Como calibrar seu osciloscópio em relação à exatidão vertical

O eixo Y é usado quase exclusivamente para exibir a amplitude dos sinais de entrada. Eles são processados através de amplificadores de "canal" (no mínimo dois canais; mas, muitas vezes quatro ou mais). As características básicas de configuração para calibração de amplitude incluem:

• Alinhamento zero ao retículo (deslocamento)
• Equilíbrio do amplificador vertical
• Comutação de canal vertical
• Operação de apresentações alternativas/cortadas

Exatidão de deflexão horizontal: amplitude

Vários traços são criados usando comutação de varredura alternativa ou comutação de alta velocidade "cortada".

Comutação de varredura alternada: o rastreamento é concluído antes de comutar para o próximo.

Comutação de alta velocidade "cortada": as entradas são amostradas alternadamente em alta velocidade e direcionadas para canais separados (geralmente usados para sinais de baixa frequência).

Todos os osciloscópios alternam entre diferentes canais de entrada, normalmente comutando as entradas para um sistema de medição comum, mas cada canal terá diferentes amplificadores e atenuadores cujas características de ganho são a principal influência na exatidão vertical.

Há cinco parâmetros principais a serem verificados na calibração de cada sistema amplificador vertical:

• Deslocamento
• Ganho
• Linearidade
• Largura de banda
• Resposta de pulso

Esses parâmetros são vitais para obter uma representação exata do sinal. Para comparações eficazes entre sinais aplicados através de diferentes canais, seus parâmetros de canal devem ser equalizados.

A medição de ganho de um amplificador de canal geralmente é realizada pela injeção de um sinal padrão e apresentação do sinal contra o retículo do visor. Como o acoplamento do amplificador pode ser alternado entre CA ou CC e frequentemente entre 50 Ω ou 1 MΩ, será necessário injetar sinais que testam a operação de cada uma dessas formas de acoplamento.

Dois sinais padrão para medir o ganho de um amplificador geralmente são empregados:

1. Com o acoplamento CC, um sinal CC ou uma onda quadrada é injetado, e a resposta do canal é medida contra as divisões do retículo ou leituras do cursor no visor.

Todos os calibradores de osciloscópios Fluke fornecem tensão de CC e saídas de onda quadrada de 1 kHz para testar o ganho e o deslocamento de amplificadores acoplados de CC.

2. Com o acoplamento CC, um sinal CC é injetado a 1 kHz, e novamente a resposta do canal é medida contra as divisões do retículo ou as leituras do cursor no visor.

O uso de um pulso de baixa frequência também pode fornecer uma verificação aproximada da resposta bruta de baixa frequência (LF) e alta frequência (HF). Esse é apenas um teste muito simples de distorção bruta. Um resultado que parece quadrado ainda deve ser verificado quanto à resposta do pulso e largura de banda.

Todos os calibradores de osciloscópio Fluke fornecem uma onda quadrada de 1 kHz para testar o ganho LF dos amplificadores com acoplamento AC.

A linearidade dos amplificadores de canal pode ser testada injetando um sinal de CC ou de onda quadrada, variando a amplitude e verificando as alterações em relação às leituras do retículo ou do cursor.

Resposta de pulso

A visualização do tempo de subida das bordas rápidas do pulso é um dos dois métodos complementares para medir a resposta do canal vertical às entradas pulsadas (a largura de banda do amplificador também deve ser medida).

A resposta às bordas rápidas depende da impedância de entrada do osciloscópio a ser testado. Duas impedâncias de entrada padrão geralmente estão em uso: 50 Ω e 1 MΩ/(normalmente) 15 pF. 1 MΩ é a entrada padrão da indústria, geralmente usada com sondas passivas. Quando uma entrada de 50 Ω é fornecida, ela fornece correspondência ideal com sinais HF.

Para medir o tempo de subida, o sinal do pulso é injetado no canal a ser testado; o trigger e a base de tempo são ajustados para apresentar uma imagem de tela mensurável, e o tempo de subida/descida é medido em relação às leituras do retículo ou do cursor. O tempo de subida/descida observado tem dois componentes: o do sinal aplicado e o do canal em teste. Eles são combinados como a raiz da soma dos quadrados, sendo assim, para calcular o tempo para o canal da UUT, uma fórmula deve ser usada:

Tempo de subida/descida da UUT = raiz quadrada [(tempo observado)2 – (tempo de sinal aplicado)2]

Em alguns osciloscópios, o retículo vertical é especialmente marcado com 0%, 10%, 90% e 100% para facilitar o alinhamento da amplitude do pulso em relação às marcas de 0% ou 100% e então medir os pontos de cruzamento de 10%/90% em relação às marcas na linha central horizontal do retículo. Muitos DSOs modernos têm cursores de medição de funções que fazem medições de tempo de subida nesses mesmos pontos.

Medição

Em todos os modelos Fluke, dois tipos diferentes de pulsos são usados:

• Função de borda baixa: um pulso de amplitude de baixa tensão correspondente a 50 Ω com um tempo de subida/descida significativamente menor que 1 ns. Ao usar a fórmula para calcular o tempo de subida/queda da unidade em teste (UUT), o tempo de subida do sinal aplicado deve ser certificado na calibração mais recente do calibrador, mais próximo da amplitude do pulso aplicado.
• Função de borda alta: um pulso de amplitude de alta tensão correspondente a 1 MΩ com um tempo de subida menor ou igual a 100 ns. Essa função é usada principalmente para calibrar a resposta dos atenuadores de canal do osciloscópio.

Aberração de borda

As aberrações, ou overshoot e undershoot, são visíveis no visor. Elas geralmente aparecem na extremidade superior da borda, antes que a tensão se estabeleça em seu valor final (que é definido como 100%).

Quando as aberrações são exibidas para medição, elas devem estar dentro dos limites de especificação. Quando a especificação de aberração do osciloscópio se aproximar da especificação do calibrador, outros métodos devem ser usados para calibrar.

Largura de banda do canal

Além de determinar a resposta do pulso visualizando um pulso de espécime na tela, isso deve ser suportado pela medição da largura de banda do amplificador usando uma “onda sinusoidal nivelada”. Isso é feito a uma impedância de entrada de 50 Ω para manter a integridade da fonte de 50 Ω e do sistema de transmissão.

Nos osciloscópios de alta impedância de entrada, um terminador em linha de 50 Ω é usado para corresponder à linha na entrada do osciloscópio. Os 50 Ω em linha podem assumir a forma de um terminador de 50 Ω separado ou ser incorporados em uma cabeça "Ativa" — esta última oferece o benefício da automação total e não requer calibração adicional.

Primeiro, a amplitude exibida da onda sinusoidal de entrada é medida em uma frequência de referência (geralmente 50 kHz), em seguida, a frequência é aumentada, na mesma amplitude, para a frequência de 3 dB especificada do canal. A amplitude exibida é medida novamente.

A largura de banda estará correta se a amplitude do ponto de 3 dB observada for igual ou superior a 70% do valor na frequência de referência.

Se for necessário estabelecer o ponto real de 3 dB, a frequência deve ser aumentada até que a amplitude pico a pico seja 70% do valor na frequência de referência: aí essa frequência estará próxima do ponto de 3 dB.

Continuar a calibrar

As próximas etapas do processo de calibração do osciloscópio continuam nestes artigos:

• Como calibrar seu osciloscópio em relação à exatidão horizontal
• Como calibrar a operação do trigger em um osciloscópio
• Como calibrar um osciloscópio para medição de fase

Voltar ao artigo anterior

• Como calibrar um osciloscópio