Os osciloscópios são ferramentas de teste importantes na engenharia electrónica. Especialmente quando medimos uma secção de uma forma de onda repetitiva ou um sinal de alta-frequência. Contudo, há uma questão entre os principiantes; osciloscópio analógico vs. osciloscópio digital – qual é melhor? Na maioria dos casos, notará que os osciloscópios digitais custam mais do que os seus equivalentes analógicos.
Mas porquê? Neste guia, vamos responder a esta pergunta e muito mais. Cobriremos também como funciona cada osciloscópio e como identificá-lo. No final deste guia, deverá diferenciar entre os dois e qual é o melhor para o seu projecto.
O que é um Osciloscópio?
Um osciloscópio de ajuste manual
O osciloscópio tem muitos nomes. Pode referir-se a ele como um oscilógrafo, o-escópio, CRO (osciloscópio de raios catódicos), DSO (osciloscópio de armazenamento digital), ou simplesmente um escopo. É um equipamento que utiliza uma sonda para medir a tensão de sinal variável entre dois pontos de um dispositivo electrónico ou circuito eléctrico.
Ao medir a tensão, um multímetro efectua uma leitura do circuito a partir de um único ponto no tempo. Por outro lado, os osciloscópios permitem medir a voltagem de um circuito ao longo do tempo. Essencialmente, são necessários muitos milhares de leituras e traçá-las no seu ecrã. Isto permitir-lhe-á comparar facilmente quaisquer picos de tensão ou quedas de eventos transitórios.
Existem dois tipos principais de osciloscópios; osciloscópios analógicos (ou osciloscópios analógicos) e osciloscópios digitais. Eles funcionam praticamente da mesma forma, mas como verá, os osciloscópios digitais vêm com características adicionais que os seus homólogos analógicos não têm.
Osciloscópio Analógico vs Osciloscópio Digital-Osciloscópios analógicos
Osciloscópio analógico
Fonte: Wikimedia Commons
Quando os fabricantes introduziram osciloscópios analógicos, utilizaram um CRT com placas de deflexão horizontal para exibir formas de onda.
As tensões nas placas horizontais do tubo modificaram a posição do fluxo. Quando o fluxo de electrões atingiu o revestimento de fósforo no ecrã, a área de aterragem brilhou. Consequentemente, isto exibia uma mancha de luz que acabaria por se tornar um comprimento de onda perceptível.
Havia osciloscópios de feixe duplo que se podia utilizar para comparar dois sinais diferentes. Emitiam e exibiam simultaneamente dois feixes de electrões num único ecrã plano.
Os osciloscópios analógicos básicos não vinham com uma função de armazenamento. No entanto, era possível adquirir um escopo de armazenamento analógico para armazenar uma imagem do comprimento de onda de entrada. No entanto, estes osciloscópios de armazenamento analógico eram dispendiosos e bastante rudimentares de acordo com os padrões modernos.
Originalmente, os âmbitos de armazenamento analógicos eram normalmente grandes e pesados. No entanto, graças à tecnologia digital, os âmbitos futuros tornaram-se suficientemente compactos para aplicações de serviço de campo.
Osciloscópio Analógico vs Osciloscópio Digital-Osciloscópios digitais
Osciloscópios Digitais Rigol Série DS2000
Fonte: Wikimedia Commons
Os ecrãs de estado sólido tomaram o lugar dos grandes e pesados CRT. Consequentemente, isto tornou os escopos muito mais pequenos e não tão profundos. Além disso, isto também lhes proporcionou mais funções de visualização. Hoje em dia, os osciloscópios digitais são os tipos mais comuns de âmbitos.
Além disso, o advento dos osciloscópios digitais permitiu características extra, tais como armazenamento padrão, melhor manipulação de visualização, melhor activação, etc.
Osciloscópio Analógico vs Osciloscópio Digital-Tipos de Osciloscópios Digitais
À medida que os fabricantes e empresas lançavam os primeiros escopos digitais, introduziram-nos sob osciloscópio digital de fósforo (DPO) e osciloscópio de armazenamento digital (DSO). Isto porque os primeiros osciloscópios digitais utilizavam ecrãs de fósforo. Um osciloscópio digital dos tempos modernos utiliza um ecrã LED ou LCD.
No passado, o tamanho do ecrã e a resolução dos osciloscópios analógicos eram limitados. Inversamente, os osciloscópios digitais modernos não têm este problema.
