O osciloscópio é o instrumento mais importante de toda bancada de eletrônica que necessite de recursos completos para análise de circuitos e componentes. No entanto, ele também é um recurso para demonstrações, experimentações e pesquisa, podendo ser usado em laboratórios de escolas para ensinar muito sobre eletrônica.
Nota: Artigo publicado na revista Eletrônica Total 122 de 2007.
Nota 2: Nesta série de artigos estamos mostrando diversos experimentos que possuem finalidades didáticas e experimentais, usando o osciloscópio. Esses experimentos são de grande utilidade para professores, estudantes e mesmo aos leitores que desejem aprender por conta própria muito sobre componentes e circuitos eletrônicos.
Conforme explicamos no primeiro artigo desta série, com o osciloscópio podemos não apenas visualizar formas de onda de sinais como também analisar qualquer tipo de fenômeno transitório e até levantar curvas características de circuitos e componentes.
Com alguns instrumentos adicionais como uma fonte de alimentação e um gerador de funções, o osciloscópio consiste num poderoso recurso de análise de componentes e circuitos numa bancada. Os experimentos que estamos fornecendo nesta 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 MultiSim, um programa de simulação da National Instruments que, além de possibilitar a elaboração virtual do circuito, também tem instrumentos para sua simulação.
Variação da tensão numa bobina
Com o experimento proposto podemos verificar como uma bobina ou indutor reage às variações rápidas da tensão aplicada em seus terminais.
Para essa finalidade precisamos de um gerador de funções ajustado para produzir um sinal retangular de 1 a 10 kHz, conforme a indutância do indutor usado. A amplitude do sinal pode variar entre 1 e 5 V. O arranjo para o experimento é o mostrado na figura 1.
O osciloscópio será ajustado para operar com o sincronismo interno, visualizando dois ou mais ciclos do sinal sobre o indutor. A forma de onda que deve ser observada é a indicada na figura 2.
O circuito pode ser simulado no MultiSim, obtendo-se a forma de onda apresentada na figura 3.
O indutor de grande valor pode ser o enrolamento primário (ou o secundário) de um pequeno transformador de força de qualquer tensão.
O potenciômetro permite ajustar o melhor ponto de funcionamento do circuito para que a forma de onda desejada seja visualizada. Em um curso técnico ou como trabalho escolar deve ser feito um relatório para explicar a forma de onda observada e como ela se altera com diferentes valores de indutâncias.
Também podem ser feitos cálculos no sentido de obter a indutância do componente que está sendo usado no experimento.
Variação da corrente no indutor
Da mesma forma que visualizamos o modo como a tensão em um indutor varia com a tensão aplicada, também podemos elaborar um experimento que nos mostre a variação da corrente nesse componente.
Conforme ilustra o arranjo da figura 4, usamos um gerador de funções produzindo um sinal retangular com 50% de ciclo ativo entre 1 kHz e 10 kHz, conforme a indutância usada, e com uma amplitude na faixa de 1 a 5 V.
O osciloscópio e o potenciômetro do circuito devem ser ajustados para se obter a imagem exibida na figura 5. A visualização da forma de onda no osciloscópio virtual do MultiSim é mostrada na figura 6.
Da mesma forma que no experimento anterior, se o experimento for realizado como parte de um curso, o aluno deverá usar indutores de valores diferentes e explicar o que ocorre com a forma de onda, fazendo um relatório para essa finalidade. O indutor usado também pode ser o enrolamento primário ou secundário de um pequeno transformador de força.
Defasagem entre corrente e tensão em um indutor
O experimento que descrevemos agora serve para mostrar como a corrente e a tensão se defasa em 90 graus num circuito de corrente alternada em que exista um indutor.
Para essa finalidade, deve ser montado o circuito ilustrado na figura 7.
Nele usamos um gerador de funções ou ainda um pequeno transformador de 6 a 12 V de secundário, caso em que o experimento será feito com uma frequência de 60 Hz da rede de energia.
O gerador de funções deve ser ajustado para produzir um sinal senoidal de 1 kHz a 10 kHz, conforme o valor do indutor, e uma amplitude de 1 a 5 V. Na figura 8 vemos a imagem que deve ser obtida, que nada mais é do que uma Figura de Lissajous para dois sinais de mesma frequência, porém defasados de 90°.
Essa figura é obtida no osciloscópio virtual do MultiSim.
Eventualmente, na realização prática podem ocorrer pequenas deformações da senoide, no caso do transformador especificamente, caso em que não obteremos um círculo perfeito como imagem. Essa deformação também será devida à presença de capacitâncias parasitas no indutor usado no teste.
Para o caso da aplicação do experimento numa escola, deve ser feito também o relatório explicando o que ocorre.
Conclusão
Evidentemente, os três experimentos que envolvem a presença de indutores podem ser realizados numa única aula de laboratório e até mesmo podem ser feitos aperfeiçoamentos no sentido de estudar outras características desses componentes.
Poderemos, por exemplo, associar indutores em série ou em paralelo, observando como eles se comportam no mesmo circuito e até mesmo aplicar sinais de formas de onda diferentes. Certamente, o professor terá imaginação suficiente para desenvolver seu próprio trabalho prático a partir das sugestões dadas neste artigo.
