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Eletrônica Hobby
 
   
 
     
 


Conselhos para quem quer se tornar um entusiasta
eletrônico, na área de áudio analógico. -
Parte 6

 
  Este texto é para as pessoas do bem, honestas. Pessoas inteligentes que jamais copiam o trabalho alheio e, de forma alguma incomodam o próximo com barulho ou qualquer outra forma de poluição. Pessoas que respeitam o meio ambiente, que gostam de música de qualidade e atividades saudáveis. Pessoas que sonham ou um dia sonharam com um mundo agradável para se viver e, no fundo do coração, ainda têm a esperança desse horizonte vir a existir.  
 



Se você foi direcionado para esta quinta parte do texto, sem ter lido as anteriores, a leitura destas é recomendável para melhor compreensão do tema.

 
  Parte 1 Introdução; Conselhos iniciais; Como estudar eletrônica.  
  Parte 2 Instrumentos: Introdução acerca de instrumentos básicos para o hobista e entusiasta.  
  Parte 3 Multímetros: Considerações gerais sobre multímetros e exemplos de multímetros analógicos.  
  Parte 4 Considerações sobre multímetros digitais e alguns exemplos.  
  Parte 5 Osciloscópio, um dos mais importantes instrumentos de medição.  
   
 
Osciloscópios: Continuação
 
     
 
 

Existe ampla variedade de osciloscópios e, diferentes modelos podem ter características específicas conforme as aplicações a que se destinam, assim como virtudes e defeitos. Sendo comum dois ou mais deles em uma bancada ou então um 'mainframe' e 'plug-ins' diversos.

Não obstante, na maioria das vezes um único osciloscópio equilibrado, de boa qualidade, será uma escolha sensata. Ademais, se tratando de hobby, nem todos querem ou podem montar um laboratório complexo para suas atividades ou ter mais de um osciloscópio..

Por outro lado, Se você é engenheiro, ou amador bastante avançado, poderá considerar osciloscópios flexíveis, como geralmente são os 'mainframes'.
'Mainframes' são osciloscópios que permitem a substituição de determinados estágios, os quais estão disponíveis em forma de módulos ('plug-ins’', no idioma inglês). Tal flexibilidade possibilita, por exemplo, escolher amplificadores verticais mais adequados para um trabalho específico. A Tektronix fabricou alguns dos mais respeitados 'mainframes' e há ampla gama de 'plug-ins' para eles..

Neste texto, entretanto, focarei em osciloscópios portáteis entre 20 MHz e 100 MHz.

 
     
     
 
 
Osciloscópio analógico, 'mainframe', de armazenamento digital.
(Tektronix 7854)
 
     
     
  A série 7000 de 'mainframes' da Tektronix conta com mais de setenta opções de 'plug-ins'. Dentre eles estão amplificadores verticais de tensões e correntes, bases de tempos, analisadores de espectro, digitalizadores, reflectômetro no domínio do tempo (TDR), traçador de curvas, analisadores lógicos, multímetro digital e contadores de frequência.  
     
     
 
'Plug-in’ Tektronix 7A13  
 
     
     
  Geralmente um ‘mainframe’ requer espaço consideravelmente maior, na bancada, quando comparado a um aparelho portátil. E, o hobista terá mais facilidade para usar e adquirir este último. Além do mais, quando não dispomos de amplo ambiente de trabalho, este deve ser um aspecto a ser considerado na escolha de um instrumento.
 
     
     
 
 

 

Um único osciloscópio de boa qualidade é uma escolha sensata.

 
 

Osciloscópio Novo ou Usado?

É provável que você deseje um aparelho novo, contudo, não há muitas opções em analógicos novos. Adquirir um digital novo será bem mais fácil. Se este último for a sua escolha, esteja ciente que você fará muito com um digital, mas, a menos que possa adquirir um osciloscópio de alta resolução, será importante ter também um analógico na bancada, para suprir, ao menos em parte, as deficiências do digital. Se optar por um digital modesto, haverá limitações na análise dos detalhes e, discretas informações passarão despercebidas quando não houver uma imagem analógica precisa para comparação.
Ao adquirir um osciloscópio digital (DSO) novo, opte por marcas de boa reputação e que ofereçam suporte técnico no Brasil, tais como: Keysight Technologies, Tektronix, Rohde and Schwarz e Yokogawa. É igualmente importante comprar de um fornecedor oficial.

