Osciloscópio Analógico vs. Digital: Como Escolher o Ideal para Seus Projetos

Osciloscópios são ferramentas de teste importantes na engenharia eletrônica. Especialmente quando medimos uma seção de uma forma de onda repetitiva ou um sinal de alta frequência. No entanto, há uma dúvida entre iniciantes: osciloscópio analógico vs. digital – qual é melhor? Na maioria dos casos, você notará que osciloscópios digitais custam mais que seus equivalentes analógicos.

Mas por quê? Neste guia, responderemos a esta pergunta e mais. Também abordaremos como cada osciloscópio funciona e como identificá-lo. Ao final deste guia, você deve diferenciar os dois e qual é melhor para seu projeto.

O que é um Osciloscópio?

Mão ajustando um osciloscópio 

O osciloscópio passa por muitos nomes. Você pode chamá-lo de oscilógrafo, o-scope, CRO (osciloscópio de raios catódicos), DSO (osciloscópio de armazenamento digital) ou simplesmente scope. É um equipamento que usa uma ponta de prova para medir a tensão de sinal variável entre dois pontos de um dispositivo eletrônico ou circuito elétrico.

Ao medir tensão, um multímetro faz uma leitura do circuito em um único ponto no tempo. Por outro lado, osciloscópios permitem medir a tensão de um circuito ao longo do tempo. Essencialmente, fará muitas milhares de leituras e as plotará na sua tela. Isso permitirá comparar facilmente quaisquer picos ou quedas de tensão de eventos transitórios.

Existem dois tipos principais de osciloscópios: osciloscópios analógicos e osciloscópios digitais. Eles funcionam virtualmente da mesma forma, mas, como você verá, osciloscópios digitais vêm com recursos adicionais que seus equivalentes analógicos não têm.

Osciloscópios Analógicos

Osciloscópio analógico

Quando os fabricantes introduziram osciloscópios analógicos, utilizaram um CRT com placas de deflexão horizontal para exibir formas de onda.

Tensões nas placas horizontais no tubo modificavam a posição do feixe. Quando o feixe de elétrons atingia o revestimento fosforescente na tela, a área de aterrissagem brilhava. Consequentemente, isso exibia um ponto de luz que se tornaria um comprimento de onda perceptível.

Existiam osciloscópios de duplo feixe que você podia usar para comparar dois sinais diferentes. Eles emitiam e exibiam simultaneamente dois feixes de elétrons em uma única tela plana.

Osciloscópios analógicos básicos não vinham com recurso de armazenamento. No entanto, você podia comprar um osciloscópio analógico de armazenamento para armazenar uma imagem de comprimento de onda de entrada. No entanto, esses osciloscópios de armazenamento analógicos eram caros e bastante rudimentares pelos padrões modernos.

Originalmente, osciloscópios analógicos eram comumente grandes e pesados. No entanto, graças à tecnologia digital, futuros osciloscópios tornaram-se compactos o suficiente para aplicações de serviço de campo.

Osciloscópios Digitais

Osciloscópios Digitais Série Rigol DS2000

Telas de estado sólido assumiram o lugar dos grandes e pesados CRTs. Consequentemente, isso tornou os osciloscópios muito menores e não tão profundos. Além disso, isso também lhes proporcionou mais funções de exibição. Hoje, osciloscópios digitais são os tipos mais comuns.

Além disso, o advento dos osciloscópios digitais permitiu recursos extras como armazenamento padrão, manipulação de exibição aprimorada, trigger melhor, etc.

Tipos de Osciloscópios Digitais

À medida que fabricantes e empresas lançaram os primeiros osciloscópios digitais, os introduziram sob osciloscópio de fósforo digital (DPO) e osciloscópio de armazenamento digital (DSO). Isso porque os primeiros osciloscópios digitais usavam telas de fósforo. Um osciloscópio digital moderno usa tela LED ou LCD.

No passado, tamanho e resolução de tela limitavam osciloscópios analógicos. Inversamente, osciloscópios digitais modernos não têm esse problema.

