O osciloscópio tem uma importância extrema em qualquer bancada de trabalhos eletrônicos. No entanto, na maioria das escolas técnicas e de Engenharia, dado o tempo restrito de que se dispõe, a quantidade de experimentos realizados com esse instrumento não é das maiores. Além de limitar bastante a capacidade do aluno em utilizá-lo, muitos usos importantes desse instrumento deixam de ser vistos. Em uma série de artigos, daremos diversos experimentos com o osciloscópio que podem ser empregados para implementar cursos técnicos, assim como para que o próprio leitor que tenha acesso a esse instrumento, se familiarize com seu potencial de uso.
Nota: Artigo publicado na revista Eletrônica Total 121 de 2007
Análise de sons
Em sala de aula, ou mesmo em demonstrações, pode ser muito interessante visualizar e analisar a forma de onda de sons emitidos por diversas fontes, como:
• Voz humana;
• Instrumentos musicais;
• Objetos excitados;
• Diapasão. Isso pode ser conseguido com o simples arranjo ilustrado na figura 1.
Basta ligar na entrada vertical (Y) do osciloscópio um microfone comum (uma cápsula piezoelétrica, por exemplo) e ajustar a sensibilidade para obter uma imagem conforme mostra a figura 2.
Para isso, também precisamos ajustar a base de tempo de acordo com a frequência do som produzido.
Produzindo diante do microfone diversos tipos de som, é possível comparar suas formas de onda e frequências, o que possibilita também explicar outros conceitos importantes como timbre, comprimento de onda etc. Se o leitor tiver disponível um gerador de sinais (funções) e um bom amplificador, poderá gerar sons de diversas frequências, alcançando inclusive o espectro ultrassônico, observe a figura 3, e assim demonstrar a existência de sons que não podemos ouvir.
Nesse experimento, colocando a mão entre a fonte sonora e o microfone, pode-se mostrar que os sons podem sofrer a influência de obstáculos.
Variação natural da tensão sobre um capacitor
Quando aplicamos uma tensão quadrada em um capacitor, através de um resistor, ocorre a carga e descarga desse capacitor com o aparecimento de uma forma de onda que retrata a variação natural da tensão nesse componente, veja a figura 4.
É possível visualizar essa forma de onda com um osciloscópio e também um gerador de funções que possa gerar sinais retangulares com 50% de ciclo ativo (quadrados) numa frequência de 1 kHz.
Na figura 5 temos o circuito que deve ser montado para essa finalidade, usando poucos componentes (comuns).
Ajusta-se a amplitude do sinal do gerador de funções para aproximadamente 1 V e o osciloscópio para visualizar o sinal.
Veja que podemos usar capacitores de valores diferentes, na faixa de 47 nF a 470 nF, para observar como a forma de onda se altera e até determinar a constante de tempo do circuito.
O osciloscópio deve estar com a varredura interna acionada e apenas um dos canais é utilizado.
Defasagem entre corrente e tensão em um capacitor
Esse experimento permite mostrar a defasagem de 90 graus entre a corrente e a tensão em um capacitor num circuito de corrente alternada.
Para essa finalidade, montamos a configuração da figura 6, com o gerador de sinais ajustado para produzir um sinal senoidal de 1 kHz.
Pode-se inclusive usar um transformador com 12 V de secundário, situação em que se trabalha com uma frequência de 60 Hz. Nesse caso, os ajustes para visualizar o sinal eventualmente precisarão se alterados.
O canal X (horizontal) deve ser colocado para sincronismo EXT e os amplificadores X e Y devem ser ajustados para se obter uma circunferência, observe a figura 7.
Alterando a intensidade do sinal aplicado ao circuito, atuando sobre o gerador, observa-se que a forma da imagem continua a mesma, mudando somente o seu tamanho. O que temos nesse caso é a produção de uma figura de Lissajous para dois sinais defasados de mesma frequência e mesmo amplitude.
Repare que eventuais deformações da circunferência vão justamente indicar deformações do sinal senoidal gerado. Na figura 8 temos a simulação desse experimento feita no Electronics Workbench (EWB), um programa da National lnstruments.
Sensor capacitivo
Com o experimento descrito a seguir podemos demonstrar o princípio de funcionamento dos sensores capacitivos de níveis de líquidos.
O sensor é composto por duas placas de metal de 20 cm x 20 cm a 30 cm x 30 cm separadas de uma distância de aproximadamente 2 cm, formando assim um capacitor. Essas placas serão instaladas dentro de uma cuba de vidro.
O gerador de sinais é ajustado para produzir uma frequência de 10 kHz. Isso significa que, em conjunto com o resistor, temos uma rede RC que trabalhará com o sinal do gerador, formando a imagem mostrada na figura abaixo.
O osciloscópio é ajustado para operar com o sincronismo EXT. Coloca-se, então, o ganho de modo que apareça na tela um traço vertical que possa ser medido.
Enchendo gradualmente a cuba de vidro com um líquido isolante (óleo, acetona, etc.), anota-se a variação da amplitude do sinal, ou seja, o comprimento do traço de modo a obter uma indicação do nível.
Podemos explicar a variação da capacitância com o nível do líquido em vista de sua constante dielétrica ser diferente da constante dielétrica do ar. Por exemplo, para um líquido que tenha uma constante dielétrica elevada, à medida que seu nível sobe, a capacitância aumenta, e com isso a amplitude do sinal visualizado no osciloscópio se altera.
Conclusão
Os experimentos que descrevemos são bastante simples, podendo até servir para o ensino de Física nos cursos do nível médio.
Evidentemente, se a escola que aplicar esses experimentos dispuser de vários osciloscópios, poderá programar atividades complementares como o preenchimento de relatórios, realização de cálculos etc.
No segundo artigo desta série, voltaremos com novos experimentos usando o osciloscópio.