 
  Osciloscópios de sinais mistos ou MSOs possuem, além dos canais analógicos, oito ou mais canais exclusivamente digitais (analisador lógico). São ótimos instrumentos, mas o custo adicional pode não ser bem aproveitado em uma bancada dedicada ao áudio analógico.
 
  Alguns fabricantes afirmam que a taxa de amostragem deve ser no mínimo quatro vezes maior que a largura de banda do osciloscópio. No entanto, a prática comprova que essa taxa deve ser dez vezes ou mais a largura de banda. Assim um osciloscópio de 100 MHz deve ter uma amostragem de pelo menos 1 GS/s por canal, com todos os canais operando simultaneamente. E, se possível, maior que 5 GS/s. Quanto maior a razão de amostragem, contudo, mais caro será o osciloscópio digital. Assim é preciso encontrar um produto que apresente boa relação custo-desempenho.  
     
 
 
 
Osciloscópio de sinal misto, com 4 canais analógicos e 8 digitais.
(Keysight MSO-X 2024A)
 
     
  Em verdade todos os osciloscópios digitais possuem estágios analógicos, assim como certos osciloscópios analógicos fazem uso de alguns estágios digitais. Podemos afirmar que existem osciloscópios cem por cento analógicos, mas não existem osciloscópios totalmente digitais.
 
  Um instrumento totalmente digital não será um osciloscópio, mas tão somente um analisador lógico.  
     
  Basicamente o que diferencia o analógico do digital é o fato de no analógico o sinal de entrada ser amplificado ou atenuado e conduzido às placas defletoras verticais do cinescópio. No digital o sinal é amplificado ou atenuado e conduzido a um conversor analógico/digital (ADC), sendo posteriormente processado e só então convertido em imagem.  
     
  Existem também osciloscópios denominados analógicos/digitais onde, com razoável sucesso, reúnem as vantagens de cada técnica. Alguns deles oferecem ótimo desempenho, contudo os de baixo custo podem apresentar um traço ruidoso e uma razão de amostragem insatisfatória. No momento de visualizar uma imagem digitalizada nestes, a persistência do fósforo ajuda a apresentar uma imagem que parece mais realista, mas isso não significa que seja precisa.  
     
  Os osciloscópios analógicos também não são perfeitos, mas para a aplicação tratada neste texto eles são, no meu entender, a opção mais favorável.  
     
     
 
O osciloscópio analógico não ficou obsoleto
 
     
  Na minha opinião o osciloscópio analógico não ficou obsoleto. Parte do que ocorreu é que os instrumentos precisavam se adaptar a eletrônica cada vez mais digitalizada. Assim, mesmo com limitações, a digitalização dos osciloscópios foi inevitável, para que outros aparelhos digitais fossem desenvolvidos, inclusive os computadores.  
  Por certo que os circuitos digitais são de grande importância, o problema é que alguns engenheiros esqueceram e, muitos estudantes não aprenderam, o valor da insubstituível eletrônica analógica.  
  Por motivos de competição (acredito que em especial entre HP, Tektronix e LeCroy), também era preciso dar aos osciloscópios uma imagem de vanguarda, onde a inovação estava na palavra, digital.  
     
  O osciloscópio digital deveria ser comercializado paralelamente ao analógico, mas não substituí-lo. Por outro lado sabemos que quando a demanda cai ou a margem de lucro fica abaixo daquela que o fabricante considera interessante, mesmo o melhor produto pode ser retirado de linha.

 
  Para um fabricante é mais vantajoso comercializar instrumentos digitais, pois o mercado atual os exige. Há uma exigência legítima, mas também há um apelo publicitário por tudo que é digital, em detrimento do analógico.  
  A propaganda fez muitos acreditarem, erroneamente, que digital é sinônimo de qualidade e modernidade. Quando muitas vezes é o oposto disso. Na área de áudio, por exemplo, a digitalização excessiva causou mais retrocessos do que avanços.  
     