Osciloscópios de sinal misto e de domínio misto (MSO e MDO)
Agilent 54622D MSO Teardown
Fonte: Flickr
As novas capacidades que os âmbitos digitais oferecem foram muito além do que muitos poderiam prever nos dias analógicos. Incorporaram capacidades tais como canais de análise lógica para além dos dois ou mais canais de âmbito analógico normalmente disponíveis. Por exemplo, os osciloscópios de sinal misto (MSO) tornam-se disponíveis. Outras capacidades como a saída de um gerador de funções e um multímetro digital também eram possíveis.
Quase todos os osciloscópios modernos têm modelos MSO padrão. Em alternativa, podem oferecer múltiplos canais digitais como opção. Além disso, muitos osciloscópios digitais incluem processamento de sinais para fazer medições no domínio da frequência, ou seja, análise do espectro. Isto permite testar circuitos que podem requerer uma mistura de análise do espectro e as medições normais do âmbito.
Um verdadeiro osciloscópio de domínio misto tem um conector RF dedicado que só pode ser utilizado para medições de domínio de frequência. Curiosamente, tem normalmente uma capacidade de análise do espectro de maior desempenho.
Osciloscópio Analógico vs Osciloscópio Digital-Osciloscópios de Amostragem Digital
Osciloscópio de amostragem digital
Fonte: Wikimedia Commons
Outra forma de um osciloscópio é o escopo de amostragem digital. É uma forma muito especializada de escopo que as pessoas utilizam para um número limitado de aplicações de nicho. Por exemplo, pode olhar para aspectos como o nervosismo nos sinais bem dentro das dezenas de regiões de gigahertz. Como tal, não utilizamos estes âmbitos para aplicações de osciloscópio médias.
Como resultado, eles têm um caso de utilização limitada. Os escopos também vêm numa variedade de formatos. Podem vir em casos padrão de bancada para utilização em laboratório. Em contraste, outros são mais adequados para aplicações de serviço de campo.
Osciloscópio analógico vs. Osciloscópio digital – USB e Osciloscópios baseados em PC
Um PicoScope 6000 ligado a um computador portátil
Fonte: Wikimedia
Um osciloscópio baseado em PC pode vir quer como um osciloscópio autónomo quer como um osciloscópio externo. Os osciloscópios externos baseados em PC requerem uma ligação ao seu PC para funcionar. Além disso, podem utilizar o visor, a fonte de alimentação e o processador do computador. Muitas vezes, é possível ligá-los através de uma interface USB.
No entanto, alguns osciloscópios externos podem utilizar sistemas de bus de computador, tais como o sistema PXI. Naturalmente, terá de instalar software de osciloscópio e controladores no seu computador para que este possa interagir correctamente.
Por outro lado, os osciloscópios internos baseados em PC vêm com partes internas do computador. Possuem microprocessadores internos que lhes conferem características extra, tais como controlo de instrumentos, medição automática e gestão de visualização. Além disso, permitem um processamento mais complexo de sinais digitalizados. Isto excede as capacidades das versões analógicas com CRTs de armazenamento de visão directa.
Há uma enorme variedade de diferentes tipos e modelos de osciloscópios. Conhecendo as suas características e observando as suas folhas de especificações, é possível observar o seu desempenho, factor de forma e capacidades globais.
Osciloscópio Analógico vs. Osciloscópio Digital – Diferenças principais entre um Osciloscópio Analógico e um Osciloscópio Digital
Diferenças no funcionamento
Bancada de trabalho de engenharia electrónica com osciloscópio
Existe um enorme mal-entendido entre a comunidade de novatos da electrónica. Muitas pessoas assumem que apenas os âmbitos analógicos utilizam mostradores CRT. Isto é falso. Osciloscópios digitais como o osciloscópio de armazenamento digital Tektronix 2230 utilizam um mostrador CRT.
Se comparar um osciloscópio analógico antigo como o Tektronix 2213 com o Tektronix 2230 DSO, notaria como este último tem mais controlos de painel. Assim, há intrinsecamente mais complexidade na forma como funciona um âmbito de armazenamento digital.
Um escopo digital pode fazer tudo o que um escopo analógico pode. No entanto, quando se começa a ampliar um escopo analógico, especialmente se for uma frequência mais baixa, a imagem de saída começa a cintilar. Isto deve-se à forma como o ecrã CRT exibe as formas de onda.
