Formas de Onda e Sinais Eletrônicos: Seno, Quadrado, Triângulo

22 de fevereiro de 2023 0 Comentários Leitura: 12 min

Dentro dos circuitos elétricos e eletrônicos, existem muitos tipos diferentes de formas de onda e sinais que podem ser vistos: ondas senoidais, ondas quadradas, triangulares, dente de serra, rampa e similares.

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As formas de onda eletrônicas e elétricas incluem:

Tipos de forma de onda e fundamentos | Onda senoidal | Ondas quadradas e retangulares | Onda Triangular

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Formas de onda elétricas ou eletrônicas e sinais como ondas senoidais, ondas quadradas, formas de onda triangulares, formas de onda de rampa e similares são vistos de várias maneiras dentro da eletrônica.

As formas de onda são exibidas em osciloscópios e são usadas para ver essas formas de onda para ilustrar as tensões e correntes em circuitos eletrônicos.

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Essas formas de onda podem ter uma variedade de formas, bem como uma variedade de propriedades. Os gráficos das formas de onda não apenas parecem diferentes, mas também podem agir de maneira diferente dentro dos circuitos eletrônicos.

Saber um pouco sobre essas formas de onda pode ajudar a entender os circuitos eletrônicos quando itens de equipamento de teste, como osciloscópios, são usados para exibir as formas de onda em vários pontos.

A onda senoidal é a mais simples de todas as formas de onda eletrônicas, consistindo em uma única frequência e, portanto, ao lidar com exemplos em circuitos e similares, a onda senoidal é frequentemente escolhida.

Formas de onda como ondas quadradas, ondas triangulares e outras contêm harmônicos e isso as torna mais interessantes do ponto de vista musical. Ao analisar formas de onda não senoidais, será visto que as proporções dos diferentes harmônicos mudam e é isso que muda as formas das formas de onda.

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Sumário

O que é uma forma de onda eletrônica

Fala-se muito sobre formas de onda eletrônicas e sinais como ondas senoidais, ondas quadradas e similares. Basicamente, uma forma de onda elétrica ou eletrônica é apenas uma representação visual da tensão ou corrente típica ao longo do tempo.

O eixo x ou eixo horizontal é o valor do tempo, enquanto o eixo y ou eixo vertical é o parâmetro que varia, que normalmente é a tensão ou corrente.

Freqüentemente, a tensão é a mais amplamente vista e exibida em equipamentos de teste, como um osciloscópio, embora a corrente também possa ser plotada.

Os gráficos do osciloscópio tornaram-se muito comuns, por isso é bom se familiarizar com eles para que, quando uma forma de onda for visualizada em um osciloscópio, ela possa ser interpretada e compreendida.

Ao olhar para as formas de onda, existem vários aspectos-chave para uma forma de onda:

Não periódico: Formas de onda não periódicas são aquelas que variam, mas não repetem a forma de onda. Um bom exemplo disso é o ruído verdadeiro porque varia aleatoriamente e não se repete.O ruído visto aqui em um osciloscópio é um bom exemplo de uma forma de onda não periódica porque não se repeteOutro exemplo pode ser um sinal de controle que responde a uma entrada analógica. Ele mudará de estado de acordo com uma entrada aleatória externa, mas não terá um determinado tempo de repetição.
Periódico: Como o nome indica, uma forma de onda periódica tem um período ao longo do qual varia e depois se repete. Estas são algumas das formas de onda que são de maior interesse porque podem ser usadas de várias maneiras. Uma onda senoidal, onda quadrada, rampa, formas de onda triangulares e semelhantes são todas formas de onda periódicas

Outra maneira pela qual as formas de onda podem ser categorizadas é de acordo com se são unidirecionais ou bidirecionais:

Formas de onda unidirecionais: como o nome sugere, a corrente ou tensão para essas formas de onda ou sinais permanece a mesma, embora varie. Nunca cruza a linha zero.
Formas de onda bidirecionais: As formas de onda que são bidirecionais têm corrente ou tensão com ambos os sinais, ou seja, negativo e positivo. As medições ou plotagens dessas formas de onda cortam a linha zero. Em outras palavras, eles alternam de positivo para negativo.