  Talvez para não haver comparação direta entre o digital e o analógico, há anos um renomado fabricante fez uma promoção em que ao comprar um moderno osciloscópio digital o cliente teria um bom desconto, contanto que seu osciloscópio analógico funcional fosse destruído na presença de um representante da marca.  
  Também, posso pensar que tal estratégia teve por objetivo retirar das empresas os osciloscópios da marca concorrente, a qual era líder do mercado e, estava presente em quase todos os laboratórios.  
  De qualquer forma, sinto que foi um fato lamentável.  
     
  Aos poucos os osciloscópios digitais estão sendo aperfeiçoados, mas os melhores, como já comentado, estão fora do alcance da maioria de nós.  
     
  Os osciloscópios analógicos continuam tendo a mesma utilidade e, comumente, fazem mais em áudio que muitos osciloscópios digitais.
 
  Discretas distorções de uma forma de onda, por vezes, totalmente encobertas pela própria distorção do osciloscópio digital, podem ser visíveis em um osciloscópio analógico de boa qualidade.  
     
  Boa parte dos osciloscópios digitais tem resolução vertical de apenas 8 bits (256 níveis de digitalização) e relação sinal/ruído por volta dos 35 dB. Isso por si só já causa distorção na onda observada. Os de 12 bits (4096 níveis de digitalização), por outro lado, podem chegar aos 55 dB, o que já é interessante.  
  Importante saber que apenas o número de bits, do conversor analógico-digital (ADC), não é uma forma segura de escolher um osciloscópio. É preciso saber o número efetivo de bits ou ENOB. Informação nem sempre disponibilizada pelo fabricante.  
  Há fabricantes, ardilosos, que anunciam um número maior de bits, mas seus produtos apresentam desempenho inferior ao de um osciloscópio com especificações mais modestas, porém verdadeiras, de um fabricante bem-conceituado.  
     
  Diferentemente dos digitais, os osciloscópios analógicos não possuem limitação de resolução, sendo estes teoricamente de resolução infinita. No mundo real a resolução é limitada pela relação sinal/ruído, características do cinescópio e circuitos de polarização do TRC. Ajustar corretamente os controles de brilho e foco é importante para observar detalhes que de outra forma podem passar despercebidos.  
     
  Casualmente é possível ajustar alguns osciloscópios digitais, de menor custo, até visualizar uma forma de onda mais próxima da verdadeira. Mas para isso você precisa saber exatamente qual é a forma de onda efetiva, sendo esta, na prática, uma situação surreal.
 
  Uma alternativa é conectar um osciloscópio analógico em paralelo com o digital. Contudo a carga adicional de mais uma ponta de prova deve ser considerada.  
  Para visualizações mais precisas em um osciloscópio digital, além de este ser de um modelo sofisticado, com grande largura de banda, baixo ruído, alta resolução e amostragem, é essencial conhecimento avançado de eletrônica, para manuseá-lo corretamente. Sendo isto provavelmente inconsistente com o a proposta da eletrônica como um hobby. Por outro lado, tal conhecimento é importante para profissionais e amadores avançados.  
  Os menos atentos podem não ver as diferenças entre osciloscópios, mas isso não muda o fato de existirem e serem reconhecidas pelos próprios fabricantes de osciloscópios digitais (Keysight, Rohde & Schwarz, Tektronix e Teledyne LeCroy).  
     
  Apesar disso tudo, não é imprescindível um osciloscópio digital muito sofisticado para o hobista ou entusiasta trabalhar com eletrônica. Um osciloscópio intermediário, de marca conceituada e, de pelo menos 2 GS/s, já será adequado, no caso de um analógico não estar disponível.  
     
  Mesmo não tendo pretensões avançadas todo hobista merece ter um instrumento realmente útil em sua bancada.  
  Muitos osciloscópios digitais, de baixo custo, são tão ruins que é melhor ficar longe deles, pois pouco ou nada acrescentam a uma bancada, por mais modesta que esta seja. A maioria deles é comercializada por marcas quase desconhecidas ou conhecidas por seus produtos de baixa qualidade, quase sempre de procedência chinesa.  
     
