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Análise de um cabo paralelo com o osciloscópio - Uso do Osciloscópio no Laboratório da Escola - 4 (INS391)

Não resta nenhuma dúvida de que o osciloscópio é uma das mais poderosas ferramentas de ensino nas escolas técnicas e mesmo nas escolas de nível médio (STEM). Com sua ajuda podemos programar diversos experimentos de física, eletricidade, e mesmo de outras ciências e agora de uma forma mais completa se acrescentarmos a isso tudo aplicativos disponíveis para celulares. Neste artigo damos um exemplo, de experimento que pode ser realizado com a ajuda de um osciloscópio, em especial, os modelos InfiniiVision série 2000X e 3000X da Keysight.

Cabos paralelos (linhas de 300 Ω) ou mesmo cabos trançados usados em telefonia e internet possuem características que devem ser bem conhecidas de quem os usa.

Assim, um experimento que permita visualizar estas características é de grande importância nos cursos de telecomunicação e mesmo de física mais avançados.

Com o experimento que descrevemos, é possível visualizar o comportamento de um cabo de sinal no osciloscópio, com a possibilidade de se analisar suas características.

 

Análise do Experimento

Quando uma corrente circula através de um condutor é criado um campo magnético e também um campo elétrico que podem ter influência em corpos que estejam nas proximidades.

No caso de um cabo paralelo ou trançado, a existência de dois meios que conduzem correntes elétricas faz com que os campos criados tenham uma forte interação que influi na própria propagação do sinal e também nas características apresentadas.

Essas características são de vital importância tanto para o dimensionamento do circuito que transmite os sinais como para o circuito que deve receber esses sinais.

Assim, deve-se levar em conta que os sinais que se propagam através dos condutores deste cabo possuem velocidade finita e, além disso, estão sujeitos à reflexões nas extremidades.

Deve-se ainda considerar a existência de perdas, já que o meio condutor não é perfeito.

Em suma, longe de permitir a propagação ideal do sinal, um cabo paralelo ou trançado apresenta características que afetam seu desempenho e que devem ser levadas em conta em qualquer projeto.

O amortecimento ou atenuação que o sinal sofre ao se propagar por um cabo pode então ser visualizado através do experimento que propomos.

Montando então o circuito da figura 1, teremos a possibilidade de visualizar o que ocorre com um sinal retangular que se propaga através do cabo.

 

Figura 1
Figura 1

 

A amplitude do sinal deve ser ajustada em 10 V com uma frequência entre 100 kHz e 200 kHz (ciclo ativo de 50%). O cabo usado no teste pode ser de 100 metros de comprimento com 100 a 300 Ω.

Pode ser usado comprimento menor se a frequência for maior, o que é possível com os osciloscópios da Keysight. Com 1 MHz, por exemplo, pode-se usar apenas 10 metros de cabo.

Observe que é usada a base de tempo externa do osciloscópio, disparada pelo sinal do gerador de funções.

Com os ajustes feitos, deve-se ter uma imagem escalonada como a mostrada na figura 1.

A diferença entre os degraus da escada visualizada no osciloscópio é devido ao amortecimento. À medida que os sinais vão sendo amortecidos os sinais vão se tornando mais estreitos.

Com o ajuste de R2 é possível ter o sinal completo visualizado, porque não ocorrem mais reflexões, tornando possível o cálculo da impedância.

O professor deve pedir aos alunos que, com base na altura do degraus ao longo da escada calculem as perdas no cabo analisado.

 

Osciloscópios InfiniiVision da Série 2000X
Osciloscópios InfiniiVision da Série 2000X

 

 

 

Osciloscópios InfiniiVision da Série 3000X
Osciloscópios InfiniiVision da Série 3000X

 

 

 

 

 

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