1. A maioria dos osciloscópios só consegue medir diretamente a tensão, não a corrente. Qual é uma maneira de medir a corrente CA com um osciloscópio?

Passo 1

O enunciado diz que a maioria dos osciloscópios mede tensão, não corrente, e pergunta uma maneira de medir corrente CA com um osciloscópio. Informações relevantes que temos: o osciloscópio lê uma tensão entre sua entrada e terra; podemos medir tensão diretamente e converter em corrente se soubermos uma relação entre tensão e corrente; existem também sondas de corrente (transformadores ou sensores Hall) que fornecem uma tensão proporcional à corrente. Não vamos resolver ainda — só listei o que o problema pede e os dados úteis.

Passo 2

Ideia básica (método mais simples e comum): inserir um resistor de derivação (shunt) em série com o circuito e medir a tensão sobre esse resistor. A razão física é a lei de Ohm: a corrente que passa pelo resistor cria uma queda de tensão proporcional. A fórmula fundamental é
V = I \cdot R
onde V é a tensão medida no resistor, I é a corrente que passa por ele e R é o valor do resistor. Assim, medindo V com o osciloscópio, obtemos a corrente por
I = \frac{V}{R}.
Explicando cada termo: V (volts) é o sinal que o osciloscópio vê, I (ampères) é o que queremos, e R (ohms) é o resistor que colocamos em série.

Passo 3

Como escolher o resistor R na prática (passo a passo e exemplo): queremos um R pequeno para não alterar muito o circuito, mas grande o suficiente para produzir uma tensão mensurável no osciloscópio.
  1. Determine a corrente máxima esperada em pico I_{p,\max}.
  2. Verifique a tensão máxima que o osciloscópio/entrada tolera, V_{\max} (ex.: 10\\ \mathrm{V} pico).
  3. Escolha R tal que R \le \dfrac{V_{\max}}{I_{p,\max}}.
    Exemplo numérico: se I_{p,\max}=2\\ \mathrm{A} e V_{\max}=10\\ \mathrm{V}, então
R_{\max}=\frac{10}{2}=5\\ \Omega.
Mas normalmente você quer um sinal menor (p.ex. 1\\ \mathrm{V} pico) para boa resolução, então escolheria R=0{,}5\\ \Omega. Com R=0{,}5\\ \Omega e I_p=2\\ \mathrm{A} teremos V_p=I_p R=1\\ \mathrm{V}.

Passo 4

Verificar potência e segurança do shunt: o resistor dissipa potência, então calcule a potência média (para corrente senoidal use RMS). Para senoide com pico I_p,
I_{\text{rms}}=\frac{I_p}{\sqrt{2}}.
A potência dissipada é
P=I_{\text{rms}}^{2}\,R.
No exemplo com I_p=2\\ \mathrm{A} e R=0{,}5\\ \Omega, temos I_{\text{rms}}=2/\sqrt{2}=\sqrt{2}\approx1{,}414\\ \mathrm{A} e
P=(1{,}414)^2\cdot0{,}5\approx2\cdot0{,}5=1\\ \mathrm{W}.
Logo use um resistor com potência nominal maior que esse valor (p.ex. 3 W ou 5 W) para margem de segurança. Também escolha um resistor de baixa indutância se medir frequências altas.

Passo 5

Como conectar o osciloscópio ao shunt sem causar curto por referência à terra: atenção ao fato de que a carcaça do osciloscópio e as pontas comuns geralmente estão à terra. Existem duas opções seguras:
  • Colocar o shunt no lado de baixo (low-side): coloque o resistor entre o terminal negativo da carga e o terra do circuito. Assim a entrada do osciloscópio pode conectar o terminal negativo do shunt ao terra do osciloscópio sem curto. Essa é a forma mais simples e segura em laboratório.
  • Se precisar medir no high-side (entre fonte e carga) ou em um circuito isolado, use uma sonda diferencial ou uma sonda de corrente isolada; nunca conecte uma ponta de prova comum ao ponto de alta potencial sem isolamento, pois isso pode causar curto com a terra do osciloscópio.
    Ao medir, configure o canal do osciloscópio com acoplamento apropriado (AC para remover offset DC se só interessar o componente AC) e ajuste a escala vertical para que a leitura em volts seja convertida para corrente por I=V/R.

Passo 6

Alternativas melhores/mais convenientes: sondas de corrente (clamp / transformador de corrente / sensor Hall).
  • Transformador de corrente (CT) ou sonda de corrente para AC: envolve o condutor e gera uma tensão num resistor de carga proporcional à corrente primária; é isolado galvânicamente e não interrompe o circuito. Muitas sondas vêm com uma sensibilidade conhecida, por exemplo 0{,}1\\ \mathrm{V/A} ou 1\\ \mathrm{V/A}. Se a sonda tem sensibilidade S (volts por ampère), então
I=\frac{V_{\text{medido}}}{S}.
  • Sonda Hall: mede corrente AC e DC, também isolada; fornece saída de tensão proporcional à corrente. Muito prática quando precisa medir componentes DC e AC.
    Essas sondas evitam problemas de referência à terra e são recomendadas para circuito de potência e para medições sem perturbar o circuito.

Passo 7

Dicas práticas finais e como obter grandezas úteis na prova: após medir a tensão V(t) no osciloscópio, converta ponto a ponto para corrente por i(t)=V(t)/R (shunt) ou por i(t)=V(t)/S (sonda). Para senoide, amplitude e RMS se obtêm facilmente: se I_p é amplitude, I_{\text{rms}}=I_p/\sqrt{2}. Se precisar do valor médio de uma onda qualquer, use a função matemática do osciloscópio ou calcule
I_{\text{rms}}=\sqrt{\frac{1}{T}\int_{0}^{T} i^2(t)\,dt}.
Lembre-se sempre de considerar largura de banda do shunt/sonda e limite de tensão do osciloscópio. E relaxa: começar com o shunt no low-side e um resistor bem dimensionado resolve a maioria dos problemas práticos em provas e laboratórios.

Resposta

Colocar um resistor de derivação (shunt) em série com a carga, medir a tensão no shunt com o osciloscópio e converter para corrente por I=V/R.\nAlternativa (mais prática/isolada): usar uma sonda de corrente (transformador/clamp ou sensor Hall) que fornece tensão proporcional à corrente e então usar I=V/S onde S é a sensibilidade da sonda.

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