Osciloscópios de Sinal Misto e Domínio Misto (MSO e MDO)

Desmontagem Agilent 54622D MSO

Fonte: Flickr

As novas capacidades que os osciloscópios digitais fornecem vão muito além do que muitos poderiam imaginar nos dias analógicos. Incorporaram capacidades como canais de análise lógica além dos dois ou mais canais analógicos normalmente disponíveis. Por exemplo, osciloscópios de sinal misto (MSO) tornaram-se disponíveis. Outras capacidades como saída de gerador de função e multímetro digital também foram possíveis.

Quase todos os osciloscópios modernos têm modelos MSO padrão. Alternativamente, podem oferecer múltiplos canais digitais como opção. Além disso, muitos osciloscópios digitais incluem processamento de sinal para fazer medições no domínio da frequência, ou seja, análise de espectro. Isso permite testar circuitos que podem exigir mistura de análise de espectro e medições normais de osciloscópio.

Um verdadeiro osciloscópio de domínio misto tem um conector RF dedicado que você só pode usar para medições de domínio de frequência. Curiosamente, normalmente tem capacidade de análise de espectro de desempenho mais alto.

Osciloscópios de Amostragem Digital

Osciloscópio de amostragem digital

Fonte: Wikimedia Commons

Outra forma de osciloscópio é o osciloscópio de amostragem digital. É uma forma muito especializada de osciloscópio que pessoas usam para um número limitado de aplicações de nicho. Por exemplo, pode analisar aspectos como jitter em sinais bem na região de dezenas de gigahertz. Como tal, não usamos esses osciloscópios para aplicações médias.

Como resultado, têm caso de uso limitado. Osciloscópios também vêm em variedade de formatos. Podem vir em caixas de bancada padrão para uso em laboratório. Em contraste, outros são mais adequados para aplicações de serviço de campo.

Osciloscópios Analógico vs. Digital – USB e Baseados em PC

Um PicoScope 6000 conectando a um laptop

Fonte: Wikimedia

Um osciloscópio baseado em PC pode vir como osciloscópio autônomo ou como osciloscópio externo. Osciloscópios externos baseados em PC requerem conexão ao seu PC para funcionar. Além disso, podem usar o display do computador, fonte de alimentação e processador. Frequentemente, você pode conectá-los através de interface USB.

No entanto, alguns osciloscópios externos podem usar sistemas de barramento de computador como o sistema PXI. Claro, você precisará instalar software e drivers do osciloscópio no seu computador para que interfira corretamente.

Por outro lado, osciloscópios autônomos internos baseados em PC vêm com partes internas de computador. Têm microprocessadores internos que lhes concedem recursos extras como controle de instrumento, medição automática e gerenciamento de display. Além disso, permitem processamento mais complexo de sinais digitalizados. Isso excede as capacidades de versões analógicas com CRTs de visualização direta.

Existe uma enorme variedade de diferentes tipos e modelos de osciloscópios. Conhecendo suas características e olhando suas folhas de especificação, você pode analisar seu desempenho, formato e capacidades gerais.

Principais Diferenças Entre Osciloscópios Analógicos e Digitais

Diferenças na Operação

Bancada de engenharia eletrônica com osciloscópio

Existe um grande mal-entendido na comunidade de eletrônica iniciante. Muitos assumem que apenas osciloscópios analógicos usam displays CRT. Isso é falso. Osciloscópios digitais como o Tektronix 2230 osciloscópio de armazenamento digital usam display CRT.

Se você comparar um osciloscópio analógico antigo como o Tektronix 2213 ao Tektronix 2230 DSO, notará como este último tem mais controles de painel. Assim, há intrinsecamente mais complexidade em como um osciloscópio de armazenamento digital opera.

Um osciloscópio digital pode fazer tudo que um analógico pode. No entanto, quando você começa a dar zoom out em um osciloscópio analógico, especialmente se for de frequência mais baixa, a imagem de saída começa a piscar. Isso é devido a como a tela CRT exibe formas de onda.

