Osciloscópio analógico x digital:qual é a diferença?

Os osciloscópios são importantes ferramentas de teste 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 os iniciantes; osciloscópio analógico vs. digital – qual é o melhor? Na maioria dos casos, você notará que os osciloscópios digitais custam mais do que seus equivalentes analógicos.

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

O que é um osciloscópio?

Uma mão ajustando um osciloscópio

O osciloscópio tem muitos nomes. Você pode se referir a ele como um oscilógrafo, o-scope, CRO (osciloscópio de raios catódicos), DSO (osciloscópio de armazenamento digital) ou simplesmente um osciloscópio. É um equipamento que usa uma sonda para medir a variação da tensão do sinal entre dois pontos de um dispositivo eletrônico ou circuito elétrico.

Ao medir a tensão, um multímetro faz uma leitura do circuito de um único ponto no tempo. Por outro lado, os osciloscópios permitem medir a tensão de um circuito ao longo do tempo. Essencialmente, serão necessárias milhares de leituras e plotá-las na tela. Isso permitirá que você compare facilmente quaisquer picos ou quedas de tensão de eventos transitórios.

Existem dois tipos principais de osciloscópios; osciloscópios analógicos (ou osciloscópios analógicos) e osciloscópios digitais. Eles funcionam praticamente da mesma forma, mas como você verá, os osciloscópios digitais vêm com recursos adicionais que seus equivalentes analógicos não possuem.

Osciloscópios analógicos

Osciloscópio analógico

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

As tensões nas placas horizontais do tubo modificaram a posição da corrente. Quando o fluxo de elétrons atingiu o revestimento de fósforo na tela, a área de pouso brilhou. Consequentemente, isso exibia um ponto de luz que acabaria se tornando um comprimento de onda perceptível.

Havia osciloscópios de feixe duplo que você poderia usar para comparar dois sinais diferentes. Eles emitiriam e exibiriam simultaneamente dois feixes de elétrons em uma única tela plana.

Os osciloscópios analógicos básicos não vêm com um recurso de armazenamento. No entanto, você pode comprar um osciloscópio de armazenamento analógico para armazenar uma imagem de comprimento de onda de entrada. No entanto, esses escopos de armazenamento analógico eram caros e bastante rudimentares de acordo com os padrões modernos.

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

Osciloscópios Digitais

Osciloscópios digitais da série Rigol DS2000

As telas de estado sólido substituíram os CRTs grandes e pesados. Consequentemente, isso tornou os escopos muito menores e não tão profundos. Além disso, isso também lhes proporcionou mais funções de exibição. Hoje, os osciloscópios digitais são os tipos mais comuns de osciloscópios.

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

Tipos de osciloscópios digitais

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

No passado, o tamanho da tela e a resolução limitavam os osciloscópios analógicos. Inversamente, os osciloscópios digitais modernos não apresentam esse problema.

Osciloscópios de sinal misto e domínio misto (MSO e MDO)

Desmontagem do MSO Agilent 54622D

Fonte:Flickr

Os novos recursos fornecidos pelos osciloscópios digitais foram muito além do que muitos poderiam imaginar nos dias analógicos. Eles incorporaram recursos como canais de análise lógica além dos dois ou mais canais de escopo analógicos normalmente disponíveis. Por exemplo, os osciloscópios de sinais mistos (MSO) tornam-se disponíveis. Outros recursos, como uma saída do gerador de funções e um multímetro digital também foram possíveis.

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

Um verdadeiro osciloscópio de domínio misto tem um conector RF dedicado que você só pode usar para medições no domínio da frequência. Curiosamente, normalmente tem uma capacidade de análise de espectro de maior desempenho.

Osciloscópios de amostragem digital

Osciloscópio de amostragem digital

Fonte:Wikimedia Commons

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

Como resultado, eles têm um caso de uso limitado. Os escopos também vêm em uma variedade de formatos. Eles podem vir em estojos de bancada padrão para uso em laboratório. Em contraste, outros são mais adequados para aplicações de serviço de campo.

Osciloscópio analógico vs. digital– Osciloscópios baseados em USB e PC

Um PicoScope 6000 conectado a um laptop

Fonte:Wikimedia

Um osciloscópio baseado em PC pode vir como um osciloscópio autônomo ou como um osciloscópio externo. Osciloscópios externos baseados em PC requerem uma conexão com seu PC para funcionar. Além disso, eles podem usar a tela, a fonte de alimentação e o processador do computador. Muitas vezes, você pode vinculá-los por meio de uma interface USB.

