Este tutorial mostrará como usar um multímetro digital (DMM), uma ferramenta indispensável que você pode usar para diagnosticar circuitos, aprender sobre os projetos eletrônicos de outras pessoas e até testar uma bateria. Daí o nome ‘multímetro’ (medições múltiplas). As coisas mais básicas que medimos são tensão e corrente. Um multímetro também é ótimo para algumas verificações básicas de sanidade e solução de problemas. O seu circuito não está funcionando? O interruptor funciona? Coloque um medidor nele.
O multímetro é sua primeira defesa ao solucionar problemas de um sistema. Neste tutorial, abordaremos a medição de tensão, corrente, resistência e continuidade. Lembrando que usaremos o multímetro SparkFun VC830L em todo o tutorial, mas esses métodos devem ser aplicados à maioria dos multímetros.
Partes de um multímetro
Um multímetro possui três partes Exibição, Botão de seleção e Portas. A tela geralmente possui quatro dígitos e a capacidade de exibir um sinal negativo. Alguns multímetros possuem visores iluminados para melhor visualização em situações de pouca luz. O botão de seleção permite que o usuário configure o multímetro para ler coisas diferentes, como miliamperes (mA) de corrente, tensão (V) e resistência (Ω).
Duas sondas estão conectadas em duas das portas na parte frontal da unidade. COM significa comum e quase sempre está conectado ao terra ou negativo de um circuito. A sonda COM é convencionalmente preta, mas não há diferença entre a sonda vermelha e a sonda preta além da cor. 10A é a porta especial usada ao medir grandes correntes (maiores que 200mA). mAVΩ é a porta à qual a sonda vermelha está convencionalmente conectada. Essa porta permite a medição de corrente (até 200mA), tensão (V) e resistência (Ω). As sondas têm um conector tipo banana na extremidade que se conecta ao multímetro. Qualquer sonda com um plugue banana funcionará com este medidor. Isso permite diferentes tipos de sondas a serem usadas.
Tipos de Sonda
Existem muitos tipos diferentes de sondas disponíveis para multímetros. Abaixo estão alguns exemplos.
Clipes de jacaré: Estes são ótimos cabos para conectar fios grandes ou pinos em uma placa de ensaio. É bom para realizar testes de longo prazo, nos quais você não precisa segurar as sondas no lugar enquanto manipula um circuito.
Gancho de CI: ganchos de CI funcionam bem em CIs menores e seus terminais.
Pinças: as pinças são úteis se você precisar testar componentes SMD.
Medindo tensão
Para começar, vamos medir a tensão em uma bateria AA, conecte a sonda preta no COM e a sonda vermelha no mAVΩ. Defina o multímetro para “2V” na faixa CC (corrente contínua). Quase todos os eletrônicos portáteis usam corrente contínua, não corrente alternada. Conecte a sonda preta ao terra da bateria ou ‘-‘ e a sonda vermelha à energia ou ‘+’. Aperte as sondas com um pouco de pressão contra os terminais positivo e negativo da bateria AA. Se você tiver uma bateria nova, deverá ver cerca de 1,5V no visor, esta bateria é nova em folha, portanto, sua voltagem é um pouco maior que 1,5V.
Se estiver medindo a tensão CC, como uma bateria ou um sensor conectado a um Arduino, você deseja definir o botão onde o V tem uma linha reta. A tensão CA, como a que sai da parede, pode ser perigosa, por isso raramente precisamos usar a configuração de tensão CA, o V com uma linha ondulada ao lado. Se você estiver mexendo com AC, recomendamos que você compre um testador sem contato em vez de usar um multímetro digital. Use o V com uma linha reta para medir a tensão CC.
Use o V com uma linha ondulada para medir a tensão CA.
