Sinais e Geradores de Função

Guerra das Correntes

Desde que a eletricidade foi descoberta e começou a ser utilizada pelo homem como fonte motriz de maquinários, sistemas de iluminação, aquecimento, abordou-se o conceito de sinal. A famosa Guerra das Correntes, sobre qual seria a melhor para o uso comum da população, corrente contínua ou alternada, mesmo que o conceito de sinal não fosse amplamente abordado, essa discussão se tratava da escolha entre dois tipos de sinais.

Imagem 1 – Banner da Guerra das Correntes

Adoção do Padrão 50/60Hz

Após a adoção da Corrente Alternada para o uso popular, chegou-se na questão de qual frequência seria a padrão para utilização da rede elétrica a ser implantada. Com a escolha do padrão de 50 e 60Hz para operação na malha elétrica, onde os motivos são explicados no artigo de Owen 19971, os sinais elétricos começaram a ficar mais presentes no mundo.

Sinais Elétricos e Criação da Eletrônica

Com a criação das comunicações à distância, desde os telégrafos, que passavam mensagens via código Morse2 e foi o ponto de partida para a criação da Eletrônica3,  juntamente com a primeira transmissão a rádio atribuída a Marconi4, foi o início do uso do que se conhece hoje como  modulação de sinais elétricos.

 Pintura retratando operadores de telegrafia operando o telégrafo
Imagem 2 – Pintura retratando operadores de telegrafia operando o telégrafo

Com os avanços na área de sinais, modulações, utilização de bandas de frequência, iniciaram-se as primeiras comunicações à rádio por voz, primeiramente usando válvulas como componentes-chave, e após os rádios surgiram transmissões de voz e vídeo, que foram os primeiros televisores, posteriormente, com a invenção do transistor5 houve uma grande queda nos custos de produção de aparelhos de telecomunicação, o que aumentou de forma gigantesca a sua difusão e, com isso, evoluíram-se cada vez mais os estudos sobre os sinais.

Porém, com a evolução da Eletrônica, os sinais passaram a ser necessários não somente nas telecomunicações. Foram incorporados a sensores e transdutores, acionamentos de atuadores, controles de máquinas, ciclos de processamento de dados, etc. Assim, os circuitos eletrônicos que trabalham e processam sinais ajudaram a dar origem a computadores, celulares, robôs, satélites e a conectar o mundo via uma rede mundial.

Para projetistas de circuitos eletrônicos é muito importante saber o que ocorre exatamente no circuito projetado, tipo quando há interação entre os componentes, processamento correto de informações, ruídos ou sinais parasitas que impedem o funcionamento correto do circuito. Com isso, é necessário que o projetista tenha equipamentos que possam testar as respostas do circuito às variáveis que ele vai trabalhar e, caso o circuito montado opere com sinais para comunicação, tratamento, filtragem, amplificação, modulação e demodulação é bem mais prático e confiável se utilizar de um gerador de funções para teste e validação desse circuito.

Gerador de Funções

Um gerador de funções é um equipamento para testes eletrônicos que tem a capacidade de criar diversos tipos de sinais em várias faixas de frequência, conseguindo obter inúmeras formas de onda com características únicas.

Dentro dos equipamentos do mercado temos o MFG-4225, que é um gerador de funções de bancada de ondas arbitrárias, que proporciona um espectro de teste de 1μHz a 25MHz de forma estável, precisa e com pouca distorção.

Gerador de Funções Arbitrário MFG-4225 da Minipa
Imagem 3 – Gerador de Funções Arbitrário MFG-4225 da Minipa

O MFG-4225 utiliza a tecnologia Direct Digital Synthesis ou Síntese Direta Digital (DDS), que é um método de produção de formas de onda analógicas gerando um sinal variável no tempo em formato digital e, em seguida, realizando uma conversão digital para analógica. Essa operação fornece a possibilidade da troca rápida entre frequências de saída, resolução de frequência fina e operação em um amplo espectro de frequências. Além disso, com a evolução do design da tecnologia DDS, os dispositivos atuais estão cada vez mais compactos e com baixo consumo de energia6.

