Os engenheiros amadores também montam laboratórios de testes em casa para desenvolver novas competências ou testar novas tecnologias. Naturalmente, não têm acesso às mesmas instalações que teriam num ambiente de trabalho convencional. Então, quais são os equipamentos essenciais a comprar se pretende continuar a trabalhar em casa, e como encontrar o equilíbrio certo entre tamanho, custo e precisão?
Que equipamentos de teste e medição costuma utilizar?
Os tipos de projetos em que uma equipa de design e engenharia trabalha determinam frequentemente a variedade de equipamentos de teste no seu ambiente de trabalho. No entanto, os quatro dispositivos padrão utilizados na maioria dos projetos são multímetros digitais (DMMs), osciloscópios, geradores de funções e contadores. Por vezes, são necessários equipamentos mais especializados, como um analisador de espectro de radiofrequência (RF), mas geralmente não são indispensáveis num laboratório de testes doméstico. Um analisador lógico é o único instrumento adicional de que um engenheiro de desenvolvimento que trabalha num projeto embebido necessita, embora esta funcionalidade esteja frequentemente disponível em osciloscópios de sinal misto.
Os engenheiros de uma certa idade adoram utilizar equipamentos de teste e medição com inúmeros mostradores e botões, e alguns dispositivos incluem agora até uma interface intuitiva de ecrã táctil. No entanto, os sistemas sem ecrã, que dependem de aplicações de software para exibição e controlo em vez de uma interface física, estão a ganhar popularidade. Estes tipos de equipamentos de teste baseados em USB, que são geralmente extremamente compactos, incluem osciloscópios USB e outros dispositivos multifunções.
Quais são as funcionalidades que um multímetro digital deve ter?
As especificações técnicas de um dispositivo determinam, geralmente, o seu custo. Por exemplo, um multímetro digital de bancada mede normalmente valores elétricos como volts (CC/CA), amperes (CC/CA) e ohms. Os multímetros digitais modernos podem também medir a capacitância, a continuidade, a frequência e a temperatura, além de possuírem outras funções de medição, o que os torna muito versáteis. A precisão da resolução destes multímetros digitais é geralmente de 2,5, 5,5 ou 6,5 dígitos, indicando o número de dígitos menos significativos e a precisão básica em percentagem. Os multímetros digitais mais caros e com melhor desempenho oferecem frequentemente a medição de tensão True RMS (valor eficaz verdadeiro) em vez de um método de média e podem ter um visor até 7,5 dígitos com uma precisão de resolução de 0,01%.
Uma alternativa mais compacta e prática a um multímetro digital de bancada é um dispositivo portátil que pode ser guardado numa gaveta quando não está a ser utilizado. Embora um multímetro digital de bancada de um laboratório de testes possa oferecer um elevado grau de precisão e resolução, este nível de precisão não é normalmente necessário. Neste caso, um multímetro digital portátil com menor precisão pode ser suficiente para o seu laboratório em casa. No entanto, se precisar de medir corrente e tensão simultaneamente, terá de adquirir dois multímetros digitais.
Quais são as opções disponíveis para um osciloscópio?
Outro equipamento essencial para o seu laboratório em casa é um osciloscópio. Existem dois tipos principais: digital e de sinal misto. Como o nome sugere, os osciloscópios digitais amostram sinais analógicos e digitais, e o seu armazenamento de memória é inteiramente digital. Um osciloscópio de sinal misto, por outro lado, também funciona como analisador lógico.
Ao selecionar um osciloscópio, os critérios principais são a largura de banda, a taxa de amostragem e o número de canais de entrada disponíveis. Embora a gama de tensão de entrada, a resolução e as características de disparo sejam também fatores importantes a considerar, são relativamente secundários. Para um osciloscópio de sinal misto, o número de entradas digitais — normalmente 8, 16 ou 32 — e a capacidade de descodificar uma variedade de protocolos de sinal diferentes, como o RS-232, o I²C e o CAN, são outros parâmetros essenciais. Tal como acontece com a seleção de um multímetro digital, o número de acessórios necessários para o osciloscópio do seu laboratório de testes pode não ser necessário para o seu laboratório em casa, uma vez que não precisará deles na maioria das vezes.
Uma vez que os osciloscópios de bancada convencionais ocupam bastante espaço, considerar uma alternativa baseada em USB pode ser vantajoso. Tal como um multímetro digital, pode ser guardado numa gaveta da secretária após a sua utilização.
Aspetos a considerar ao procurar um gerador/contador de funções
Ao montar um laboratório doméstico, o último equipamento necessário é um gerador de funções/temporizador. Estas unidades multifuncionais geram e medem uma grande variedade de padrões de forma de onda. Os sinais gerados abrangem normalmente uma gama de frequências de algumas centenas de hertz a dezenas de MHz, com formas de onda sinusoidais, quadradas e dente de serra selecionáveis padrão. Para aplicações que exijam padrões de forma de onda personalizados, é necessário um gerador de formas de onda arbitrárias (AWG). Para ambos os tipos de equipamento, os principais critérios de seleção são o número de canais de saída e a gama de frequência/contador dos sinais de entrada. Geralmente, as funções que um contador/temporizador necessita de executar podem ser mínimas. Muitas tarefas de prototipagem e de design em geral podem exigir apenas a geração de uma forma de onda simples para emular a entrada de um sensor num processador. Ou, em conjunto com um osciloscópio, medir o desempenho de um circuito de condicionamento de sinal analógico. Um dispositivo de medição baseado em USB que inclua um osciloscópio digital, um analisador lógico e um gerador de sinais/contador multifuncional é algo a considerar quando se equipa um laboratório doméstico.
