amostragem sequencial éé
preferpreferíível para sinais vel para sinais de alta frequência, permitido uma reconstrude alta frequência, permitido uma reconstruçção ão mais rmais ráápida do sinalpida do sinal
••
A amostragem aleatA amostragem aleatóória, permite o acesso ria, permite o acesso àà informainformaçção do sinal antes do ponto de sincronismoão do sinal antes do ponto de sincronismo
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
ReconstruReconstruçção de sinaisão de sinaisPodem ser usadas diferentes formas de Podem ser usadas diferentes formas de interpolainterpolaçção entre as amostras recolhidasão entre as amostras recolhidas
Sem interpolaSem interpolaççãoão
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
ReconstruReconstruçção de sinaisão de sinais
InterpolaInterpolaçção linearão linear
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ReconstruReconstruçção de sinaisão de sinais
InterpolaInterpolaçção polinomialão polinomial
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
OsciloscOsciloscóópio digitalpio digital••
ÉÉ
posspossíível executar uma mvel executar uma méédia temporal entre mdia temporal entre múúltiplos ltiplos
conjuntos de amostrasconjuntos de amostras••
Assim, Assim, éé
posspossíível melhorar as condivel melhorar as condiçções de observaões de observaçção, ão,
sobretudo em sinais com rusobretudo em sinais com ruíídodo••
AveragingAveraging
••
Este mEste méétodo stodo sóó
pode ser usado com o pode ser usado com o triggertrigger
estestáável.vel.
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
OsciloscOsciloscóópio digitalpio digital••
Para alPara aléém do modo m do modo averagingaveraging, existe tamb, existe tambéém um m um modo de detecmodo de detecçção de picoão de pico
••
PeakPeak
detectdetect
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
MediMediççõesões••
ÉÉ
posspossíível executar diversas medidas:vel executar diversas medidas:
FrequênciaFrequênciaPerPerííodoodoTempos de crescimentoTempos de crescimentoFaseFaseDutyDuty--cyclecycleTensão mTensão méédiadiaTensão eficazTensão eficazTensão mTensão mááximaximaTensão mTensão míínimanimaTensão Tensão picopico--aa--picopico
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
CursoresCursores••
Existem tipicamente dois cursoresExistem tipicamente dois cursores
••
Estes podem ser configurados para mediEstes podem ser configurados para mediçções de ões de tensões ou tempotensões ou tempo
••
ÉÉ
posspossíível movimentar cada um dos cursores vel movimentar cada um dos cursores individualmente ou os dois em simultâneoindividualmente ou os dois em simultâneo
••
O osciloscO osciloscóópio indica os valores em que se pio indica os valores em que se encontram os cursores e tambencontram os cursores e tambéém as diferenm as diferençças as (por exemplo (por exemplo ΔΔV) e o seu inverso (1/V) e o seu inverso (1/ΔΔT)T)
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
OperaOperaçções matemões matemááticasticas••
ÉÉ
posspossíível executar algumas operavel executar algumas operaçções matemões matemááticas ticas
entre os diversos sinais:entre os diversos sinais:SomaSomaSubtracSubtracççãoãoMultiplicaMultiplicaççãoãoIntegraIntegraççãoãoDiferenciaDiferenciaççãoãoFFTFFT
••
Estas três Estas três úúltimas podem ser aplicadas directamente aos ltimas podem ser aplicadas directamente aos canais de entrada ou ao resultado 1+2, 1canais de entrada ou ao resultado 1+2, 1--2 ou 12 ou 1××22
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
OsciloscOsciloscóópio digitalpio digital••
Uma funcionalidade muito usada Uma funcionalidade muito usada éé
o o Auto Auto ScaleScale
ou ou
Auto Auto SetSet••
Como funciona?Como funciona?
••
O osciloscO osciloscóópio determina quais os canais de entrada com pio determina quais os canais de entrada com sinais de amplitude não desprezsinais de amplitude não desprezáávelvel
••
Selecciona qual a melhor fonte para o disparoSelecciona qual a melhor fonte para o disparo••
Selecciona quais as melhores escalas de amplitude dos Selecciona quais as melhores escalas de amplitude dos canais activoscanais activos
••
Selecciona qual a base de tempo mais adequada para a Selecciona qual a base de tempo mais adequada para a frequência do sinal de disparo frequência do sinal de disparo
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Auto Auto ScaleScale••
Como Como éé
que o processador/controlador consegue que o processador/controlador consegue
modificar a base de tempo e as escalas de tensão de modificar a base de tempo e as escalas de tensão de entrada?entrada?
••
Para tal, os comandos existentes no painel frontal do Para tal, os comandos existentes no painel frontal do instrumento não podem corresponder a um comutador instrumento não podem corresponder a um comutador mecânicomecânico
••
Por exemplo o comutador da amplitude do canal Por exemplo o comutador da amplitude do canal éé controlado digitalmentecontrolado digitalmente
••
Estes comandos, mantêm o seu aspecto, para facilitar a Estes comandos, mantêm o seu aspecto, para facilitar a transitransiçção entre os osciloscão entre os osciloscóópios analpios analóógicos e os digitaisgicos e os digitais
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MemMemóóriaria••
Os osciloscOs osciloscóópios digitais mais usados (mais pios digitais mais usados (mais baratos) têm uma capacidade de membaratos) têm uma capacidade de memóória de ria de 1000, 2000 ou 4000 pontos1000, 2000 ou 4000 pontos
••
Para representaPara representaçção num ecrã, este valor ão num ecrã, este valor éé
muito muito razorazoáávelvel
••
Existem osciloscExistem osciloscóópios mais caros, que têm pios mais caros, que têm capacidade de memcapacidade de memóória para 8M pontos!ria para 8M pontos!
••
Porquê?Porquê?••
Num ecrã normal não se conseguem distinguir Num ecrã normal não se conseguem distinguir tantas colunastantas colunas
••
Este PC tem 1400x1050 ....Este PC tem 1400x1050 ....
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OsciloscOsciloscóópio digitalpio digitalExistem osciloscExistem osciloscóópios digitais que, alpios digitais que, aléém dos tm dos tíípicos 2 ou 4 picos 2 ou 4
canais analcanais analóógicos de entrada, têm ainda um conjunto de gicos de entrada, têm ainda um conjunto de canais digitais (16) de entradacanais digitais (16) de entrada
MixedMixed
SignalSignal
OscilloscopesOscilloscopes
((MSOsMSOs) )
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OsciloscOsciloscóópio digitalpio digital••
Permitem a ligaPermitem a ligaçção a outros dispositivos ão a outros dispositivos
••
Transmissão de dados, controlo e sincronismoTransmissão de dados, controlo e sincronismo
••
A comunicaA comunicaçção pode ser por:ão pode ser por:
RS232RS232
GPIBGPIB
USBUSB
EthernetEthernet
Centronics (porta paralela)Centronics (porta paralela)
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OsciloscOsciloscóópio digitalpio digitalAgilentAgilent
5460054600
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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS
OsciloscOsciloscóópio digitalpio digitalTektronixTektronix
TDS1000TDS1000
TDS2000TDS2000
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OsciloscOsciloscóópio digitalpio digital
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OsciloscOsciloscóópio digital pio digital ––
TDS2014TDS2014EspecificaEspecificaççõesões
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OsciloscOsciloscóópio digital pio digital ––
TDS2014TDS2014EspecificaEspecificaççõesões
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OsciloscOsciloscóópio digital pio digital ––
TDS2014TDS2014EspecificaEspecificaççõesões
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OsciloscOsciloscóópio digital pio digital ––
TDS2014TDS2014