  Ao renovar a sua linha de osciloscópios digitais básicos, a publicidade da Keysight, resumiu em uma única frase o ponto de vista de muitos de nós: “Scrap the Toys, Get a Real Oscilloscope”.  
     
 
 
     
  Um osciloscópio de boa procedência terá melhor desempenho, segurança, durabilidade, garantia e suporte técnico. Alguns fabricantes também oferecem treinamento gratuito para seus clientes.  
     
  Um aspecto que não gosto nos digitais, independente da faixa de preço, é que eles parecem não serem projetados por pessoas que utilizam osciloscópios no dia a dia. Diferentemente dos analógicos, nos digitais algumas funções básicas e outras que usamos frequentemente não estão acessíveis de forma direta, mas inseridas em menus e submenus.  
  Além disso, alguns digitais utilizam um único conjunto de controles para todos os canais verticais, o que reduz o custo de fabricação bem como o espaço requerido para o painel frontal. Entretanto essa solução traz um considerável inconveniente, exigindo a comutação entre canais a cada novo ajuste. Isso não é um problema quando um único canal está em uso, mas pode ser bastante irritante ao trabalhar com dois ou mais canais.  
  A interface com o usuário não é o forte dos digitais.  
     
     
 
Realmente “pianos de uma tecla com chave seletora de tom” não são práticos.
 
     
 
Da história da Hewlett-Packard, durante o desenvolvimento
do  osciloscópio  automatizado  modelo  1980
 
     
     
  Como já comentado, os atuais osciloscópios digitais também têm vantagens sobre os analógicos, tais como: facilidade para observar sinais não periódicos ou de curta duração, opções avançadas de disparo, medições diretas (sem cursores) e numéricas de frequência, amplitude e tempos, FFT, opção de maior número de canais verticais completos, decodificação de sinais digitais, etc. Mas é importante saber que as medições podem não ser tão precisas quanto alguns imaginam e também dependem do conhecimento e habilidade técnica do operador.  
  A exatidão de amplitude de um bom osciloscópio, digital ou analógico, está por volta dos 2-3%, não levando em conta a ponta de prova. Podendo ser de 0,5-1% nos osciloscópios digitais High-End. Quando consideramos o erro introduzido por uma ponta de prova atenuadora, o erro total pode chegar facilmente aos 4-6%, para os osciloscópios de boa qualidade. Uma ponta de prova 10:1 pode apresentar um erro de atenuação de 2 % ou mais.  
  Observe que esse é um erro de exatidão e não de precisão. Este assunto foi abordado na parte dois desta série.  
  A ponta de prova é de grande importância em um osciloscópio. Por este motivo ela deve ser de boa qualidade e totalmente compatível com o aparelho.  
     
     
 
  Ponta de prova passiva 10:1, com terminal para identificação automática de atenuação.

(Agilent N2862B)

 

 
     
  Há basicamente duas categorias de pontas de prova: ativas e passivas.
 
  Ao adquirir um osciloscópio, o usuário receberá duas ou mais pontas passivas, sendo uma para cada canal do instrumento. Quase sempre estas são pontas X10 ou comutáveis de X1 para X10.  
  Raramente o hobista precisará utilizar pontas ativas. Estas estão reservadas para medições mais específicas.  
  A ponta divisora por dez (10:1) é utilizada para sinais de maior amplitude e alta frequência. Já a ponta de prova 1:1 é recomendada para sinais de pequena amplitude e frequências menores que 5 MHz. A ponta 10:1 também contribui para melhorar em uma década a resposta de baixa frequência, no modo de acoplamento AC. E, se corretamente escolhida, possibilita chegar ao limite superior da resposta de frequência do osciloscópio. Além é claro de aumentar a impedância de entrada.  
  As pontas de prova comutáveis possuem uma chave que permite selecionar entre 1:1 e 10:1. Combinando duas pontas em uma. A inscrição X10 indica que é preciso multiplicar por dez o valor da tensão medida no osciloscópio.