O que acontece se você trocar as sondas vermelha e preta? A leitura no multímetro é simplesmente negativa. Nada de ruim acontece. O multímetro mede a tensão em relação à sonda comum. Quanta voltagem existe no ‘+’ da bateria em comparação com o pino comum ou o negativo? 1.5V. Se mudarmos as sondas, definiremos ‘+’ como o ponto comum ou zero. Quanta voltagem existe no ‘-‘ da bateria em comparação com o nosso novo zero? -1,5V.
Circuito simples
Agora vamos construir um circuito simples para demonstrar como medir a tensão em um cenário do mundo real. O circuito é simplesmente um LED super brilhante de 1kΩ e azul, alimentado por uma fonte de alimentação. Para começar, verifique se o circuito em que você está trabalhando está ligado corretamente. Se o seu projeto estiver em 5V, mas for menor que 4,5V ou maior que 5,5V, isso rapidamente indicará que algo está errado e talvez você precise verificar suas conexões de energia ou a fiação do seu circuito.
Coloque o botão na posição “20V” na faixa CC, a faixa de tensão CC possui um V com uma linha reta ao lado. Os multímetros geralmente não são de faixa automática. Você precisa definir o multímetro para um intervalo que ele possa medir. Por exemplo, 2V mede tensões de até 2 volts e 20V mede tensões de até 20 volts. Portanto, se você estiver medindo uma bateria de 12V, use a configuração 20V. Sistema 5V? Use a configuração de 20V. Se você o configurar incorretamente, provavelmente verá a tela do medidor mudar e, em seguida, lerá ‘1’.
Análise Nodal
Também podemos testar diferentes partes do circuito. Essa prática é chamada de análise nodal e é um componente básico da análise de circuitos. Medindo a tensão no circuito, podemos ver quanta tensão cada componente requer. Vamos medir o circuito inteiro primeiro. Medindo de onde a tensão está indo para o resistor e, em seguida, onde o terra está no LED, devemos ver a tensão total do circuito, que deve estar em torno de 5V.
Podemos então ver quanta tensão o LED está usando. Isso é chamado de queda de tensão no LED. Se isso não faz sentido agora, não tema. O importante a se tirar é que diferentes partes de um circuito podem ser medidas para analisar o circuito como um todo.
Sobrecarga
O que acontece se você selecionar uma configuração de voltagem muito baixa para a voltagem que está tentando medir? Nada de ruim. O medidor simplesmente exibirá o número um (1) na tela. Este é o medidor que está tentando dizer que está sobrecarregado ou fora da faixa. Tudo o que você está tentando ler é demais para essa configuração específica. Tente alterar o botão do multímetro para a próxima configuração mais alta.
Botão de seleção
Por que o botão do medidor lê 20V e não 10V? Se você deseja medir uma tensão menor que 20V, você passa para a configuração de 20V. Isso permitirá que você leia de 2,00 a 19,99. O primeiro dígito em muitos multímetros só pode exibir um ‘1’, portanto os intervalos são limitados a 1 9,99 em vez de 9 9,99. Portanto, a faixa máxima de 20V em vez da faixa máxima de 99V.
Medindo resistência
Resistores normais possuem códigos de cores. Se você não sabe o que eles significam, tudo bem, existem muitas calculadoras online fáceis de usar. No entanto, se você se encontrar sem acesso à Internet, um multímetro é muito útil para medir a resistência. Escolha um resistor aleatório e ajuste o multímetro para a configuração de 20kΩ. Em seguida, segure as pontas de prova contra os terminais do resistor com a mesma pressão que você pressiona uma tecla do teclado.
O medidor lerá uma das três coisas, 0,00, 1 ou o valor real do resistor. Nesse caso, o medidor indica 0,97, o que significa que esse resistor tem um valor de 970Ω ou cerca de 1kΩ, lembre-se de que você está no modo 20kΩ ou 20.000 Ohm, portanto, é necessário mover as casas decimais para a direita. Se o multímetro lê 1 ou exibe OL, está sobrecarregado. Você terá de tentar um modo mais elevado, como 200kΩ ou 2MΩ (megaohm). Não há mal se isso acontecer, significa simplesmente que o botão de alcance precisa ser ajustado. Se o multímetro indicar 0,00 ou quase zero, será necessário abaixar o modo para 2kΩ ou 200Ω.