O osciloscópio de armazenamento digital corrige isto, fornecendo-lhe uma imagem mais estável. Assim, em vez de exibir a voltagem variável, o DSO irá recolher amostras das formas de onda em pontos variáveis, armazená-las e exibi-las. Isto proporciona-lhe uma visualização mais estável e facilita a visualização de toda a forma de onda.
O osciloscópio digital consegue isto através do seu conversor analógico-digital (ADC). Ele toma as tensões medidas como sinais analógicos e traduze-as em sinais digitais.
O osciloscópio analógico não é capaz de ter a mesma persistência que um digital. Além disso, pode afinar a persistência efectiva num âmbito digital, permitindo-lhe captar mais ruído. A calibração do visor permite ver uma medição mais precisa e uma melhor qualidade gráfica. Além disso, o uso da tecnologia LCD torna os sistemas digitais mais leves e mais portáteis.
Diferenças nas Especificações
Imagem osciloscópica vectorial
Fonte: Wikimedia comum
Outra forma de compreender algumas das diferenças entre os osciloscópios é observando as suas especificações. Nesta secção, vamos cobrir essas especificações:
Osciloscópio Analógico vs. Osciloscópio Digital – Largura de Banda (BW):
Esta é a especificação de banner para um osciloscópio. Descreve quão alta é a frequência com que a parte frontal do osciloscópio pode lidar e quão rápido é o tempo de subida que pode captar, pelo que a frequência do sinal e o tempo de subida desse sinal estão intrinsecamente relacionados. Para calcular o tempo de subida mais rápido que o seu osciloscópio pode ver, divida 0,35 pela largura de banda especificada do osciloscópio. Assim, a fórmula tem o seguinte aspecto: tempo de captação mais rápido = 0,35 / largura de banda. Tanto os osciloscópios analógicos como digitais têm especificações de largura de banda. No entanto, os osciloscópios digitais modernos ultrapassam de longe as capacidades de largura de banda dos âmbitos mais antigos.
Taxa de amostragem/amostragem:
Esta especificação é exclusiva dos escopos digitais. Diz-lhe em quantos pontos por segundo o seu osciloscópio está a adquirir dados. Essencialmente, o sinal de entrada passa pelo front-end analógico (de onde vem a largura de banda), e depois o digitalizador recolhe amostras da forma de onda analógica. Tudo o que faz é retirar dados do front end analógico. No entanto, a largura de banda descreve a parte analógica do osciloscópio, enquanto que a taxa de amostragem descreve a parte digital. A partir disto, podemos compreender porque é que a taxa de amostragem é uma especificação exclusiva dos osciloscópios digitais.
Profundidade/tamanho da memória:
A taxa de amostragem e a profundidade de memória são atributos que se relacionam intimamente entre si num osciloscópio. A profundidade da memória descreve a quantidade de dados em forma de onda que o osciloscópio pode capturar. Quanto mais rápida a taxa de amostragem, mais curta a onda capturada. Assim, as formas de onda com taxas de amostragem mais rápidas ocupam mais memória. Além disso, quanto mais memória se pode utilizar, mais tempo se pode armazenar. A profundidade de memória é a terceira propriedade mais importante de um osciloscópio digital. Mais uma vez, é uma especificação que é exclusiva dos osciloscópios de armazenamento digital. Os osciloscópios analógicos não captam nem registam formas de onda. Como tal, não têm propriedades de profundidade de memória.
Osciloscópio Analógico vs. Osciloscópio Digital-Resolução (Bits ADC):
Os osciloscópios modernos vêm com 8,10, e 12 bits de ADC. O conversor analógico-digital toma um sinal analógico, converte-o, e quantifica-o em informação digital. Assim, um ADC de 8 bits é capaz de 256 níveis de quantização (2^8 = 256). Esta é a resolução vertical do ADC. Quanto maior for a resolução, mais clara será a representação da forma de onda. Além disso, os bits do ADC ditarão o intervalo de entrada. Por exemplo, os âmbitos com resoluções mais elevadas serão mais adequados à análise de sinais minúsculos. Esta é outra especificação única que os osciloscópios analógicos não têm.
Osciloscópio analógico vs. Osciloscópio digital – Trigger:
Cada osciloscópio digital vem com um botão que lhe permite alterar o nível de gatilho no escopo. O gatilho diz essencialmente ao osciloscópio quando se deve tirar uma fotografia da forma de onda.
