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O conceito de resolução vertical, na medição de sinais analógicos com um osciloscópio digital, começa com a utilização de um ADC (conversor analógico-digital) para transformar o sinal analógico recebido pela sonda em um sinal digital. A resolução do chip de conversão analógico-digital do ADC determina diretamente a precisão de amostragem na direção vertical do osciloscópio. Por exemplo, se o ADC for de 8 bits, então o sinal na direção vertical pode ser dividido em 00000000 a 11111111, totalizando 2 elevado à 8ª potência, ou seja, 256 segmentos. A resolução vertical do conversor de modulo é a mesma que a resolução vertical do osciloscópio digital; ela indica o grau de precisão com que o osciloscópio converte a tensão de entrada em valores digitais. O que determina a resolução vertical exibida pelo osciloscópio digital? Em ordem de prioridade, da maior para a menor: 1. Resolução do ADC de entrada; 2. Resolução da tela de display: ela determina quanto do sinal processado pode ser exibido. Por exemplo, embora o ADC possa exibir 256 níveis na direção vertical, a resolução da tela pode ser de apenas 240 pixels nessa direção. Assim, alguns desses pontos são combinados em um único pixel para ser exibido. 3. Algoritmo de interpolação: Nos osciloscópios reais, os pontos de pixel exibidos nem sempre são gerados por amostragem real; alguns deles são pontos virtuais calculados por meio de algoritmos de interpolação. Um bom algoritmo de interpolação faz com que a diferença entre os pontos interpolados e os pontos reais seja pequena. Precisão vertical: quando usamos o mesmo osciloscópio para medir o mesmo sinal em diferentes níveis verticais, os resultados das medições costumam ser diferentes. Por exemplo, ao medirmos um sinal de onda quadrada de 2V, quando a escala vertical indica 2V, o valor de amplitude medido pode ser de 1,960V. https://pic1.zhimg.com/80/v2-c2ca68a39b3dc49b0d846b2499e4c084_720w.jpg Quando a posição vertical é de 500 mV, a amplitude medida é de 1,980 V. https://pic2.zhimg.com/80/v2-4fb1606003ba7c3657366ad7718f6989_720w.jpg Por que isso acontece? Por se tratar de uma questão relacionada à resolução vertical, suponhamos que, quando o valor vertical seja de 500 mV/div, haja 10 divisões na direção vertical do osciloscópio. Nesse caso, a resolução vertical é determinada pela resolução do ADC, ou seja: (500 mV * 10) / 256 = 19,531 mV. Isso significa que o ADC não consegue distinguir sinais de tensão menores que 19,531 mV. Ao medir o mesmo sinal, com uma escala vertical de 2V/div, o ADC consegue distinguir sinais de até (2000mV*10)/256 = 78,125mV. Sinais com valores menores que esse não podem ser medidos. Ou seja, todos os instrumentos de medição digital possuem um erro de quantização na coleta de dados. Quanto maior for o número de bits do ADC, menor será o erro de quantização. No entanto, esse erro só pode ser reduzido indefinidamente, mas não eliminado completamente. Portanto, ao medirmos as formas de onda, tentamos fazer com que elas ocupem toda a tela do osciloscópio. O objetivo é aumentar a precisão vertical, tornando assim os resultados das medições mais precisos. https://pic1.zhimg.com/80/v2-ee2f37c4fc842d5f21b600c24f94753c_720w.jpg A resolução pode ser melhorada alterando o algoritmo. Quanto maior o número de bits do ADC em um osciloscópio digital, maior será a resolução vertical. Essa resolução é determinada pelo hardware e, uma vez definida, não pode ser alterada. Mas a resolução formada pelos dígitos significativos de todo o sistema do osciloscópio é diferente da anterior, e podemos aumentar a resolução por meio de software. https://pic2.zhimg.com/80/v2-9f6926ed3b6a2580a91e9f60a2a2d3fd_720w.jpg Atualmente, o método mais comum utilizado pela maioria dos osciloscópios para aumentar a resolução após a amostragem pelo ADC é a utilização da técnica de “mediação”. https://pic4.zhimg.com/80/v2-9d71cf8afabbe680a900c9c0e22722d7_720w.jpg No modo de amostragem média, pode-se definir primeiro um número de iterações N. Em seguida, o osciloscópio alinha as N formas de onda coletadas de acordo com a posição de disparo e realiza uma operação de média sobre elas, resultando em uma única forma de onda média. https://pic1.zhimg.com/80/v2-bad51e62c119a27c28699819256d313c_720w.jpg Esse método de amostragem reduz o ruído aleatório sem perder largura de banda. Assim, a resolução do sistema de osciloscópio aumenta. No entanto, o modo médio leva mais tempo para responder às mudanças nas formas de onda. Isso significa que a velocidade do osciloscópio é sacrificada em troca de uma maior resolução. Além disso, devido à sua maneira especial de processamento, ele só pode ser utilizado com sinais de onda periódicos. Em resumo, a resolução na direção vertical da tela do osciloscópio é, por si só, limitada. Além disso, ao medir sinais de alta frequência, a amplitude obtida não é precisa; no limite de frequência, pode haver até 30% de erro. Além disso, uma resolução vertical excessiva aumenta o tempo de conversão analógico-digitais, o que afeta a taxa de amostragem e, consequentemente, a largura de banda. Isso acaba sendo mais prejudicial do que benéfico. A resolução vertical de um osciloscópio comum é de 8 bits, enquanto os osciloscópios de alta resolução alcançam 12 bits. Se a precisão do circuito analógico do próprio osciloscópio não for melhorada, não faz sentido buscar apenas uma maior resolução no ADC. Se for necessária precisão na medição da tensão, deve-se usar um multímetro. A função principal de um osciloscópio é observar a forma da onda; sua precisão geralmente fica dentro de 2%, o que é suficiente para a grande maioria das aplicações.