Resposta de Sensores, Repiques e Oscilações Amortecidas
O mais completo de todos os instrumentos da bancada de eletrônica que necessite de recursos completos para análise de circuitos e componentes é o osciloscópio. No entanto, o osciloscópio também é um recurso para demonstrações, experimentações e pesquisa, podendo ser usado em laboratórios de escolas para ensinar muito sobre eletrônica. Temos no site uma série de artigos, em que estamos mostrando experimentos que possuem finalidades didáticas e experimentais usando o osciloscópio. Esses experimentos são de grande utilidade para professores, estudantes e mesmo os leitores que desejem aprender por conta muito sobre componentes e circuitos eletrônicos.
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Medindo tensões com o osciloscópio (INS018)
Conforme explicamos já no primeiro artigo dessa série, com o osciloscópio podemos não apenas visualizar formas de onda de sinais como analisar qualquer tipo de fenômeno transitório e até levantar curvas características de circuitos e componentes.
Com alguns instrumentos adicionais como fonte de alimentação e gerador de funções, o osciloscópio consiste num poderoso recurso de análise de componentes e circuitos numa bancada. Os experimentos que estamos fornecendo nessa série são uma prova disso.
Os experimentos descritos exigem um osciloscópio de duplo traço de 40 MHz ou mais e são realizados com componentes comuns de fácil obtenção.
Para alguns desses experimentos simulamos o circuito utilizando o osciloscópio virtual do Electronics Workbench, um programa de simulação da National Instruments que, alem de possibilitar a elaboração virtual do circuito, também tem instrumentos para sua simulação.
Observação do Repique de Contactos
Um dos problemas de sensores e mesmo interruptores comuns que usam contactos mecânicos é o repique (bouncing). Entre o instante em que ocorre o acionamento e o instante em que a corrente se estabiliza no circuito ocorrem oscilações mecânicas que fazem com que o sinal oscile.
Essa oscilação pode afetar a leitura de resultados, por exemplo, em lugar de um único pulso, o circuito leitor pode ler vários, e isso é um inconveniente que deve ser eliminado com o uso de circuitos anti-repique.
O arranjo mostrado na figura 1 permite visualizar no osciloscópio o repique um in reed-switch quando acionado de forma regular por imãs presos a um motor.
Usamos dois imãs para possibilitar o balanceamento do dispositivo em que eles são montados. O ajuste do osciloscópio deve ser feito de modo que a freqüência do abrir e fechar do reed-switch possa ser observado no osciloscópio da forma indicada na figura 2.
Veja que para esse experimento precisamos de uma fonte de corrente contínua que deve fornecer de 1 a 5 V de tensão em sua saída. Evidentemente, também podemos usar uma pilha como fonte de tensão para esse experimento.
Uma outra forma de se obter o repique de contactos é com um micro switch no arranjo mostrado na figura 3. Os resultados para a demonstração do repique são os mesmos.
No caso da aplicação do experimento em cursos técnicos pode-se elaborar um relatório para que o repique seja explicado. Também pode-se ir além com o uso de um circuito anti-repique, cuja ação pode ser demonstrada com o mesmo arranjo.
Um exemplo de circuito anti-repique simples usando um monoestável 555 é mostrado na figura 4.
Os componentes RC da rede de tempo do monoestável deve ser dimensionados de acordo com a abertura e fechamento dos contactos do reed switch ou micro switch que está sendo utilizado no experimento.
Velocidade de Resposta de um LDR
Os LDRs não são foto-sensores rápidos e isso pode ser demonstrado facilmente no experimento cujo arranjo é dado na figura 5.
Veja que usamos também um motor, como no experimento anterior, agora para obter pulsos rápidos de luz que incidam no LDR a partir de uma lâmpada, por exemplo.
A forma de onda mostrada na figura 6 nos mostra que demora um bom tempo para a corrente no LDR se estabilizar quando a luz incide e é cortada. Essa inércia pode ser calculada possibilitando assim determinar a freqüência máxima de operação de um LDR num circuito.
A fonte de corrente contínua usada no experimento deve fornecer entre 1 e 12 V e o valor do resistor no circuito pode ficar entre 1 k ohms x 22 k ohms dependendo da intensidade da fonte luminosa usada.
Uma idéia prática para se mostrar a ação de sensores em circuitos é também fazer o mesmo experimento com um sensor mais rápido como um foto-diodo e um foto-transistor.
Oscilações Amortecidas
Quando um circuito RLC recebe um pulso de tensão que o excite ele entra em oscilação. No entanto, devido à presença da resistência ( R ), as oscilações são amortecidas.
O grau de amortecimento depende de R e a freqüência das oscilações de LC. Podemos visualizar esse fenômeno com o circuito mostrado na figura 7.
O gerador d funções é ajustado para produzir pulsos retangulares entre 1 kHz e 10 kHz (dependendo de L) com um ciclo ativo de 5% a 10% e uma amplitude de 1 a 5 Volts.
A imagem é ajustada para se obter a imagem mostrada na figura 6, obtida na simulação com o Electronics Workbench.
Na figura 9 temos diversos graus de amortecimento para o sinal gerado, dependendo do ajuste de P1.
Lembramos que as oscilações amortecidas são muito usadas em instrumentos musicais, pois correspondem a sons conhecidos. O amortecimento rápido resulta em sons "secos" como o de blocos, enquanto que o amortecimento demorado resulta em sons como o do tambor, bumbo, triângulo e bater de taças.
Para freqüências baixas, o experimento pode incluir a presença de um amplificador de áudio para que uma análise auditiva dos efeitos do amortecimento seja feita.
Conclusão
Resposta de sensores, repique e oscilações amortecidas foram o assunto desse terceiro artigo sobre experimentos com o osciloscópio.
Conforme o leitor deve ter percebido, o osciloscópio consiste num excelente recurso para se visualizar fenômenos e assim possibilitar um aprendizado muito maior sobre o modo de funcionamento de componentes e circuito.