O osciloscópio de armazenamento digital corrige isso fornecendo uma imagem mais estável. Assim, em vez de exibir a tensão variável, o DSO amostrará as formas de onda em pontos variados, as armazenará e as exibirá. Isso dá uma exibição mais estável e facilita visualizar a forma de onda inteira.

O osciloscópio digital consegue isso através de seu conversor analógico-para-digital (ADC). Ele pega as tensões medidas como sinais analógicos e as traduz em sinais digitais.

O osciloscópio analógico não é capaz da mesma persistência que um digital. Além disso, você pode ajustar a persistência efetiva em um osciloscópio digital, permitindo captar mais ruído. A calibração do display permite ver uma medição mais precisa e melhor qualidade de gráfico. Além disso, o uso de tecnologia LCD torna sistemas digitais mais leves e portáteis.

Diferenças nas Especificações

Imagem vetorial de osciloscópio

Fonte: Commons Wikimedia

Outra forma de entender algumas diferenças entre osciloscópios é observando suas especificações. Nesta seção, abordaremos essas especificações:

Analógico vs. Digital – Largura de Banda (BW):

Esta é a especificação principal de um osciloscópio. Descreve qual frequência alta o front-end do osciloscópio pode lidar e quão rápido de tempo de subida pode capturar.

Assim, a frequência do sinal e o tempo de subida desse sinal são inerentemente relacionados. Para calcular o tempo de subida mais rápido que seu osciloscópio pode ver, divida 0.35 pela largura de banda especificada. A fórmula é: tempo de captura mais rápido = 0.35 / largura de banda.

Tanto osciloscópios analógicos quanto digitais têm especificações de largura de banda. No entanto, osciloscópios digitais modernos superam em muito as capacidades de largura de banda de osciloscópios antigos.

Taxa de Amostragem / Sample Rate:

Esta especificação é única para osciloscópios digitais. Diz a quantos pontos por segundo seu osciloscópio está adquirindo dados. Essencialmente, o sinal de entrada passa pelo front-end analógico (de onde vem a largura de banda), e então o digitalizador amostra a forma de onda analógica.

Embora a taxa de amostragem esteja relacionada à largura de banda, não a afeta. Tudo o que faz é pegar dados do front-end analógico. No entanto, a largura de banda descreve a porção analógica do osciloscópio, enquanto a taxa de amostragem descreve a parte digital. A partir disso, entendemos por que a taxa de amostragem é uma especificação exclusiva de osciloscópios digitais.

Profundidade / Tamanho de Memória:

Taxa de amostragem e profundidade de memória são atributos que se relacionam closely em um osciloscópio. A profundidade de memória descreve quantos dados de forma de onda o osciloscópio pode capturar. Quanto mais rápida a taxa de amostragem, menor a onda capturada. Assim, formas de onda com taxas de amostragem mais rápidas ocupam mais memória. Além disso, quanto mais memória você pode utilizar, mais tempo pode armazenar.

A profundidade de memória é a terceira propriedade mais importante de um osciloscópio digital. Novamente, é uma especificação única de osciloscópios de armazenamento digital. Osciloscópios analógicos não capturam ou gravam formas de onda. Como tal, não têm propriedades de profundidade de memória.

Analógico vs. Digital – Resolução (Bits ADC):

Osciloscópios modernos vêm com 8, 10 e 12 bits ADC. O conversor analógico-para-digital pega um sinal analógico, converte e quantiza 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 a resolução, mais clara será a representação da forma de onda. Além disso, os bits ADC ditarão a faixa de entrada. Por exemplo, osciloscópios com resoluções mais altas serão mais adequados para analisar sinais minúsculos. Esta é outra especificação única que osciloscópios analógicos não têm.

Analógico vs. Digital – Trigger:

• Cada osciloscópio digital vem com um botão que permite alterar o nível de trigger no osciloscópio. O trigger essencialmente diz ao osciloscópio quando tirar um snapshot da forma de onda.