Lembre-se da tolerância dos resistores
Lembre-se de que muitos resistores têm uma tolerância de 5%. Isso significa que os códigos de cores podem indicar 10.000 Ohms (10kΩ), mas devido a discrepâncias no processo de fabricação, um resistor de 10kΩ pode ser tão baixo quanto 9,5kΩ ou tão alto quanto 10,5kΩ. Não se preocupe, ele funcionará muito bem como um resistor pull-up ou geral. Vamos baixar o medidor para a próxima configuração mais baixa, 2KΩ. O que acontece?
Nem tudo mudou. Como esse resistor (1KΩ) é menor que 2KΩ, ele ainda aparece no visor. No entanto, você notará que há mais um dígito após o ponto decimal, fornecendo uma resolução um pouco mais alta em nossa leitura. E a próxima configuração mais baixa?
Agora, como 1kΩ é maior que 200Ω, atingimos o limite máximo do medidor, e isso indica que ele está sobrecarregado e que você precisa tentar uma configuração de valor mais alto. Como regra geral, é raro ver um resistor menor que 1 Ohm. Lembre-se de que medir a resistência não é perfeita. A temperatura pode afetar muito a leitura. Além disso, medir a resistência de um dispositivo enquanto ele está fisicamente instalado em um circuito pode ser muito complicado. Os componentes circundantes em uma placa de circuito podem afetar bastante a leitura.
Medindo corrente
A leitura de corrente é uma das leituras mais complicadas e perspicazes do mundo da eletrônica embarcada. É complicado porque você precisa medir a corrente em série. Onde a tensão é medida cutucando VCC e GND (em paralelo), para medir a corrente, é necessário interromper fisicamente o fluxo de corrente e colocar o medidor em linha. Para demonstrar isso, usaremos o mesmo circuito que usamos na seção de medição de tensão.
A primeira coisa que precisamos é de um pedaço extra de fio. Como mencionado, precisaremos interromper fisicamente o circuito para medir a corrente. Dito de outra maneira, retire o fio do VCC que está indo para o resistor, adicione um fio no local em que esse fio estava conectado. Isso efetivamente “quebra” a energia do circuito. Em seguida, inserimos o multímetro em linha para que ele possa medir a corrente à medida que “flui” através do multímetro para a protoboard.
Ao medir corrente, geralmente é bom observar o que o sistema faz ao longo do tempo, por alguns segundos ou minutos. Embora você possa ficar parado e segurar as sondas no sistema, às vezes é mais fácil liberar suas mãos. Essas sondas jacaré podem ser úteis.
Após conectar o multímetro
Com o multímetro conectado, agora podemos ajustar o mostrador para a configuração adequada e medir alguma corrente. Medir a corrente funciona da mesma forma que tensão e resistência, você precisa obter a faixa correta. Defina o multímetro para 200mA e trabalhe a partir daí. O consumo atual de muitos projetos de placa de ensaio geralmente é inferior a 200mA. Verifique se a sonda vermelha está conectada à porta de 200mA.
No nosso multímetro, a porta de 200mA é a mesma porta da leitura de tensão e resistência, que é rotulada como mAVΩ. Isso significa que você pode manter a sonda vermelha na mesma porta para medir corrente, tensão ou resistência. No entanto, se você suspeitar que seu circuito esteja usando perto ou mais de 200mA, mude o seletor para o lado 10A, apenas para garantir a segurança. Sobrecarregar a corrente pode resultar em um fusível queimado, em vez de apenas uma exibição de sobrecarga.