O seu DSO padrão vem com muitos modos de gatilho diferentes, que dizem como reagir quando encontra um evento de gatilho. Por exemplo, o modo de disparo de borda diz ao osciloscópio para capturar um instantâneo quando o sinal toca na borda da grelha em exibição. Mais uma vez, como os osciloscópios analógicos não captam e armazenam dados, os gatilhos são na sua maioria exclusivos dos osciloscópios de armazenamento digital.
Osciloscópio Analógico vs. Osciloscópio Digital – Benefícios dos osciloscópios analógicos
Há muitas vantagens na utilização de osciloscópios digitais em relação aos analógicos. Mas quais são as vantagens de utilizar os osciloscópios analógicos antigos?
Mais fáceis de utilizar:
Os osciloscópios digitais tendem a ser osciloscópios mais elaborados. Inversamente, os osciloscópios analógicos podem ser mais fáceis de usar porque têm controlos mínimos e visores menos confusos. Assim, pode utilizá-los para aprender os princípios básicos dos testes de tensão. Muitas vezes, menos características equivalem a mais simplicidade. Não é preciso gastar tanto tempo a configurar os osciloscópios analógicos.
Osciloscópio Analógico vs Osciloscópio Digital-Menos dispendioso:
Os osciloscópios analógicos são menos caros do que os tipos digitais. Isto porque são mais antigos e têm menos características, e como se pode encontrar muitos âmbitos de segunda mão deste tipo, são mais baratos.
Melhor para leituras analógicas:
As leituras analógicas aparecem muitas vezes melhor nos ecrãs CRT analógicos. São mais claras e, em alguns casos, podem parecer menos ruidosas.
Disponibilidade:
Mais uma vez, por serem mais antigos, há muitos modelos antigos em segunda mão que se podem adquirir. Além disso, são menos procurados. Assim, a maioria das lojas de electrónica e equipamento de renome tendem a estar repletas de stock.
Há muitas vantagens na utilização de osciloscópios digitais em relação aos analógicos. Mas quais são as vantagens de utilizar os osciloscópios analógicos antigos?
Os osciloscópios digitais tendem a ser osciloscópios mais elaborados. Inversamente, os osciloscópios analógicos podem ser mais fáceis de usar porque têm controlos mínimos e visores menos confusos. Assim, pode utilizá-los para aprender os princípios básicos dos testes de tensão. Muitas vezes, menos características equivalem a mais simplicidade. Não é preciso gastar tanto tempo a configurar os osciloscópios analógicos.
Os osciloscópios analógicos são menos caros do que os tipos digitais. Isto porque são mais antigos e têm menos características, e como se pode encontrar muitos escopos de segunda mão deste tipo, são mais baratos.
As leituras analógicas aparecem muitas vezes melhor nos ecrãs CRT analógicos. São mais claras e, em alguns casos, podem parecer menos barulhentas.
Disponibilidade: Mais uma vez, por serem mais antigas, existem muitos modelos antigos em segunda mão que se podem adquirir. Além disso, são menos procurados. Assim, a maioria das lojas de electrónica e equipamento de renome tendem a estar repletas de stock.
Conclusão
Para a maioria dos testes simples em engenharia electrónica, os osciloscópios analógicos funcionam tão bem como os osciloscópios digitais. Se for um principiante ou um hobbyista, poderá beneficiar mais com a compra de um alcance analógico em vez de um alcance digital. No entanto, ao adquirir um escopo, deve ser claro nos seus objectivos e se as características do osciloscópio se alinham com eles.
Por exemplo, será necessário analisar o desenho do osciloscópio, largura de banda digital ou analógica, tempo de subida, taxa de amostragem, densidade de canais, comprimento de registo, taxa de captura de formas de onda, conectividade e capacidade de expansão. Para os osciloscópios digitais, terá de se preocupar com a memória por canal e a profundidade da memória. Uma vez entendidas estas especificações simples, será capaz de discernir qual osciloscópio é o melhor para si. Agora, quando as pessoas perguntarem: “osciloscópio analógico versus osciloscópio digital; qual é o melhor?”, poderá dar-lhes uma resposta clara. No entanto, esperamos que este guia lhe tenha sido útil. Como sempre, obrigado pela sua leitura.
