Fundamentos do osciloscópio I

Osciloscópio é o equipamento gerador da imagem de oscilações elétricas capturadas em um ponto do circuito. Com ele podemos medir, analisar, aferir e visualizar fenômenos físicos e químicos convertidos em impulsos elétricos.

Com a chegada da era digital, novas funções puderam ser incorporadas, e o TRC - tubo de raios catódicos, semelhante ao tubo de imagem de um televisor antigo, deu lugar a equipamentos mais compactos com telas de tecnologia LCD ou LED.

Analógico ou digital, os osciloscópios funcionam sob os mesmos princípios básicos, conhecer-los é essencial para operar qualquer modelo. Entretanto, para deduzir se o componente ou sistema funciona adequadamente não basta comparar o sinal com um padrão teórico, é necessário ter conhecimentos sólidos de eletricidade fundamental. 

Interpretar formas de ondas, sincronismo entre sinais, distorções na onda, medir a amplitude, freqüência e a relação dos pulsos são tarefas que tornam este equipamento essencial para a reparação automotiva.

Abaixo podemos visualizar as principais etapas de um osciloscópio, no qual o sinal sob teste é tratado pelo circuito de controle antes de ser exibido na tela do monitor.
blocos básicos do osciloscópio
Canal Vertical ou eixo Y
O canal vertical ou eixo Y é por onde entra o sinal a ser analisado. O ponto luminoso produzido na tela pode mover-se para cima e para baixo (movimento vertical) segundo a intensidade do sinal de entrada analisado.
O seletor de escala (volts por divisão) ajusta a amplitude do sinal na tela.

Canal Horizontal ou eixo X
O gerador de varredura no interior do aparelho controla o ponto luminoso produzido de modo que possa ser deslocado na tela periodicamente no sentido horizontal, do extremo esquerdo ao direito, e com velocidade constante.
A velocidade de deslocamento, tempo por divisão, é definido pelo operador.

A variação do sinal ou parte dele pode ser visualizada ajustando-se a base de tempo da varredura de acordo com a freqüência do sinal.

Nos osciloscópios que permitem a análise de primário/secundário de ignição a base de tempo pode ser estabelecida em função da velocidade angular do motor em graus ou porcentagem.

Detalhes do sinal:
Medindo um sinal de tensão constante, por exemplo: a tensão da bateria, com o canal horizontal desligado o osciloscópio apresentaria somente um ponto luminoso na tela . E se esta tensão variar periodicamente poderíamos ver somente um traço vertical na tela.

A varredura horizontal, deslocamento horizontal do ponto luminoso, delinea as alterações ocorridas no tempo permitindo-se visualizar infinitos pontos que ocorre na amplitude do sinal durante o período de tempo ajustado pelo operador.   


Oscilação ou ciclo:
São mudanças de estado que ocorrem em intervalos regulares de tempo.
  
“Trigger”:
O trigger (disparo) permite escolher o momento exato para iniciar a aquisição da imagem do sinal que se formará da esquerda para a direita da tela como uma imagem estável do sinal analisado. É como o radar de transito, ao atender os valores ajustados fotografa a placa do carro como uma imagem “congelada”.

No osciloscópio se formará repetidas imagens a cada nova varredura na tela, a partir do momento em que o sinal medido cruze pelo ponto predefinido.
Exemplo de "trigger" na borda de subida do sinal. 
No eixo vertical o trigger pode ser estabelecido para a um determinado nível de tensão na borda de subida ou descida do sinal medido, e horizontalmente em um ponto qualquer da tela.

Fontes de trigger
Conforme o modelo de osciloscópio o trigger pode ocorrer por diferentes fontes, tais como: fonte externa, a partir secundário/primário de um cilindro qualquer, pelo ciclo motor, outro canal de medição do osciloscópio ou um ponto qualquer do próprio sinal.

No próximo post vamos ver os principais ajustes para visualizar a imagem do sinal no osciloscópio. 

veja também:

Bê-a-bá da Ignição eletrônica transistorizada TSZi

Os leitores que acompanham os comentários do blog podem perceber que a idéia central é a incessante busca por melhorar a desempenho da ignição seja para um carro antigo ou um “fora de série”. Entretanto, entender certos detalhes e limitações de cada sistema é primordial para obter os resultados esperados.