Perceba que o multímetro está agindo como um pedaço de fio, agora você completou o circuito e o circuito será ligado. Isso é importante porque, à medida que o tempo passa, o LED, o microcontrolador, o sensor ou qualquer outro dispositivo medido pode alterar seu consumo de energia, como acender um LED pode resultar em um aumento de 20mA por um segundo e depois diminuir por um segundo quando ele acender. No visor do multímetro, você deve ver a leitura instantânea da corrente.
Observações
Todos os multímetros fazem leituras ao longo do tempo e fornecem a média, portanto, espere que a leitura flutue. Em geral, medidores mais baratos terão uma média mais severa e responderão mais lentamente. Semelhante às outras medições, ao medir corrente, a cor das sondas não importa. O que acontece se trocarmos as sondas? Nada de ruim acontece. Simplesmente faz com que a leitura atual se torne negativa.
A corrente ainda está fluindo pelo sistema, você acabou de mudar sua perspectiva e agora o medidor lê negativo. Lembre-se quando terminar de usar o medidor, sempre retorne o medidor para ler a tensão, retorne as sondas para a porta de tensão, configure o medidor para ler a faixa de tensão CC, se necessário.
É comum pegar um medidor e começar a medir rapidamente a tensão entre dois pinos. Se você deixou o medidor no modo ‘atual’, não verá a tensão no visor. Em vez disso, você verá ‘0,000’ indicando que não há corrente entre VCC e GND. Dentro dessa fração de segundo, você conectará o VCC ao GND através do seu medidor e o fusível de 200mA queimará, o que não é bom. Medir a corrente pode ser complicado nas duas primeiras vezes. Não se preocupe se você queimar o fusível, já aconteceu comigo. Mostraremos como substituir o fusível, caso isso aconteça com você.
Continuidade
Teste de continuidade é o ato de testar a resistência entre dois pontos. Se houver resistência muito baixa, os dois pontos serão conectados eletricamente e um tom será emitido. Se houver mais de alguns segundos de resistência, o circuito estará aberto e nenhum tom será emitido. Este teste ajuda a garantir que as conexões sejam feitas corretamente entre dois pontos.
Este teste também nos ajuda a detectar se dois pontos estão conectados que não deveriam estar. A continuidade é possivelmente a função mais importante para os gurus de hardware incorporado. Esse recurso nos permite testar a condutividade dos materiais e rastrear onde as conexões elétricas foram feitas ou não. Coloque o multímetro no modo ‘Continuidade’. Pode variar entre os DMMs, mas procure um símbolo de diodo com ondas de propagação ao redor, como o som vindo de um alto-falante.
Agora encoste uma sonda a outra. O multímetro deve emitir um tom, vale observar que nem todos os multímetros têm uma configuração de continuidade, mas a maioria deve. Isso mostra que uma quantidade muito pequena de corrente é permitida fluir sem resistência, ou pelo menos uma resistência muito pequena entre as sondas.
Nas protoboards
Em uma protoboard que não é alimentada, use as sondas para cutucar dois pinos de terra separados. Você deve ouvir um tom indicando que eles estão conectados. Coloque as pontas de prova do pino VCC em um microcontrolador para o VCC em sua fonte de alimentação. Ele deve emitir um tom indicando que a energia é livre para fluir do pino do VCC para o micro. Se ele não emitir um tom, você poderá começar a seguir a rota que o traço de cobre segue e saber se há quebras na linha, fio, protoboard ou placa de circuito impresso. A continuidade é uma ótima maneira de testar se dois pinos SMD estão conectados. Se seus olhos não conseguem vê-lo, o multímetro geralmente é um excelente recurso de segundo teste. Quando um sistema não está funcionando, a continuidade é mais uma coisa para ajudar a solucionar problemas do sistema.
Siga as Etapas
• Se o sistema estiver ligado, verifique cuidadosamente VCC e GND com a configuração de tensão para garantir que a tensão esteja no nível correto. Se o sistema de 5V estiver funcionando a 4,2V, verifique cuidadosamente seu regulador, pode estar muito quente, indicando que o sistema está consumindo muita corrente.