No entanto, alguns osciloscópios externos podem usar sistemas de barramento de computador, como o sistema PXI. Obviamente, você precisará instalar o software e os drivers do osciloscópio em seu computador para que ele faça a interface corretamente.

Por outro lado, os osciloscópios autônomos internos baseados em PC vêm com peças de computador internas. Eles têm microprocessadores internos que garantem recursos extras, como controle de instrumentos , medição automática, e gerenciamento de exibição . Além disso, eles permitem um processamento mais complexo de sinais digitalizados. Isso excede os recursos das versões analógicas com CRTs de armazenamento de visualização direta.

Existe uma enorme variedade de diferentes tipos e modelos de osciloscópios. Conhecendo suas características e examinando suas folhas de especificações, você pode observar seu desempenho, fator de forma e recursos gerais.

Osciloscópio analógico vs. digital– Principais diferenças entre um osciloscópio analógico e digital

Diferenças na operação

Banca de engenharia eletrônica com osciloscópio

Há um grande mal-entendido entre a comunidade de eletrônicos novatos. Muitas pessoas assumem que apenas os osciloscópios analógicos usam displays CRT. Isso é falso. Osciloscópios digitais como o osciloscópio de armazenamento digital Tektronix 2230 usam um display CRT.

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

Um osciloscópio digital pode fazer tudo o que um osciloscópio analógico pode. No entanto, quando você começa a diminuir o zoom em um osciloscópio analógico, especialmente se for uma frequência mais baixa, a imagem de saída começa a piscar. Isso se deve ao modo como a tela CRT exibe as 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 irá amostrar as formas de onda em pontos variados, armazená-las e exibi-las. Isso proporciona uma exibição mais estável e facilita a visualização de toda a forma de onda.

O osciloscópio digital consegue isso por meio de seu conversor analógico-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 osciloscópio digital. Além disso, você pode ajustar a persistência efetiva em um osciloscópio digital, permitindo que ele capte mais ruído. A calibração da tela permite que você veja uma medição mais precisa e melhor qualidade do gráfico. Além disso, o uso da tecnologia LCD torna os sistemas digitais mais leves e portáteis.

Diferenças nas especificações

Imagem vetorial do osciloscópio

Fonte:Commons Wikimedia

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

Osciloscópio analógico vs. digital– Largura de banda (BW):

Esta é a especificação de banner para um osciloscópio. Ele descreve quão alta a frequência que o front-end do osciloscópio pode suportar e quão rápido o tempo de subida pode ser capturado.

Assim, a frequência do sinal e o tempo de subida desse sinal estão inerentemente relacionados. Para calcular o tempo de subida mais rápido que seu osciloscópio pode ver, divida 0,35 pela largura de banda especificada do osciloscópio. Então a fórmula fica assim:tempo capturável mais rápido =0,35 / largura de banda.

Ambos os osciloscópios analógicos e digitais têm especificações de largura de banda. No entanto, os osciloscópios digitais modernos superam de longe as capacidades de largura de banda dos osciloscópios mais antigos.

Amostra/Taxa de amostragem:

Esta especificação é exclusiva para osciloscópios digitais. Ele informa em quantos pontos por segundo seu osciloscópio está adquirindo dados. Essencialmente, o sinal de entrada roteia através do front-end analógico (de onde vem a largura de banda) e, em seguida, o digitalizador amostra a forma de onda analógica.

Embora a taxa de amostragem esteja relacionada à largura de banda, ela não a afeta. Tudo o que faz é obter dados do frontend analógico. No entanto, a largura de banda descreve a parte analógica do osciloscópio, enquanto a taxa de amostragem descreve a parte digital. A partir disso, podemos entender porque a taxa de amostragem é uma especificação exclusiva dos osciloscópios digitais.

Profundidade/tamanho da memória:

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

A profundidade da memória é a terceira propriedade mais importante de um osciloscópio digital. Novamente, é uma especificação exclusiva dos osciloscópios de armazenamento digital. Os osciloscópios analógicos não capturam nem gravam formas de onda. Como tal, eles não têm propriedades de profundidade de memória.