Recomendações
Como vimos até agora neste artigo, num laboratório doméstico, o tamanho, a funcionalidade e o preço são fatores essenciais. Um exemplo de um multímetro portátil profissional é a série Extech EX400A.
Multímetros digitais
O EX410A com seleção automática de gama é um excelente exemplo de um multímetro digital portátil de nível profissional. Oferece uma gama de medição CA/CC de 1 mV a 600 V e medição de corrente até 10 A com uma precisão de ±0,5%. Para medições de resistência, o intervalo é de 0,1 Ω a 20 MΩ. Se o seu orçamento permitir um pouco mais, pode considerar o EX430A. Oferece uma precisão ainda maior na medição de tensão, de ±0,3% com True RMS, medição de corrente até 0,1 µA e capacidades adicionais de medição de capacitância (de 0,01 nF a 100 µF) e frequência (de 0,001 Hz a 10 MHz).
Imagem 1: A série Extech 400 de multímetros digitais portáteis de nível profissional (fonte: Extech)
Combinações de osciloscópio e multifunções
O Analog Discovery 2 permite-lhe transportar um laboratório eletrónico completo num dispositivo USB do tamanho de um bolso. Possui 12 dispositivos, incluindo um osciloscópio, um gerador de formas de onda arbitrárias, um analisador de barramento lógico/digital, um analisador de redes e um analisador de espectro. O pacote Digilent Analog Discovery 2 Pro inclui pontas de prova para osciloscópio, pinças Minigrabber e cabos de teste, uma placa adaptadora BNC e um cabo de interface USB.
Imagem 2: O pacote Digilent Analog Discovery 2 Pro (fonte: Digilent)
O Analog Discovery 2 e o seu software gratuito WaveForms permitem medir, visualizar, gerar, gravar e controlar circuitos de sinais mistos. Inclui um osciloscópio (dois canais, 30 MHz, 100M amostras/segundo), um gerador de funções arbitrárias (dois canais, 14 bits, 12 MHz ±5 V), um analisador lógico digital (100M amostras/segundo, 3,3 V, 16 canais) e um gerador de padrões digitais (16 canais). Inclui também duas fontes de alimentação CC programáveis de ±5 V e um voltímetro CA/CC de canal único de ±25 V. A funcionalidade do analisador lógico inclui a descodificação de barramento para protocolos seriais comuns, como SPI, I²C e UART.
O pacote de software WaveForms oferece uma interface virtual para cada dispositivo, permitindo alterar as definições e visualizar os resultados das medições como se estivesse a utilizar um dispositivo de secretária tradicional. Está disponível para Microsoft Windows, Apple Mac OS X e Linux, e suporta também JavaScript, permitindo automatizar medições e análises de dados.
Imagem 3: Exemplo da aplicação WaveForms em funcionamento com um osciloscópio, um gerador de formas de onda e as funções de alimentação (fonte: Digilent)
Digamos que está a trabalhar num projeto embebido e precisa de um analisador lógico mais completo. Neste caso, o Digilent Digital Discovery com um adaptador de alta velocidade e 32 canais oferece uma taxa de amostragem até oito vezes superior à função de analisador do Analog Discovery.
Imagem 4: Interior do 
analisador lógico baseado em FPGA Digilent Digital Discovery (fonte: Digilent)
É compatível com sensores CMOS de 1,2 V a 3,3 V e oferece 8 canais a 800M amostras/s, 16 canais a 400M amostras/s ou 32 canais a 200M amostras/s. Inclui também um gerador de padrões de 16 canais a 100M amostras/s. O software WaveForms também fornece uma função de E/S digital virtual de 16 canais com botões, interruptores e LEDs.
Os dispositivos Digilent Analog Discovery 2 e Digital Discovery, ligados via USB, oferecem um conjunto abrangente de funções num formato compacto de 80 mm × 80 mm × 25 mm, não maior do que um suporte para copos.
Imagem 5: Exemplo de uma captura de ecrã de um sinal VGA feita com o Digilent Discovery (fonte: Digilent)
Uma alternativa de analisador lógico baseado em USB é o DSLogic U3Pro16. Com 16 canais digitais, pode amostrar 8 canais até 1G amostras/s e 16 canais até 500M amostras/s, e suporta os níveis lógicos mais comuns, de 1V a 5V. Ao contrário do dispositivo Digilent Digital Discovery, não inclui um gerador de padrões digitais ou outras funções de E/S programáveis.
Figura 6: Exemplo do analisador lógico DPLogic U3Pro16 em funcionamento utilizando a aplicação DSLogic View. (Fonte: DreamSourceLab)
Vamos começar
Os dispositivos USB compactos e portáteis, como os que são discutidos neste artigo, são uma alternativa viável e acessível às dispendiosas versões de secretária. Isto significa que montar um laboratório em casa não tem de ser caro, e pode guardá-lo na gaveta da sua secretária no final do dia. Para mais informações sobre preços, consulte os links disponibilizados no artigo.
Autor: Mark Patrick, Mouser Electronics
Distribuidor autorizado