• Desligue o sistema e verifique a continuidade entre o VCC e o GND. Se houver continuidade, se você ouvir um sinal sonoro, há um curto em algum lugar.
• Desligue o sistema. Com continuidade, verifique se o VCC e o GND estão conectados corretamente aos pinos no microcontrolador e em outros dispositivos. O sistema pode estar sendo inicializado, mas os CIs individuais podem estar conectados incorretamente.
• Supondo que você possa colocar o microcontrolador em funcionamento, deixar o multímetro de lado e seguir para a depuração serial ou usar um analisador lógico para inspecionar os sinais digitais.
Durante a solução de problemas normal, você estará buscando a continuidade entre o terra e o trilho VCC. Verifique antes de ligar um protótipo para garantir que não haja um curto no sistema de energia. Mas não se surpreenda se você ouvir um breve “bipe!” ao sondar. Isso ocorre porque geralmente há quantidades significativas de capacitância no sistema de energia. O multímetro está procurando uma resistência muito baixa para ver se dois pontos estão conectados. Os capacitores agem como um curto por uma fração de segundo até encherem de energia e, em seguida, agem como uma conexão aberta. Portanto, você ouvirá um bipe curto e depois mais nada.
Trocando o fusível do multímetro
Um dos erros mais comuns em um novo multímetro é medir a corrente em uma protoboard, sondando de VCC a GND. Isso reduzirá imediatamente a energia ao aterrar através do multímetro, causando o apagamento da fonte de alimentação da protoboard. À medida que a corrente percorre o multímetro, o fusível interno esquenta e depois queima. Isso acontecerá em uma fração de segundo e sem nenhuma indicação audível ou física real de que algo está errado.
E agora? Bem, primeiro, lembre-se de que a medição da corrente é feita em série, interrompa a linha VCC na placa de ensaio ou no microcontrolador para medir a corrente. Se você tentar medir a corrente com um fusível queimado, provavelmente notará que o medidor indica ‘0,00’ e que o sistema não liga como deveria quando você conecta o multímetro. Isso ocorre porque o fusível interno está queimado e atua como um fio quebrado ou aberto. Não se preocupe, isso acontece o tempo todo principalmente quem está iniciando. Para trocar o fusível, encontre sua minúscula chave de fenda e comece a retirar os parafusos. O DMF da SparkFun é bastante fácil de abrir. Comece removendo a placa da bateria e a bateria.
Em seguida, remova os dois parafusos escondidos atrás da placa da bateria.
Levante a face do multímetro levemente. Agora observe os ganchos na borda inferior da face. Você precisará deslizar para o lado com um pouco de força para soltar esses ganchos.
Uma vez que o gancho está desengatado, ele deve sair facilmente. Agora você pode ver dentro do multímetro.
Levante cuidadosamente o fusível e ele se soltará.
Substitua o fusível correto pelo tipo correto
Certifique-se de substituir o fusível correto pelo tipo correto. Em outras palavras, substitua o fusível de 200mA por um fusível de 200mA. Os componentes e as trilhas da PCB dentro do multímetro são projetadas para receber diferentes quantidades de corrente. Você possivelmente danificará o multímetro se acidentalmente medir 5A pela porta 200mA. Há momentos em que você precisa medir dispositivos de alta corrente, como um motor, por exemplo. Você vê os dois lugares para colocar a sonda vermelha na frente do multímetro? 10A à esquerda e mAVΩ à direita?
Se você tentar medir mais de 200mA na porta mAVΩ, corre o risco de queimar o fusível. Mas se você usar a porta 10A para medir a corrente, corre um risco muito menor de queimar o fusível. O trade-off é a sensibilidade. Como falamos acima, usando a configuração da porta e do botão 10A, você poderá ler apenas 0,01A ou 10mA. A maioria dos meus sistemas usam mais de 10mA, portanto a configuração e a porta 10A funcionam bem o suficiente. Se você está tentando medir uma potência muito baixa, micro ou nano, a porta 200mA com 2mA, 200uA ou 20uA pode ser o que você precisa.