Seu DSO padrão vem com muitos modos de trigger diferentes, que dizem como reagir quando encontra um evento de trigger. Por exemplo, o modo edge trigger diz ao osciloscópio para capturar um snapshot quando o sinal toca a borda da grade no display. Isso dá uma maneira versátil de medir a forma de onda.

Novamente, como osciloscópios analógicos não capturam e armazenam dados, triggers são principalmente únicos de osciloscópios de armazenamento digital.

Benefícios dos Osciloscópios Analógicos

Existem muitas vantagens em usar osciloscópios digitais sobre analógicos. Mas quais são os benefícios de usar os velhos osciloscópios analógicos?

Mais Fáceis de Usar:

Osciloscópios digitais tendem a ser mais elaborados. Inversamente, osciloscópios analógicos podem ser mais fáceis de usar porque têm controles mínimos e displays menos confusos. Assim, você pode usá-los para aprender o básico de teste de tensão. Frequentemente, menos recursos equivalem a mais simplicidade. Você não precisa gastar tanto tempo configurando osciloscópios analógicos.

Menos Caros:

Osciloscópios analógicos são mais baratos que os digitais. Isso porque são mais antigos e têm menos recursos, e como você encontra muitos modelos usados desse tipo, são mais baratos.

Melhores Para Leituras Analógicas:

Leituras analógicas frequentemente aparecem melhores em telas CRT analógicas. São mais claras e, em alguns casos, podem parecer menos ruidosas.

Disponibilidade:

Novamente, por serem mais antigos, existem muitos modelos usados antigos que você pode comprar. Além disso, têm menos demanda. Assim, a maioria das lojas de eletrônicos e equipamentos respeitáveis tendem a ter estoque abundante.

Existem muitas vantagens em usar osciloscópios digitais sobre analógicos. Mas quais são os benefícios de usar os velhos osciloscópios analógicos?

• Mais Fáceis de Usar: Osciloscópios digitais tendem a ser mais elaborados. Inversamente, osciloscópios analógicos podem ser mais fáceis de usar porque têm controles mínimos e displays menos confusos. Assim, você pode usá-los para aprender o básico de teste de tensão. Frequentemente, menos recursos equivalem a mais simplicidade. Você não precisa gastar tanto tempo configurando osciloscópios analógicos.
• Menos Caros: Osciloscópios analógicos são mais baratos que os digitais. Isso porque são mais antigos e têm menos recursos, e como você encontra muitos modelos usados desse tipo, são mais baratos.
• Melhores Para Leituras Analógicas: Leituras analógicas frequentemente aparecem melhores em telas CRT analógicas. São mais claras e, em alguns casos, podem parecer menos ruidosas.

Disponibilidade: Novamente, por serem mais antigos, existem muitos modelos usados antigos que você pode comprar. Além disso, têm menos demanda. Assim, a maioria das lojas de eletrônicos e equipamentos respeitáveis tendem a ter estoque abundante.

Conclusão

Para a maioria dos testes simples em engenharia eletrônica, osciloscópios analógicos funcionam tão bem quanto digitais. Se você é iniciante ou entusiasta, pode se beneficiar mais comprando um osciloscópio analógico em vez de digital. No entanto, ao comprar um osciloscópio, você deve estar claro sobre seus objetivos e se os recursos do osciloscópio alinham-se a eles.

Por exemplo, você precisará analisar o design do osciloscópio, largura de banda analógica ou digital, tempo de subida, taxa de amostragem, densidade de canais, comprimento de registro, taxa de captura de forma de onda, conectividade e expansibilidade. Para osciloscópios digitais, precisará se preocupar com memória por canal e profundidade de memória. Uma vez que você entenda estas especificações simples, será capaz de discernir qual osciloscópio é melhor para você. Agora, quando perguntarem: "osciloscópio analógico vs. digital; qual é melhor?" você poderá fornecer uma resposta clara. No entanto, esperamos que este guia tenha sido útil. Como sempre, obrigado por ler.