Traçador de Curvas (INS573)

O Osciloscópio é o mais útil de todos Os instrumentos avançados

de bancada não havendo limite para suas aplicações, principalmente

quando se pode contar com instrumental adicional de apoio. Neste caso, incluímos O gerador de funções e O gerador de sinais. No artigo presente, vamos descrever uma das aplicações mais avançadas do Osciloscópio comum, que pode ser de grande utilidade para todos Os profissionais de Eletrônica.

TRAÇADOR DE CURVAS

As características de diversos dispositivos semicondutores como diodos, transistores, etc. são dadas por curvas que levam em consideração as correntes que circulam sob determinadas condições de polarização.

A interpretação das características de um componente pelas suas curvas é um assunto que todo profissional de Eletrônica deve conhecer.

No entanto, o que muitos talvez não saibam, é que estas curvas, normalmente apresentadas na forma de gráficos em manuais técnicos e folhas

de dados, não são simplesmente resultados de cálculos teóricos

Ou levantadas com experimentação ponto a ponto.

Estas curvas podem ser visualizadas com certa facilidade utilizando-se um Osciloscópio e alguns circuitos adicionais, o que permite usar esse instrumento em mais uma útil aplicação.

De fato, podemos empregar o Osciloscópio para visualizar a curva característica de um componente ou mesmo uma família de curvas, e é justamente isso que vamos abordar neste artigo, ensinando como fazer.

INTERPRETANDO AS CURVAS

As características elétricas de um componente eletrônico, qualquer que seja ele, podem ser representadas na forma de um gráfico onde plotamos a corrente que circula nesse componente em função da tensão aplicada.

Assim, por exemplo, para o caso mais simples que é o de um resistor, a

corrente circulante é diretamente proporcional à tensão aplicada, resultando na curva característica deste componente que é mostrada na figura 1.

Fig. 1 - Curva característica de um resistor.

Outros componentes, tais como um diodo semicondutor uma lâmpada incandescente, não possuem uma característica linear, resultando em curvas características parecidas à mostrada na figura 2.

Fig. 2 - Curva característica de uma lâmpada incandescente.

Essas curvas nada mais revelam além do que acontece com a corrente circulante no componente, quando a tensão aplicada varia.

Se levarmos em conta que vamos aplicar sinais nesses componentes, ou seja, tensões que variam, saber o que ocorre é fundamental em um qualquer projeto.

VISUALIZANDO AS CURVAS

Como visualizar essas curvas num Osciloscópio?

Vamos partir inicialmente pelo conhecimento do modo como a imagem é formada na tela de um Osciloscópio, o que é ilustrado na figura 3.

Quando a tensão aplicada às placas de deflexão horizontal varia linearmente (uma tensão dente-de-serra), o feixe de elétrons corre da esquerda para a direita traçando uma linha reta.

Figura 3 – A deflexão horizontal do osciloscópio

Se, ao mesmo tempo aplicarmos nas placas de deflexão vertical um sinal com uma forma de onda qualquer, como mostra a figura 4, o feixe de elétrons vai subir e descer ao mesmo tempo em que se move para a direita acompanhando esse sinal e com isso desenhando na tela sua forma de onda.

Figura 4 – A deflexão vertical

Iniciemos agora pelo caso mais simples, que é justamente o de um resistor.

Para isso precisamos de um circuito que gere um sinal dente-de-serra e, evidentemente, de um osciloscópio, tudo isso ligado da forma mostrada na figura 5.

Figura 5 – Visualizando uma curva característica

Quando o gerador de sinais dente-de-serra aplica uma tensão variável no resistor, a corrente no resistor e, portanto, no resistor de referência R aumenta linearmente.

Ora, o sinal dente-de-serra controla o movimento horizontal do feixe de elétrons, pois é ligado na entrada de deflexão horizontal externa (H IN).

Por outro lado, a entrada de deflexão vertical (V IN) é ligada no resistor de referência de modo que a corrente no resistor passa a controlar o movimento

para cima e para baixo do feixe de elétrons.

O resultado está claro: o feixe vai se movimentar traçando uma linha reta inclinada.

Essa linha será tanto mais inclinada quando maior for a corrente no resistor, ou seja, dependerá da resistência do resistor.

Se, em lugar de um resistor usarmos outro tipo de componente como, por exemplo, um diodo, poderemos partir do mesmo circuito conforme ilustra a figura 6.

Figura 6 – A curva característica de um diodo

Quando a tensão no diodo parte de zero, inicialmente a corrente sobe muito pouco, pois o diodo só começará conduzir com aproximadamente 0,6 V (silício), o que significa que a curva traçada para a direita inicialmente sobe muito pouco, uma vez que ela depende justamente da corrente no resistor de referência.

