Acoplamento de sinal

PEÇAS E MATERIAIS

• bateria de 6 volts
• Um capacitor, 0,22 µF (catálogo Radio Shack # 272-1070 ou equivalente)
• Um capacitor, 0,047 µF (catálogo Radio Shack # 272-134 ou equivalente)
• Motor pequeno de "hobby", tipo de ímã permanente (catálogo Radio Shack # 273-223 ou equivalente)
• Detector de áudio com fones de ouvido
• Comprimento do cabo de telefone, vários metros de comprimento (catálogo Radio Shack nº 278-872)

O cabo de telefone também está disponível em lojas de ferragens. Qualquer cabo multicondutor não blindado será suficiente para este experimento. Cabos com condutores finos (o cabo telefônico normalmente tem calibre 24) produzem um efeito mais pronunciado.



REFERÊNCIAS CRUZADAS

Aulas de circuitos elétricos , Volume 2, capítulo 7:“Sinais CA de Frequência Mista”

Aulas de circuitos elétricos , Volume 2, capítulo 8:“Filtros”



OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

• Para aprender como “acoplar” sinais AC e bloquear sinais DC a um instrumento de medição
• Para saber como o acoplamento parasita acontece em cabos
• Para determinar técnicas para minimizar o acoplamento entre cabos

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO







ILUSTRAÇÃO







INSTRUÇÕES

Conecte o motor à bateria usando dois dos quatro condutores do cabo de telefone. O motor deve funcionar conforme o esperado. Agora, conecte o detector de sinal de áudio nos terminais do motor, com o capacitor de 0,047 µF em série, como este:







Você deve ser capaz de ouvir um “zumbido” ou “zumbido” nos fones de ouvido, representando a tensão de “ruído” CA produzida pelo motor conforme as escovas fazem e interrompem o contato com as barras rotativas do comutador.

O objetivo do capacitor em série é atuar como um filtro passa-alta para que o detector receba apenas a tensão CA através dos terminais do motor, não qualquer tensão CC. É exatamente assim que os osciloscópios fornecem um recurso de “acoplamento CA” para medir o conteúdo CA de um sinal sem qualquer tensão de polarização CC:um capacitor é conectado em série com uma ponta de prova.

Idealmente, não se esperaria nada além de tensão DC pura nos terminais do motor, porque o motor está conectado diretamente em paralelo com a bateria. Uma vez que os terminais do motor são eletricamente comuns com os respectivos terminais da bateria, e a natureza da bateria é manter uma tensão DC constante, nada além da tensão DC deve aparecer nos terminais do motor, certo?

Bem, por causa da resistência interna da bateria e ao longo dos comprimentos do condutor, os pulsos de corrente puxados pelo motor produzem "quedas" de tensão oscilante nos terminais do motor, causando o "ruído" CA ouvido pelo detector:







Use o detector de áudio para medir a tensão de “ruído” diretamente na bateria. Uma vez que o ruído CA é produzido neste circuito por quedas de tensão pulsantes ao longo das resistências parasitas, quanto menos resistência medimos, menos tensão de ruído devemos detectar:







Você também pode medir a queda de tensão de ruído ao longo de qualquer um dos condutores do cabo telefônico que fornecem energia ao motor, conectando o detector de áudio entre as duas extremidades de um único condutor de cabo. O ruído detectado aqui se origina de pulsos de corrente através da resistência do fio:







Agora que estabelecemos como o ruído CA é criado e distribuído neste circuito, vamos explorar como ele é acoplado a fios adjacentes no cabo. Use o detector de áudio para medir a tensão entre um dos terminais do motor e um dos fios não usados ​​no cabo do telefone. O capacitor de 0,047 µF não é necessário neste exercício, porque não há tensão CC entre esses pontos para o detector detectar de qualquer maneira:







A tensão de ruído detectada aqui é devido à capacitância parasita entre os condutores de cabo adjacentes, criando um “caminho” de corrente CA entre os fios. Lembre-se de que nenhuma corrente realmente passa por uma capacitância, mas a ação alternada de carga e descarga de uma capacitância, seja intencional ou não intencional, fornece alternância atual uma espécie de caminho.

Se tentássemos conduzir um sinal de tensão entre um dos fios não usados ​​e um ponto comum com o motor, esse sinal ficaria contaminado com a tensão de ruído do motor. Isso pode ser bastante prejudicial, dependendo de quanto ruído foi acoplado entre os dois circuitos e de quão sensível um circuito era ao ruído do outro.

Como o fenômeno de acoplamento primário neste circuito é capacitivo por natureza, as tensões de ruído de frequência mais alta são mais fortemente acopladas do que as tensões de ruído de frequência mais baixa.

Se o sinal adicional fosse um sinal DC, sem AC esperado nele, poderíamos mitigar o problema de ruído acoplado "desacoplando" o ruído AC com um capacitor relativamente grande conectado através dos condutores do sinal DC. Use o capacitor de 0,22 µF para esta finalidade, conforme mostrado:







O capacitor de desacoplamento atua como um curto-circuito prático para qualquer tensão de ruído CA, enquanto não afeta os sinais de tensão CC entre esses dois pontos. Contanto que o valor do capacitor de desacoplamento seja significativamente maior do que a capacitância de "acoplamento" dispersa entre os condutores do cabo, a tensão de ruído CA será mantida em um mínimo.

Outra maneira de minimizar o ruído acoplado em um cabo é evitar que dois circuitos compartilhem um condutor comum. Para ilustrar, conecte o detector de áudio entre os dois fios não utilizados e ouça um sinal de ruído:







Deve haver muito menos ruído detectado entre quaisquer dois dos condutores não usados ​​do que entre um condutor não usado e um usado no circuito do motor. A razão para esta redução drástica no ruído é que a capacitância parasita entre os condutores do cabo tende a acoplar o mesmo tensão de ruído para ambos dos condutores não utilizados em proporções aproximadamente iguais.

Assim, ao medir a tensão entre esses dois condutores, o detector apenas “vê” a diferença entre dois sinais de ruído aproximadamente idênticos.