Osciloscópios: tipos e finalidades

Uma das motivações para a criação deste blog foi relatar a experiência de como adquiri meu primeiro osciloscópio. Nesse contexto pretendo dar minha pequena contribuição para quem necessita. Porém, antes de relatar sobre minha aquisição (que farei em outra postagem), vejamos o que é essa ferramenta, para que ela serve e os tipos mais comuns disponíveis no mercado.

O osciloscópio é um dos instrumentos de teste mais imprescindíveis ​​para qualquer finalidade de teste eletrônico, seja para design de RF, design de circuito eletrônico, fabricação de eletrônicos, serviço, reparo e para uso em muitas outras aplicações.

Existem muitos tipos de osciloscópios existentes . A tecnologia avançou desde a era analógica e deu lugar ao digital, além de uma variedade de formas com o objetivo de suprir às necessidades cada vez maiores de projeto de circuitos, fabricação e etc.

Ao escolher um osciloscópio, é interessante entender quais são os diferentes tipos e suas peculiaridades. Alguns tipos até combinam um osciloscópio com teste lógico ou análise de espectro, fornecendo uma funcionalidade muito maior para circuitos de depuração em design digital ou design de RF.

Osciloscópio ROHDE & SCHWARZ Série RTA4000 de até 1GHz

Tipos comuns de osciloscópio

Abaixo segue uma breve caracterização e explicação sobre os tipos mais comuns de osciloscópios disponíveis.

Osciloscópio analógico: este foi o primeiro tipo de osciloscópio a ser popularizado. Baseado em tubo de raios catódicos, foi a referência em testes por um longo tempo.

Os primeiros osciloscópios analógicos eram bem grandes e possuíam um número considerável de válvulas termiônicas. À medida que a tecnologia avançava, novos instrumentos de medição transistorizados foram ganhando espaço no mercado, e até se tornaram mais interessantes pois eram muito menores. No entanto, a carcaça do aparelho precisava ter uma profundidade significativa para o acoplamento do tubo de raios catódicos.

Os osciloscópios puramente analógicos não oferecem várias das funcionalidades que muitos instrumentos de teste oferecem hoje. Recursos como marcadores, medição precisa de valores, exibições digitais da tensão em formas de onda, trigger flexível e etc. O equipamento de teste mais antigo era bastante limitado se comparados aos que temos disponíveis nos dias de hoje, mas esses primeiros instrumentos de teste ainda permitiam que os engenheiros eletrônicos vissem as formas de onda necessárias para entender o comportamento da tensão no circuito.

Osciloscópio Hitachi analógico de 40MHz

Osciloscópio de armazenamento analógico: Essas ferramentas eram normalmente imensas e caras. Esse tipo costumava ser reservado para uso especializado e nem sempre era fácil ver as formas de onda em qualquer período de tempo escolhido. Para armazenamento de longo período da forma de onda (pulsos extremamente longos), era necessário tirar uma foto da tela, e câmeras especiais eram necessárias para fazer o mapeamento de forma confiável.

O osciloscópio de armazenamento analógico tinha uma forma especial de tubo de raios catódicos que capturava os elétrons do feixe e permitia que a tela fosse iluminada por uma carga para garantir que a forma de onda armazenada pudesse ser vista. Quanto mais clara a imagem na tela, menor será o período de tempo em que ela poderá ser vista com nitidez.

Osciloscópio de armazenamento analógico

Osciloscópio digital: a tecnologia digital abriu as portas para um desempenho significativamente aprimorado e o fornecimento de uma série de novos recursos nesses instrumentos de teste.

Os osciloscópios digitais agora possuem muitos recursos que nem mesmo eram imaginados nos dias da era analógica, e as frequências de operação bastante superiores agora aumentaram ainda mais, a ponto de poderem ser usadas para muitas aplicações de design de RF.

Existem vários subtipos de osciloscópio digital. Eles tendem a ser usados ​​após a introdução da tecnologia digital na operação do circuito, e agora o termo osciloscópio digital passa a ser amplamente utilizado.

