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O osciloscópio e os circuitos ressonantes (INS068)

 

Os circuitos ressonantes são responsáveis pelo funcionamento correto de muitos tipos de aparelhos tais como transmissores, televisores, videocassetes, rádios, etc. Se estes circuitos não forem ajustados corretamente podem ocorrer diversos tipos de problemas que o técnico deve saber como solucionar. O osciloscópio consiste numa ferramenta indispensável na análise dos circuitos ressonantes, principalmente os que devem ter uma resposta de frequência mais complexa. Como funcionam tais circuitos e como usar o osciloscópio na sua análise é o que veremos neste artigo.

 

 

Bobinas e capacitores formam circuitos ressonantes, ou seja, circuitos que respondem a sinais de uma única frequência para a qual são sintonizados. Tudo seria muito simples para o técnico se tais circuitos fossem perfeitos, ou seja, respondessem exatamente à frequência desejada e, além disso, não deixassem passar sinais de qualquer outra frequência. Mas, não é isso o que ocorre na prática.

Um circuito ressonante LC série, por exemplo, que deveria ter uma impedância nula na frequência de ressonância, conforme mostra a figura 1(a), na realidade tem uma curva muito mais "suave" abrangendo uma faixa de frequências, e não uma só, como mostra a mesma figura 1(b).

 

Da mesma forma, um circuito LC paralelo, que deveria ter uma impedância infinita na frequência de ressonância e nula nas demais frequências, conforme mostra a figura 2(a), na realidade deixa passar uma faixa de frequências em torno daquela para a qual é sintonizado, conforme mostra a figura 2(b).

 

O que ocorre é que nem as bobinas são componentes perfeitos, e isso afeta o comportamento ou a seletividade desses circuitos.

Os capacitores, na realidade, se comportam como se tivessem indutâncias e resistências em série que correspondem aos fios que ligam as armaduras e ao próprio formato das armaduras.

Igualmente, os indutores se comportam como se tivessem capacitâncias em paralelo, que correspondem às capacitâncias entre as espiras e também resistências em série que são as resistências dos fios usados na sua confecção.

Isso significa que os circuitos equivalentes aos circuitos ressonantes são um pouco diferentes de simples capacitores e indutores em série ou paralelo. Estes circuitos "equivalentes" são mostrados na figura 3.

 

A presença desses componentes "parasitas" muda a seletividade dos circuitos ressonantes, ou seja, a sua capacidade em responder a uma única frequência.

O que ocorre é que a faixa de atuação se alarga em função da presença dos elementos parasitas. Tecnicamente, dizemos que os circuitos possuem uma seletividade ou "fator Q"(Q de qualidade) que depende da presença desses elementos parasitas.

Minimizando as resistências dos enrolamentos e dos fios de conexão aos capacitores aumentamos o fator Q e com isso a seletividade. Temos então curvas como as mostradas na figura 4 que mostram dois circuitos ressonantes de seletividades diferentes.

 

Num receptor de rádio, onde devemos selecionar frequências numa faixa muito estreita, a necessidade de circuitos de seletividades elevadas é importante. Mas existem aplicações em que precisamos deixar passar sinais numa faixa mais ampla, o que significa que devemos diminuir de propósito a seletividade.

É o caso de um filtro que deixe passar um sinal de vídeo, que tem uma largura de 4,5 MHz a 6 MHz e que portanto não deve ser seletivo. Um resistor em paralelo com este circuito ressonante diminui a seletividade para os valores desejados.

Nos televisores encontramos diversos circuitos com estas características.

Também é importante observar que existem aplicações em que a curva de resposta do circuito não é simétrica, ou seja, além de ser larga a faixa que deve passar, ele deve ter características que façam com que determinadas frequências passem com mais facilidade do que outras.

Isso ocorre com sinais de vídeo em televisores, por exemplo, em que os circuitos devem ser ajustados para que os sinais de determinadas frequências passem encontrando uma resistência bem definida, conforme mostra a figura 5.

