Como comprar um osciloscópio e não se arrepender depois
Como comprar um osciloscópio e não se arrepender depois
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=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.
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.
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