 
  Alguns osciloscópios, analógicos ou digitais, quando utilizados com pontas específicas, podem detectar qual a atenuação da ponta e mudar a escala automaticamente. Em outros, como na maioria dos digitais, é possível configurar isso manualmente e, ao fazê-lo, a medição será multiplicada, por dez ou outro valor pré-definido.  
  Quando trabalhamos com circuitos valvulados, cujas tensões podem ser maiores que 400 V, podemos utilizar pontas divisoras por cem (X100 ou 100:1).  
     
 
 

Em circuitos de alta velocidade, há casos em que é preciso trabalhar com baixa impedância (<75 ohms) e, alguns osciloscópios já têm a opção de reduzir a impedância de entrada de 1 M, padrão, para 50 ohms.
Quando essa opção não está disponível se utiliza uma terminação BNC de 50 ohms junto à entrada.
O hobista, ao trabalhar com áudio analógico, raramente precisará de tal recurso. Ele será mais utilizado por entusiastas e profissionais.

O sinal de maior amplitude que pode ser aplicado à entrada de um osciloscópio, sem danificá-lo, está comumente na faixa dos 250 aos 400 volts de pico, dependendo do modelo. Quando se utiliza uma ponta de prova divisora de tensão, esse limite não será multiplicado na mesma proporção, devendo ser respeitada a máxima tensão admitida pela ponta. Informação esta disponível no manual de instruções da ponta de prova.

 
     
  A largura de banda especificada para a ponta de prova, idealmente, deve ser bem superior à do osciloscópio. Se uma ponta de 60 MHz for utilizada em um osciloscópio de 100 MHz, a largura de banda do conjunto ficará limitada pela resposta de frequência da ponta e será de apenas 51 MHz, pois há de ser considerada também a resposta do osciloscópio. Por outro lado, utilizar uma ponta de prova de, por exemplo, 300 MHz em um osciloscópio de 100 MHz resultará em uma largura de banda de 95 MHz.  
  Para um bom aproveitamento de seu osciloscópio, selecione uma ponta cuja largura de banda seja 3X ou mais à do osciloscópio.  
  Ao escolher uma ponta é preciso observar sua compatibilidade com a capacitância de entrada do osciloscópio, de modo a permitir a compensação, ou seja, um ajuste que é feito de forma simples na ponta, para que a resposta de frequência seja plana. Alguns osciloscópios digitais, ao utilizar pontas específicas, fazem este ajuste automaticamente. Mas, ajustes manuais são bem-vindos no hobby da eletrônica.  
     
     
  Osciloscópios de Armazenamento Analógico - (Analog Storage Oscilloscope)  
     
  Osciloscópios de armazenamento analógico ou ‘Analog Storage Oscilloscope’ têm vantagens e desvantagens. Eles permitem observar formas de ondas de frequências bastante baixas, pulsos de curta duração ou esporádicos, e fotografá-los. Comparar formas de ondas, e muito mais. No entanto, o traço pode não ser tão nítido e o brilho pode ser menor, quando comparado a um modelo similar sem armazenamento (Storage). Porém, mesmo com menor brilho é possível observar transições rápidas com relativa facilidade. Exemplos disso são os HP 1740A e 1741A, sendo este último com armazenamento e persistência variável.
 
  O armazenamento analógico é mais veloz que o digital, mas sua versatilidade é menor.  
     
     
  20... 40... 100 MHz  
     
  A quase totalidade dos osciloscópios digitais utiliza ventiladores. O ruído sônico dos mais silenciosos está por volta dos 28 dBA, sendo este um bom nível. Entretanto, a maioria deles apresenta ruído acústico muito maior.  
  Uma vantagem dos osciloscópios analógicos de 20 a 40 MHz é de poucos deles terem ventiladores. Para quem trabalha com áudio ou por horas consecutivas com um osciloscópio, o barulho de um ventilador pode ser a diferença entre um dia agradável e de qualidade ou cansativo e estressante. Quando o ventilador é ruidoso você sentirá um alívio ao desligar o aparelho.  
     
  Continua... - Parte 7 (Dentro em breve)  
     
   
Fábio Maurício Timi - 2022.04.30 - 1
 
     
 
     
     
     
 
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