Usos para o osciloscópio (INS062)

Escrito por Newton C Braga

 

As aplicações comuns do osciloscópio como a visualização de formas de onda e medida de frequência pelas figuras de Lissajous são bem conhecidas de todos os praticantes da eletrônica. No entanto, o osciloscópio pode fazer muito mais coisas do que isso e numa quantidade que permite dizer que se trata de um dos mais completos de todos os instrumentos com que podemos contar na bancada. Neste artigo focalizamos alguns usos incomuns para o osciloscópio que os leitores devem conhecer.

 

a) Verificação da Presença de Campos Magnéticos

Problemas de blindagens em componentes como transformadores, indutores e mesmo motores podem causar problemas de interferências e roncos nos equipamentos eletrônicos.

A detecção dos campos de baixas frequências gerados por estes componentes pode ser feita de forma relativamente simples com a utilização de um osciloscópio conforme mostra a figura 1.

 

A bobina tanto pode ser o enrolamento primário de um velho transformador de alimentação que tenha sido desmontado de modo a ficar núcleo, 300 a 600 espiras de fio fino (30 a 34 AWG) num pequeno bastão de ferrite ou mesmo uma bobina captadora telefônica do tipo "maricota" usada para transferir sinais do telefone para um amplificador, conforme mostra a figura 2.

 

O que se faz é aproximar a bobina do componente suspeito com o osciloscópio ajustado para se visualizar sinais numa faixa de frequências em torno dos 60 Hz. A sensibilidade deve ser máxima e o cabo até o osciloscópio deve ser blindado.

Antes de aproximar a bobina do componente suspeito ajuste o osciloscópio de modo a certificar-se de que nenhuma sinal está sendo previamente captado da rede de energia local ou de algum outro local. Para uma bobina com muitas espiras a sensibilidade eventualmente deve ser reduzida a alguns milivolts por divisão.

Lembre-se que a captação com máxima intensidade ocorre com as linhas de força cortando as bobinas perpendicularmente e que a mínima captação com as linhas paralelas. Assim, movimentando-se a bobina e observando-se a imagem projetada no osciloscópio é possível determinar a orientação do campo produzido pelo componente, conforme mostra a figura 3.

 

Para sanar o problema de campos em equipamentos sensíveis como por exemplo equipamentos de áudio têm-se duas soluções: a melhoria da blindagem do componente utilizando alumínio (que é uma substância diamagnética) ou ainda a mudança da posição do componente de modo que suas linhas de campo não mais atuem sobre os pontos sensíveis do circuito.

 

 

FORMA DE ONDA DO SOM DE UM INSTRUMENTO MUSICAL

Esta é uma aplicação em especial dirigida às escolas, resultando numa bonita experiência do curso de física (acústica).

Ligando-se um microfone diretamente à entrada do osciloscópio, conforme mostra a figura 4, é possível observar as formas de onda dos sons emitidos por instrumentos musicais e até pela voz humana.

 

O osciloscópio deve ser ajustado para se observar de uma forma apropriada sinais na faixa de uns 20 Hz até 20 000 Hz e com amplitude na faixa de microvolts ou milivolts dependendo do microfone usado.

Se o microfone usado for pouco sensível tanto pode ser usado um amplificador de áudio comum substituindo-se o alto-falante na saída por um resistor de carga (100 ohms x 2 W, por exemplo) como pode ser usado um pré-amplificador como o mostrado na figura 5.

 

Com o circuito da figura 5 até mesmo um pequeno alto-falante pode ser usado como microfone para o experimento.

Além de mostrar que os sons emitidos por instrumentos ou correspondentes à voz humana não possuem uma for de onda senoidal perfeita ou mesmo uma frequência fixa, caracterizando isso seu timbre o professor pode utilizar um diapasão para mostrar como seria a forma de onda de um som puro (senoidal).