Ao olhar para qualquer forma de onda periódica, existem três características principais que são frequentemente declaradas e medidas, sejam elas ondas senoidais, ondas quadradas, rampas, formas de onda triangulares de qualquer forma de forma de onda eletrônica:

Período: O período de uma forma de onda ou sinal é a duração de um ciclo completo, ou seja, de um ponto na forma de onda até o mesmo ponto quando o ciclo recomeça.O período é medido em segundos, embora obviamente os multiplicadores decimais ou submúltiplos como micro (µs) e pico (ps) se apliquem. Embora lembre-se ao usar fórmulas que esse multiplicador deve ser contabilizado. O tempo periódico é frequentemente denotado pela letra T.Vale a pena lembrar que o tempo periódico para uma onda quadrada ainda é o tempo para um “ciclo” completo, mas geralmente uma largura de pulso, ou seja, a largura de uma parte de uma forma de onda pulsada pode ser medida porque o tempo para a largura de uma pulso pode ser necessário.
Frequência: A frequência de uma forma de onda é o número de vezes que a forma de onda se repete em um segundo. A unidade de frequência costumava ser chamada de ciclos por segundo, c/s, mas agora a unidade recebeu o nome de Hertz em homenagem a Heinrich Hertz, que foi a primeira pessoa a detectar conscientemente ondas eletromagnéticas ou de rádio.Os multiplicadores usuais de kilo, Mega e similares são usados, então 1 kHz é 10 ³ hertz, 1 MHz é 10 ⁶ Hertz, Giga é 10 ⁹ Hertz e assim por diante.
Amplitude: A amplitude de uma forma de onda é sua magnitude e para circuitos e aplicações elétricas ou eletrônicas, normalmente é medida em termos de volts ou amperes.

Frequência e período de tempo

O período de tempo de uma forma de onda ou sinal e sua frequência estão interligados. À medida que o período de tempo para a forma de onda diminui, a frequência aumenta. Isso ocorre porque, à medida que o período de tempo diminui, leva menos tempo para a conclusão de um ciclo e mais ciclos aparecerão em um segundo.

É possível relacionar a frequência e o período de tempo em uma equação.

Da mesma forma, manipulando a equação, podemos ver que:

Onde:
f = frequência em Hz
T = período de tempo de um ciclo em segundos

Como as frequências das formas de onda geralmente sobem para milhares, milhões e centenas de milhões de Hz e além e da mesma forma porque os períodos de tempo das formas de onda caem, os prefixos padrão são usados para denotar frequências mais altas e períodos de tempo menores.

PREFIXO	DEFINIÇÃO	DENOTADO	PERÍODO DE TEMPO
Quilo	10 ³	kHz	1ms
mega	10 ⁶	MHz	1µs
giga	10 ⁹	GHz	1ns
Tera	10 ¹²	THz	1ps

tipos de forma de onda

Existem muitos tipos diferentes de formas de onda que são vistos em circuitos eletrônicos. Cada tipo de forma de onda tem suas próprias características e é visto em lugares diferentes.

Os diferentes tipos de forma de onda ou sinal eletrônico são usados em diferentes áreas. As ondas senoidais são vistas em muitos circuitos de RF, enquanto as ondas quadradas são vistas em muitas aplicações lógicas e rampas, formas de onda dente de serra onde uma tensão ou corrente pode aumentar linearmente até uma determinada tensão antes de redefinir. Cada tipo tem suas próprias características.

• Onda senoidal:

As ondas senoidais (e não as ondas de sinal como foi visto em alguns casos) são sinais que oscilam suavemente em ambos os lados de um valor central – normalmente zero volts.

As ondas senoidais podem ser expressas como o seno do ângulo onde há 360° para cada ciclo ou 2π radianos. A onda senoidal segue a amplitude para qualquer ponto dado pode ser calculada usando V sin(ω.t) onde V é a tensão de pico, ω é a velocidade angular et é o tempo.

Leia mais sobre . . . . ondas senoidais e formas de onda.

• Onda quadrada:

As ondas quadradas alternam entre dois valores. As ondas quadradas têm a mesma quantidade de tempo em cada estado – afinal, são ondas quadradas.

Características importantes de uma forma de onda quadrada, além da amplitude e frequência/período, são os tempos de subida e descida das bordas. Isso pode ser particularmente importante ao conduzir circuitos lógicos.

Leia mais sobre . . . . ondas e formas de onda quadradas, retangulares e pulsadas.

• Forma de onda retangular / trem de pulso:

Uma forma de onda retangular é uma forma de onda quadrada, mas com tempos diferentes dentro dos diferentes estados. Isso faz com que a forma de onda tenha uma forma retangular em vez de uma forma quadrada.

Em alguns casos, a forma de onda pode tender a se tornar mais um trem de pulsos curtos quando o tempo em um estado é muito maior que o outro.

Leia mais sobre . . . . ondas e formas de onda quadradas, retangulares e pulsadas.

• Forma de onda triangular:

Uma forma de onda triangular sobe e depois desce. A forma mais comum de forma de onda triangular sobe e desce na mesma taxa, embora seja possível que as taxas de subida e descida sejam diferentes, se necessário.