A ignição eletrônica transistorizada TSZi, fabricado pela Bosch, certamente é um dos sistemas mais populares, ainda hoje. Com este tópico vou abordar elementos importantíssimos, tendo como base o módulo TSZi com final 004 e bobina de ignição final KW067 da Bosch, cuja informação é vital para o domínio de qualquer sistema de ignição.

Afirmar que a bobina de ignição alcança 28.000 V só é verdadeiro sob certas condições, pois os valores reais em um veículo são afetados pela instalação elétrica, qualidade e o estado da isolação dos cabos, velas, rotor e tampa do distribuidor, tensão do alternador/bateria, rotação do motor, como verá a seguir.  
No esquema elétrico acima, recomendado para este sistema, temos o transistor do módulo na função de chave para ligar e desligar a bobina sob comando do sensor do distribuidor, e funcionalidades do módulo. A corrente máxima que circula no enrolamento primário da bobina é limitada pelo pré-resistor, pela queda de tensão no transistor e no chicote elétrico.
Assim a corrente circulante é suportável para a bobina, ao manter a ignição ligada com o motor parado, já que neste sistema não está previsto o desligamento automático do transistor sob esta condição.
   
Durante a partida a tensão da bateria cai cerca de até 3,5 Volts. Para que não haja prejuízo na geração de alta tensão, com a baixa circulação de corrente no primário da bobina, um contato auxiliar inserido na chave magnética do motor de partida (borne 15 a) faz uma ponte entre o positivo da bateria e borne de alimentação 15 da bobina, anulando o pré-resistor. Sem este componente o motor não “pegaria” em condições mais desfavoráveis, como por exemplo, com baixa temperatura.
Caso não exista contato auxiliar no motor de partida, é necessário usar um relê auxiliar comandado pela linha 50, de modo a alimentar o borne 15 da bobina com a tensão direta da bateria.

Com o motor funcionando, a corrente no enrolamento primário da bobina aumenta proporcionalmente ao aumento de tensão imposto pelo alternador, cerca de 2 Volts, proporcionando maior rendimento de alta tensão no secundário da bobina.  

O oscilograma a seguir mostra a evolução da tensão no borne 15 e borne 1 da bobina de ignição. Em destaque está o valor obtido no final do ciclo, momento de abertura do transistor, aprox. 7,5 Volts no borne 15 é 1,5 Volts no borne 1.
Tensão borne 15 e borne 1, TSZi
Além disso, temos que considerar as características construtivas do módulo, cujo tempo de conexão da bobina (duty cycle - ciclo ativo ou de trabalho) varia de acordo com a rotação do motor, veja tabela abaixo. 

Rotação motor 4 cil. (rpm)
900
1800
2700
3600
4800
6000
Ciclo ativo (milissegundos)
15,60
8,30
5,40
4,04
3,00
2,50

Em alta rotação o ciclo ativo é mais curto. Como visto em outras matérias do blog, ciclos ativos curtos significam correntes primárias mais baixas, que por sua vez reduz o nível de alta tensão no secundário da bobina.

Os oscilogramas abaixo ilustram o nível de alta tensão médio gerados pelo sistema TSZi com módulo 004 x bobina 067, com carga resistiva de 1,18 MOhms no secundário e tensão de alimentação de 11,8 V.
A tensão máxima decresce com o aumento da rotação. A duração do impulso de alta tensão é cerca de 175 ms (microssegundo). 
Pulso de alta tensão com carga de resistiva. 18kV, 4940 rpm, alimentação 11,8 V
Nas medições efetuadas aqui se estima que cada Volt no primário diminua ou aumenta em torno de 3 kV a tensão do secundário. Por exemplo, no primeiro oscilograma temos 22,3 kV a 900 rpm com tensão de alimentação de 11,8 Volts. Com uma tensão de alimentação de 13,8 V teríamos um rendimento maior, em torno de 28,3 kV. Já durante a partida uma queda de 3,5 V na alimentação resultaria uma perda 10,5 kV, ou seja, a bobina alcançaria cerca de 18 kV. Já sem o auxiliar de partida isto poderia cair para 12 kV e seria insuficiente para saltar faísca na vela, conforme o caso.

Espero que esta matéria apóie alguns comentários enviados pelos leitores, e também, contribua para construir a base de entendimento dos sistemas de ignição.