 

 

MEDIDA DA VELOCIDADE DO SOM

Esta também é uma experiência bastante interessante recomendada aos cursos técnicos ou mesmo escolas de segundo grau.

Com a ajuda de um gerador de sinais, um amplificador de áudio, um microfone e um alto-falante é possível medir a velocidade do som no ar com boa precisão.

O osciloscópio deve ser de duplo traço para que a forma de onda do sinal emitido pelo alto-falante possa ser observada, ao mesmo tempo que a forma de onda do sinal captado pelo microfone conforme mostra a figura 6.

 

O que se faz é ajustar o gerador de sinais para uma frequência de 100 Hz (senoidal) que deve ser emitida pelo alto-falante. Ajusta-se o volume do amplificador para que o som obtido tenha intensidade suficiente para ser captado pelo microfone.

O microfone, colocado a uma distância da ordem de 50 cm é ligado ao outro canal do osciloscópio de modo a possibilitar-se a visualização de sua forma de onda.

Evidentemente, como o sinal que vai pelo percurso alto-falante/microfone demora mais tempo para chegar ao osciloscópio sua imagem aparece defasada.

O defasamento pode ser medido e através dele calculada a velocidade de propagação do som no ar.

Por exemplo, para uma defasagem de 45 graus em 100 Hz temos um tempo que corresponde 1,25 ms.

Se o microfone está separado de meio metro do alto-falante basta dividir a distância pelo tempo para se obter a velocidade:

V = 0,5/1,25 x 10-3

V = 0,4 x 1000

V = 400 m/s

Na prática o leitor deve obter valores em torno de 340 m/s.

 

INÉRCIA DE UM LDR

Os LDRs não são dispositivos rápidos na sua respostas a pulsos de luz de curta duração. No entanto, esta característica de velocidade de resposta nem sempre é acessível o que leva a necessidade de se fazer sua medida.

O experimento mostrado na figura 7 permite determinar a "inércia" de um LDR (foto-resistor) e portanto a máxima frequência de luz modulada que ele pode responder.

 

O que se faz é iluminar o LDR por uma lâmpada comum tendo entre os dois um disco perfurado acionado por um motor.

A velocidade do motor e o número de furos do disco dão a frequência de excitação do LDR. Basta usar a seguinte fórmula para saber esta frequência:

 

f =nR/60

 

Onde: f é a frequência em hertz

n é o número de furos do disco

R é a velocidade de rotação do motor em rpm (rotações por minuto)

Se for possível controlar a velocidade de rotação motor o experimento se torna mais preciso.

As curvas de respostas do LDR mostradas na figura 8 mostram até que frequência ele pode acompanhar os pulsos de luz obtendo-se a intensidade máxima do sinal.

 

MEDINDO A VELOCIDADE DE UM MOTOR

Com o experimento mostrado na figura 9 é possível medir a velocidade de rotação de um motor.

 

O que se faz é comparar a frequência dos sinais produzidos por um oscilador de referência com a frequência dos pulsos de luz acionados por um disco perfurado acoplado ao motor.

Ajusta-se então o gerador de sinais até que a forma de onda projetada no osciloscópio corresponda a uma frequência de 1 para 1 (uma elípse aproximadamente).

A partir desta figura temos a rotação calculada pela fórmula:

 

rpm = 60 x f x n

 

Onde: rpm é o número de rotações por minuto do motor

f é a frequência do gerador na qual se obtém a imagem indicada (em Hz)

n é o número de furos do disco acoplado ao eixo do motor.

 

Para velocidades de rotação muito altas (acima de 1000 rpm) os LDRs comuns usados como sensores podem não ser suficientemente rápidos para a obtenção de bons resultados.

Neste caso será conveniente usar como sensor um foto-transistor ou ainda um foto-diodo.

 

OBSERVAÇÃO: Todos os experimentos descritos podem ser realizados com osciloscópios comuns (em alguns casos até de simples traço) com frequência de 10 MHz ou mais.