Forma de onda de onda triangular — Forma de onda de uma onda triangular

A ascensão e queda são linhas lineares e a transição entre ascensão e queda é quase instantânea.

• Forma de onda dente de serra (rampa):

Uma forma de onda dente de serra ou rampa é aquela que sobe até seu valor final e então cai com uma queda quase vertical. Isso dá uma forma de onda de rampa positiva.

Também é possível ter uma rampa negativa onde o sinal cai lentamente de um máximo para o valor baixo e depois sobe com uma inclinação quase vertical para o valor máximo novamente.

Onda dente de serra ou forma de onda de rampa, ambas as rampas positivas e negativas — Forma de onda de um dente de serra ou onda de rampa

Os sinais de rampa foram amplamente utilizados para televisores analógicos, onde o spot escaneava de um lado da tela para o outro e depois voltava para o início novamente. Uma tensão de rampa foi usada para mover constantemente o ponto pela tela e, em seguida, a queda rápida o retornaria ao início da varredura novamente.

Existem muitas outras formas de onda encontradas em circuitos eletrônicos, mas essas são algumas das mais amplamente utilizadas.

Gerando formas de onda e sinais eletrônicos

Muitas vezes é necessário ser capaz de gerar formas de onda para circuitos eletrônicos. Embora a forma mais amplamente utilizada de gerador tende a ser um oscilador de onda senoidal, outros tipos de geradores estão disponíveis que podem gerar uma série de diferentes tipos de formas de onda.

Forma típica do gerador de função do gerador de sinal

Há uma variedade de tipos diferentes de geradores usados para gerar diferentes formas de onda.

Gerador de forma de onda arbitrária: O gerador de forma de onda arbitrária é um tipo de gerador de sinal que cria formas de onda muito sofisticadas que podem ser especificadas pelo usuário. Essas formas de onda podem ter quase qualquer forma e podem ser inseridas de várias maneiras, estendendo-se até pontos específicos na forma de onda.
Gerador de sinal de áudio: Como o nome indica, este tipo de gerador de sinal é usado para aplicações de áudio. Geradores de sinal como esses percorrem a faixa de áudio, normalmente de cerca de 20 Hz a 20 kHz e mais, e são freqüentemente usados como geradores de onda senoidal. Eles são frequentemente usados em medições de áudio de resposta de frequência e para medições de distorção. Como resultado, eles devem ter uma resposta muito plana e também níveis muito baixos de distorção harmônica.
Gerador de função: O gerador de função é um tipo de gerador de sinal usado para gerar formas de onda repetitivas simples. Normalmente, esse tipo de gerador de sinal produzirá formas de onda ou funções como ondas senoidais, formas de onda dente de serra, formas de onda quadradas e triangulares.Os primeiros geradores de função tendiam a depender de circuitos osciladores analógicos que produziam as formas de onda diretamente. Os geradores de função modernos podem usar técnicas de processamento de sinal digital para gerar as formas de onda digitalmente e depois convertê-las do formato digital para o analógico.
Gerador de pulso: Como o nome sugere, o gerador de pulso é uma forma de gerador de sinal que cria pulsos. Esses geradores de sinal geralmente têm a forma de geradores de pulsos lógicos que podem produzir pulsos com atrasos variáveis e alguns até oferecem tempos de subida e descida variáveis.

Estes são alguns dos principais tipos de gerador de sinal que produzem uma variedade de tipos padrão de forma de onda.

Nota sobre geradores de sinal:

Existem muitos tipos diferentes de gerador de sinal, variando de osciladores de áudio que geralmente produzem apenas ondas senoidais, passando por várias formas de gerador de função, gerador de forma de onda arbitrária e similares que produzem uma variedade de tipos diferentes de forma de onda, até geradores de sinal de RF e geradores de sinais vetoriais que são usados para produzir sinais de RF, geralmente com formas de onda de RF complexas e formatos de modulação.

Freqüentemente, hoje em dia, os osciloscópios podem conter geradores de sinal que podem ser usados em conjunto com as medições do osciloscópio ou sozinhos. Normalmente, o gerador de função ou gerador de forma de onda arbitrária tenderá a corresponder ao desempenho do osciloscópio. Isso será particularmente em termos de cobertura de frequência do gerador de sinal.

Os vários tipos de forma de onda ou sinal são vistos em muitos lugares dentro dos circuitos eletrônicos. Em termos de visualização, eles serão frequentemente vistos exibidos em osciloscópios e ter uma compreensão dos diferentes tipos de forma de onda permitirá uma melhor compreensão do circuito a ser obtido.

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