Osciloscópio analógico x digital – resolução (bits ADC):

  Os osciloscópios modernos vêm com 8,10 e 12 bits ADC. O conversor analógico-digital pega um sinal analógico, converte-o e quantifica-o 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 o intervalo de entrada . Por exemplo, osciloscópios com resoluções mais altas serão mais adequados para analisar sinais minúsculos. Esta é outra especificação exclusiva que os osciloscópios analógicos não possuem.

Osciloscópio analógico vs. digital– Acionador:

• Cada osciloscópio digital vem com um botão que permite alterar o nível de disparo no osciloscópio. O acionador essencialmente informa ao osciloscópio quando tirar um instantâneo da forma de onda.

Seu DSO padrão vem com muitos modos de disparo diferentes, que informam como reagir quando encontra um evento de disparo. Por exemplo, o modo de disparo de borda informa ao osciloscópio para capturar um instantâneo quando o sinal toca a borda da grade em exibição. Isso oferece uma maneira versátil de medir a forma de onda.

Novamente, como os osciloscópios analógicos não capturam e armazenam dados, os acionadores são, em sua maioria, exclusivos dos osciloscópios de armazenamento digital.

Osciloscópio analógico vs. digital – Benefícios dos osciloscópios analógicos

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

Mais fácil de usar: 

Os osciloscópios digitais tendem a ser osciloscópios mais elaborados. Inversamente, os osciloscópios analógicos podem ser mais fáceis de usar porque possuem controles mínimos e displays menos confusos. Assim, você pode usá-los para aprender os fundamentos do teste de tensão. Muitas vezes, menos recursos equivalem a mais simplicidade. Você não precisa gastar tanto tempo configurando osciloscópios analógicos.

Menos caro:

Os osciloscópios analógicos são mais baratos que os tipos digitais. Isso ocorre porque eles são mais antigos e têm menos recursos e, como você pode encontrar muitos escopos de segunda mão desse tipo, eles são mais baratos.

Melhor para leituras analógicas:

As leituras analógicas geralmente aparecem melhor em telas CRT analógicas. Eles são mais claros e, em alguns casos, podem parecer menos barulhentos.

Disponibilidade:

Novamente, por serem mais antigos, existem muitos modelos antigos de segunda mão que você pode comprar. Além disso, eles são menos procurados. Assim, as lojas de eletrônicos e equipamentos mais conceituadas tendem a estar repletas de estoque.

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

• Mais fácil de usar: Os osciloscópios digitais tendem a ser osciloscópios mais elaborados. Inversamente, os osciloscópios analógicos podem ser mais fáceis de usar porque possuem controles mínimos e displays menos confusos. Assim, você pode usá-los para aprender os fundamentos do teste de tensão. Muitas vezes, menos recursos equivalem a mais simplicidade. Você não precisa gastar tanto tempo configurando osciloscópios analógicos.
• Menos caro: Os osciloscópios analógicos são mais baratos que os tipos digitais. Isso ocorre porque eles são mais antigos e têm menos recursos e, como você pode encontrar muitos escopos de segunda mão desse tipo, eles são mais baratos.
• Melhor para leituras analógicas: As leituras analógicas geralmente aparecem melhor em telas CRT analógicas. Eles são mais claros e, em alguns casos, podem parecer menos barulhentos.

Disponibilidade: Novamente, por serem mais antigos, existem muitos modelos antigos de segunda mão que você pode comprar. Além disso, eles são menos procurados. Assim, as lojas de eletrônicos e equipamentos mais conceituadas tendem a estar repletas de estoque.

Conclusão

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

Por exemplo, você precisará analisar o design do osciloscópio, a largura de banda digital ou analógica, o tempo de subida, a taxa de amostragem, a densidade do canal, o comprimento do registro, a taxa de captura da forma de onda, a conectividade e a capacidade de expansão. Para osciloscópios digitais, você precisará se preocupar com a memória por canal e a profundidade da memória. Depois de entender essas especificações simples, você poderá discernir qual osciloscópio é melhor para você. Agora, quando as pessoas perguntam:“osciloscópio analógico vs. digital; qual é o melhor?" você será capaz de fornecer-lhes uma resposta clara. No entanto, esperamos que você tenha achado este guia útil. Como sempre, obrigado por ler.