Entretanto, quando a tensão ultrapassar os 0,6 V, o diodo conduzirá intensamente tanto mais quanto maior for a corrente, fazendo com que a corrente suba e com isso o feixe de elétrons seja deflexionado fortemente para cima.

O resultado obtido é a curva mostrada na figura 7.

Figura 7 – A curva visualizada para um diodo

Veja que na parte do sinal dente-de-serra em que ele e negativo e que, portanto, o diodo encontra-se polarizado no sentido inverso, não há corrente e a reta se mantém praticamente horizontal.

Na figura 8 apresentamos o que seria visualizado se o componente fosse um diodo zener.

Figura 8 – Curva para um diodo zener

No momento em que a polarização inversa atinge a "tensão zener", o componente conduz intensamente fazendo com que apareça no resistor uma tensão negativa que deflexiona fortemente o feixe de elétrons para baixo.

FAMÍLIA DE CURVAS

Em alguns casos, todavia, o comportamento de um componente não depende apenas de uma tensão variável que lhe seja aplicada, mas também de outros fatores que podem mudar como, por exemplo, a polarização.

Isso ocorre com os transistores onde a corrente de coletor não é apenas função da tensão entre coletor e emissor, mas também da corrente de base.

Assim, é comum que os manuais destes componentes expressem as características através de famílias de curvas em que temos as variações das correntes de coletor em função da tensão entre coletor e emissor para diversas correntes de base.

Na figura 9 mostramos essas famílias de curvas para um transistor bipolar comum.

Figura 9 – Família de curvas

Veja, então, que cada uma das curvas é obtida quando variamos a tensão entre coletor e emissor, mantendo fixa a corrente de base num determinado valor.

Essas famílias de curvas são muito importantes nos projetos, pois permitem fixar a corrente de polarização de base para a amplificação correta dos sinais ou mesmo verificar o que acontece com o sinal de saída em função de um sinal aplicado no emissor, quando trabalhamos na configuração de base comum.

USANDO OSCILOSCÓPlO

O osciloscópio permite visualizar essas famílias de curvas, mas para isso não podemos agora contar apenas com uma fonte de sinal dente-de-serra, conforme veremos a seguir.

Assim, o que fazemos no caso do transistor e' empregar dois geradores

(normalmente um sincronizado pelo outro) que gerem ao mesmo tempo o

sinal dente-de-serra (que corresponde à variação principal da tensão) e um sinal em escada que irá servir para a polarização.

Observando o esquema da figura 10, cada ciclo do sinal dente-de-serra deverá ter a duração exata de um degrau da escada" que polariza o componente.

Figura 10 – Visualizando curvas de um transistor

Isso significa que, durante o ciclo completo da escada, o movimento do feixe de elétrons na tela do osciloscópio irá traçar tantas curvas quanto sejam os degraus, cada uma para cada corrente de polarização correspondente.

Em princípio, poderemos usar instrumentos comuns do laboratório de eletrônica para traçar as curvas de um transistor, conforme mostra a figura 11.

Figura 11 – Montagem para transistores de uso geral

Com a configuração desenhada, é possível levantar a curva característica de qualquer componente.

MONTAGEM

Outra possibilidade consiste em montar circuitos próprios que, em conjunto com o Osciloscópio, possam ser usados para o levantamento de curvas características de componentes.

Um circuito, relativamente simples de implementar, é o indicado na figura 12.

Figura 12 – Circuito de um traçador de curvas

Esse circuito gera um sinal dente-de-serra com excursão para tensões positivas e negativas empregando componentes comuns.

Nele, o circuito integrado 555 gera o sinal de sincronismo para um oscilador dente-de-serra (relaxação), feito com dois transistores complementares (Q2 e Q3).

A frequência do circuito é ajustada em P1.

O componente em teste é ligado em série com o gerador e a saída ao osciloscópio é feita aplicando-se os sinais¡ tanto na entrada vertical (Y) como horizontal (X), desligando-se o sincronismo interno.

O baixo consumo do circuito possibilita sua alimentação com pilhas comuns e dependendo da aplicação podem ser alteradas as freqüências do circuito com modificação dos valores dos capacitores C1 e C4.

A montagem pode ser realizada em uma matriz de contato ou numa pequena placa de circuito impresso.

Embora na ilustração tenhamos mostrado um transistor como o elemento do qual se deseja visualizara família de curvas, este mesmo aparelho poderá ser usado com qualquer outro componente de dois terminais, os quais deverão ser ligados entre C e E.

Para usar este traçador, basta ajustar os ganhos dos amplificadores vertical e horizontal do osciloscópio para que a imagem traçada fique dentro dos limites da tela e ainda ajustar P1 para um melhor desempenho.