- 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
onde
é a tensão medida no resistor,
é a corrente que passa por ele e
é o valor do resistor. Assim, medindo
com o osciloscópio, obtemos a corrente por
Explicando cada termo:
(volts) é o sinal que o osciloscópio vê,
(ampères) é o que queremos, e
(ohms) é o resistor que colocamos em série.
Passo 3
Como escolher o resistor
na prática (passo a passo e exemplo): queremos um
pequeno para não alterar muito o circuito, mas grande o suficiente para produzir uma tensão mensurável no osciloscópio.
- Determine a corrente máxima esperada em pico
. - Verifique a tensão máxima que o osciloscópio/entrada tolera,
(ex.: pico). - Escolha
tal que .
Exemplo numérico: see , então
Mas normalmente você quer um sinal menor (p.ex.
pico) para boa resolução, então escolheria
. Com
e
teremos
.
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
,
A potência dissipada é
No exemplo com
e
, temos
e
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.
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
ou . Se a sonda tem sensibilidade (volts por ampère), então
- 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
no osciloscópio, converta ponto a ponto para corrente por
(shunt) ou por
(sonda). Para senoide, amplitude e RMS se obtêm facilmente: se
é amplitude,
. Se precisar do valor médio de uma onda qualquer, use a função matemática do osciloscópio ou calcule
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
.\nAlternativa (mais prática/isolada): usar uma sonda de corrente (transformador/clamp ou sensor Hall) que fornece tensão proporcional à corrente e então usar
onde
é a sensibilidade da sonda.