 

A intensidade desses sinais vai fixar a fidelidade com que uma imagem pode ser reproduzida num televisor ou gravada num videocassete.

Tudo isso significa que o técnico deve ter meios de visualizar a resposta de circuitos ressonantes deste tipo, muito mais do que simplesmente saber se ele está ou não sintonizado na frequência desejada.

Além do osciloscópio, um outro aparelho bastante importante deve ser usado na análise dos circuitos ressonantes: o gerador de varredura e marcas.

 

O GERADOR DE VARREDURA

Se ligarmos a um circuito ressonante LC paralelo um gerador de sinais e um osciloscópio, conforme mostra a figura 6 o que veremos não vai significar muito para uma avaliação de curva de seletividade.

 

À medida que a frequência for aumentando e for se aproximando do ponto de ressonância o que veremos será simplesmente um aumento do traço vertical que indica a tensão que aparece no circuito. Esta tensão será máxima no ponto de ressonância e depois vai diminuindo gradualmente até se aproximar de zero.

Não corresponde, portanto à uma imagem que gostaríamos de ter para a curva de um circuito deste tipo.

Uma maneira de obtermos esta curva é fazendo com que, na horizontal do osciloscópio, os diversos pontos da curva correspondam às frequências que vamos usar para analisar o circuito ressonante.

Isso é conseguido com um instrumento denominado "gerador de varredura".

Como o nome sugere, este instrumento "varre" uma determinada faixa de frequências com uma certa velocidade, gerando portanto sinais entre dois valores de modo contínuo.

Se ligarmos este aparelho à entrada horizontal do osciloscópio, o eixo horizontal não mais vai significar tempos mas sim frequências.

Por exemplo, se ligarmos este gerador para gerar sinais na faixa de 2 a 5 MHz, a linha horizontal produzida representará frequências desses valores, conforme mostra a figura 7.

 

A vertical continuará representando intensidades.

Uma imagem obtida na análise de um circuito ressonante usando o gerador de varredura e o osciloscópio terá então um aspecto e um significado diferente.

 

 

ANALISANDO OS CIRCUITOS RESSONANTES

Ligando o gerador de varredura ao osciloscópio da maneira indicada, de modo a poder gerar uma varredura horizontal a partir das frequências usadas e usando a saída dessas frequências para excitar um circuito ressonante e a entrada vertical do osciloscópio, a curva obtida na tela será do tipo mostrado na figura 8.

 

 

Quando o sinal varrer a faixa de frequências ajustada, à medida que se aproximar da frequência de ressonância, a tensão no circuito sobe e isso faz com que a curva traçada na tela também suba. Esta curva vai atingir o máximo justamente no ponto de ressonância.

Passando do ponto de ressonância, a curva vai descer até atingir seu mínimo.

O traçado vai corresponder exatamente ao comportamento do circuito, podendo ser visualizada qualquer assimetria ou outro comportamento do circuito que seja interessante.

Num circuito de dupla sintonia, por exemplo, podem existir dois pontos de máximo, com uma curva do tipo apresentado na figura 9.

 

Um recurso importante do gerador de varredura é a possibilidade de gerar marcas em frequências que sejam de interesse maior.

O gerador pode, por exemplo, ser ajustado para gerar uma pequena marca na frequência de ressonância que se deseja, de modo que, ao fazer o ajuste o técnico tenha facilidade em verificar se o ponto de máximo está exatamente na frequência desejada, conforme mostra a figura 10.

No ajuste de filtros usados em televisores em cores, determinadas frequências devem aparecer no circuito com intensidades bem definidas. Assim, para o ajuste de tais circuitos, o gerador de marcas pode ser usado para produzir marcas exatamente nestas frequências, conforme mostra a figura 11.

 

Na verdade, todos os manuais de televisores indicam o modo de se fazer os ajustes de tais circuitos justamente usando o osciloscópio e o gerador de marcas e varredura, o que demonstra a sua importância para o técnico.

 

 

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