Modulações de Frequência Disponíveis no Gerador

As seguintes modulações podem ser geradas pelo MFG-4225 sem que seja necessária uma fonte separada:

AM –  Modulação em Amplitude, consiste na modulação onde a amplitude do sinal senoidal, onda portadora, varia em função do sinal transmitido, ou seja, o sinal modulador. Nessa modulação a frequência e fase da portadora são mantidas constantes, variando somente a amplitude da onda7.

Modulação AM.
Imagem 4 – Modulação AM

FM – Modulação em Frequência que transmite a informação através da variação da frequência instantânea da onda portadora. Na modulação FM a amplitude é mantida fixa e a frequência é alterada8

Modulação AM.
Imagem 5 – Modulação FM

PM – Modulação em Fase da portadora de acordo com os dados a serem transmitidos. Ao ser modulada, uma portadora, originalmente de uma frequência única, transforma-se em uma faixa de frequências em torno da portadora, a chamada banda de modulação.

Modulação PM.
Imagem 6 – Modulação PM

ASK – Tipo de modulação digital que  consiste na modificação do nível de amplitude da onda portadora em função do sinal digital de entrada a ser transmitido. O sinal modulante assume um dos dois níveis discretos da fonte de informação (nível lógico 0 ou 1)9.

Imagem 7 - Modulação ASK.
Imagem 7 – Modulação ASK

FSK – Tipo de modulação digital que consiste na variação da frequência da onda portadora em função do sinal digital a ser transmitido. A amplitude da onda portadora é constante durante o processo de modulação e a onda resultante varia a sua frequência conforme os níveis lógicos do sinal modulante9.

Modulação FSK
Imagem 8 – Modulação FSK

PWM – Modulação por Largura de Pulsos, é uma técnica de modulação digital de sinais que consiste em  transmitir uma informação pela variação da largura de uma onda quadrada10.

 Modulação PWM
Imagem 9 – Modulação PWM

Além das modulações que podem ser geradas, também há a possibilidade de gerar sinais senoidais, ondas quadradas, rampas, pulsos, ruído branco e ondas arbitrárias, que são ondas de formatos específicos criadas pelo próprio usuário podendo possuir quase qualquer forma, tudo isso com Taxa de Amostragem de 125MS/s e resolução de 14bits.

Então, concluindo, a utilização de uma boa ferramenta de testes em um projeto eletrônico pode garantir o sucesso de funcionamento e evitar retrabalhos desnecessários, além do que, para trabalhos que precisem de processamento de sinais ou que operam com o uso deles, uma ferramenta versátil como o MFG-4225 é extremamente bem aplicável para garantir o sucesso do projeto.

 

Referências

[1] – https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=628099

[2] – https://www.suapesquisa.com/pesquisa/telegrafo.htm

[3] – https://pt.wikipedia.org/wiki/Eletr%C3%B4nica

[4] – https://www.ufmg.br/espacodoconhecimento/historia-do-radio/

[5] – https://www.ufrgs.br/mvs/Periodo01-1947-Transistor.html

[6] – www.analog.com/media/en/analog-dialogue/volume-38/number-3/articles/all-about-direct-digital-synthesis.pdf

[7] – https://embarcados.com.br/aprenda-sobre-modulacao-am/#:~:text=A%20modula%C3%A7%C3%A3o%20AM%2C%20que%20significa,mantidas%20constantes%2C%20variando%20a%20amplitude.

[8] – https://embarcados.com.br/aprenda-sobre-modulacao-fm/

[9] – https://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialtvdconsis2/pagina_4.asp#:~:text=A%20modula%C3%A7%C3%A3o%20ASK%20(Amplitude%20Shift,n%C3%ADvel%20l%C3%B3gico%200%20ou%201).

[10] – https://eltgeral.com.br/o-que-e-pwm/#:~:text=PWM%20(Pulse%20Width%20Modulation)%2C,largura%20de%20uma%20onda%20quadrada.

 

Heládio Nepomuceno

Estudante de Engenharia Mecatrônica Técnico em Mecatrônica Mestre em Física Aplicada Licenciado em Física

Post navigation

Deixe um Comentário

Deixe um comentário

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *

Modulação por Largura de Pulso (PWM)

Fonte de bancada: conheça as funções e saiba como escolher a sua