Circuito Diferenciador – Visualizando a Taxa de Variação

PEÇAS E MATERIAIS

• Duas baterias de 6 V
• Capacitor de 0,1 µF (Radio Shack catálogo #272-135)
• Resistor de 1 MΩ
• Potenciômetro linear de volta única, 5 kΩ (Radio Shack catálogo #271-1714)

Embora qualquer potenciômetro linear funcione, uma unidade de resistência menor tende a fornecer resposta mais limpa. Na prática, usei um potenciômetro de 10 kΩ com excelentes resultados.

REFERÊNCIAS CRUZADAS

Lessons In Electric Circuits, Volume 1, capítulo 13: "Capacitores"

OBJETIVOS DE APRENDIZADO

• Construir um circuito diferenciador básico.
• Obter entendimento prático da derivada como taxa de variação.

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRAÇÃO

INSTRUÇÕES

Usando o esquemático, conecte o potenciômetro de forma que seu cursor atue como fonte de tensão de entrada. Meça a tensão entre o cursor e o terminal negativo da bateria inferior de 6 V — esta é sua entrada. A entrada varrerá suavemente de 0 V a 12 V conforme o potenciômetro gira por toda sua faixa.

Em seguida, conecte um voltímetro digital no resistor de 1 MΩ. Ajuste o medidor para uma faixa de milivolts para máxima sensibilidade. Quando o potenciômetro é mantido estável, o medidor deve ler zero (ou um offset insignificante). Gire lentamente o potenciômetro no sentido horário e observe a subida de tensão; depois gire no sentido anti-horário e observe a queda de tensão. O sinal da tensão mudará com a direção do movimento, confirmando que o circuito produz a derivada temporal do sinal de entrada.

Tente ajustar o potenciômetro para que o medidor leia uma tensão pequena e estável. As leituras mais estáveis ocorrem quando o potenciômetro é movido a uma taxa constante — isso produz uma tensão de entrada linear e uma derivada constante.

Este experimenta demonstra o conceito central do cálculo de diferenciação: a tensão de saída do circuito é diretamente proporcional à taxa de variação instantânea da tensão de entrada. Como o circuito realiza uma operação matemática em tempo real, ele funciona como um computador analógico simples. Diferenciadores mais sofisticados usam amplificadores operacionais e redes RC para melhorar precisão e largura de banda; para estudo adicional, veja o capítulo "Circuitos Integrados Analógicos" neste volume.

PLANILHAS RELACIONADAS

• Planilha de Circuitos Integradores e Diferenciadores Passivos