Osciloscópio de armazenamento digital, DSO: Este é um termo cunhado após a introdução dos osciloscópios digitais, indicando que tinham a capacidade para o armazenamento de formas de onda e exibição das mesmas por um período de tempo. Foi uma ferramenta muito bem vinda para engenheiros projetistas, para quem um osciloscópio de armazenamento analógico era uma realidade distante.

Osciloscópio Hantek DSO 4102C

Osciloscópio de fósforo digital, DPO: Este tipo se assemelha bastante ao tipo anterior, porém utiliza arquitetura de processamento paralelo.

Osciloscópio digital de fósforo Tektronix DPO 70804 com 4 canais e 8GHz

Osciloscópio de amostragem digital: Osciloscópios de amostragem são utilizados ​​para a captura sinais de frequência extremamente alta, ou seja, sinais que são repetitivos e cujas frequências são mais altas do que a taxa de amostragem do osciloscópio.

Para medir tais sinais, esse tipo pode ter largura de banda e temporização de altíssima velocidade. Normalmente, esse tipo de osciloscópio começa com níveis de largura de banda de dezenas de gigahertz. As aplicações incluem desde análise de barramentos seriais de alta velocidade até análise de dispositivos ópticos e sinais de clock.

Osciloscópio de amostragem digital Tektronix 110801A

Osciloscópio de sinal misto, MSO: Este tipo de osciloscópio é a união de um osciloscópio com um analisador lógico. Muitos trabalhos misturam o projeto de circuitos analógicos com circuitos digitais, e muitas vezes é necessário ter alguns canais de entrada do osciloscópio analógico para observar as formas de onda para que, em seguida, uma série de canais de análise lógica observe o estado lógico de vários canais. É para atender a essa necessidade que os osciloscópios de sinais mistos foram desenvolvidos e introduzidos.

Normalmente, o MSO tem dois ou mais canais analógicos e, em seguida, vários canais de análise lógica, normalmente entre oito e dezesseis.

Osciloscópio de sinal misto Keysight MSOX3104T de 1GHz

Osciloscópio de domínio misto: Este tipo de ferramenta se trata de uma combinação de osciloscópio e analisador de espectro. Comumente, ao desenvolver ou reparar sistemas de comunicação sem fio, é necessário ter um analisador de espectro para que o efeito das áreas digitais possa ser visto.

Este tipo de osciloscópio ou analisador é útil para permitir a detecção de falhas de projetos de RF que combinam circuitos digitais ou de baixa frequência com projetos de circuitos eletrônicos de RF. O osciloscópio de domínio misto é caracterizado pela entrada de RF separada para análise de espectro e pelas entradas normais do osciloscópio.

Osciloscópio de domínio misto Tektronix MDO 3034 de 350MHz

Osciloscópio USB: Usando a própria energia de um computador ou notebook, tal tipo fornece o desempenho de muitos osciloscópios, mas sem a necessidade de todo o processamento normalmente exigido. É conectado a um PC usando um cabo USB e se vale do monitor do computador ou notebook para sua exibição.

Normalmente, os osciloscópios USB de melhor qualidade terão um FPGA dentro do circuito, e isso compromete todo o processamento do sinal. O computador pode então ser usado como interface, ou seja, para controle e exibição. Isso economiza consideravelmente no custo do osciloscópio sem comprometer tanto o desempenho.

Dessa forma, um osciloscópio de alto desempenho pode ser feito usando um mínimo de hardware, reduzindo tamanho e também o custo.

Osciloscópio USB Hantek 6022BE 20MHz

Com essa gama de opções citadas ao longo do artigo, fechamos os tipos mais comuns dessa ferramenta. O osciloscópio que adquiri foi do tipo DSO e pretendo falar dele na próxima postagem, sobre como foi sua escolha e dar dicas de aparelhos custo x benefício.

Espero que tenham gostado desta primeira postagem e que ela ajude de alguma forma. Sintam-se à vontade para perguntar, corrigir e acrescentar algo no que foi dito ao longo texto pois sua opinião é bem vinda. Obrigado pela leitura e até mais!