Lembre-se, se o seu sistema tem o potencial para usar mais de 100mA você deve começar com a sonda vermelha conectado na porta 10A e o seletor também, conforme a imagem acima.
Multímetros digitais inferiores
Com multímetros digitais inferiores, as medidas que você provavelmente fará serão apenas leituras de problemas, e não resultados experimentais científicos. Se você realmente precisar ver como o CI usa corrente ou tensão ao longo do tempo, use uma Agilent ou outra unidade de bancada de alta qualidade. Essas unidades têm maior precisão e oferecem uma ampla gama de funções sofisticadas. Bunnie Huang, designer de hardware por trás da Chumby, usa leituras atuais de alta precisão para solucionar problemas nas placas durante os procedimentos finais de teste de um Chumby.
Observando o consumo atual de diferentes placas que falharam, por exemplo, uma determinada placa com falha 210mA acima do normal, ele conseguiu identificar o que havia de errado com a placa, quando a RAM falha, geralmente usa 210mA acima do normal. Ao identificar o que pode estar potencialmente errado, o retrabalho e o reparo das placas ficam muito mais fáceis.
O que faz um bom multímetro?
Todo mundo tem sua preferência, mas em geral os multímetros que têm continuidade são os preferidos. Qualquer outro recurso é apenas cereja no topo do bolo.
Existem multímetros sofisticados com faixa automática, o que significa que eles alteram automaticamente sua faixa interna para tentar encontrar a voltagem, resistência ou corrente correta daquilo em que você está mexendo. O alcance automático pode ser muito útil se você souber usá-lo. De um modo geral, os multímetros de faixa automática são de alta qualidade e geralmente possuem mais recursos. Portanto, se alguém lhe der um multímetro com alcance automático, use-o! Apenas saiba como colocá-lo no modo manual. A tensão ou corrente de um circuito pode flutuar rapidamente. Em alguns sistemas, a corrente ou a tensão são tão esporádicas que o alcance automático não consegue acompanhar de maneira sensata.
Um LCD retro iluminado é sofisticado, mas quando foi a última vez que você mediu seu circuito no escuro? Geralmente, evitamos florestas e situações assustadoras que exigem que testemos coisas no meio da noite, mas algumas pessoas podem querer ou precisar de um multímetro compatível com as trevas.
E quanto as sondas?
Sondas decentes são uma vantagem. Já vimos fios sair completamente das sondas, e é sempre no momento em que você precisa que as sondas funcionem. Se você quebrar uma sonda, eles são razoavelmente baratos para substituir. O desligamento automático é um ótimo recurso que raramente é visto em multímetros mais baratos. Esse é um recurso que pode beneficiar usuários iniciantes e avançados, pois é fácil esquecer de desligar o medidor às 2 da manhã. O multímetro digital SparkFun que utilizamos nesse tutorial, não possui esse recurso, mas felizmente o medidor é de baixa potência. Deixamos o multímetro por dois dias seguidos antes de a bateria de 9V começar a ficar fraca. Dito isto, não se esqueça de desligar o medidor.
Agora você está pronto para usar seu multímetro digital para começar a medir o mundo ao seu redor. Portanto, sinta-se livre para começar a usá-lo. Por exemplo, acredito que meu LED esteja recebendo 20mA, é mesmo? Quantos volts tem um limão? Um copo de água é condutor? Posso usar papel alumínio para substituir esses fios? Certamente, um multímetro digital responderá a essas e muitas outras perguntas sobre eletrônica.
Conclusão
Em resumo, agora que você conhece o básico de como usar um multímetro digital, não deixe de conferir os nossos tutoriais e projetos para usar sua nova habilidade. Caso haja dúvida ou sugestão quanto a este tutorial, por favor, não hesite em deixar um comentário.
