Interpretação de gráficos e diagramas

[xformer]

O colega Fallout me sugeriu escrever alguma coisa sobre gráficos e diagramas usados em eletrônica. Como são muitos tipos e aplicações possíveis, vou falar sobre os mais comuns e de forma bem genérica, devido ao fato que grande parte dos gráficos e diagramas são baseados neles.
O gráficos e diagramas são usados e encontrados em várias aplicações, sendo importante saber interpretá-los para sabermos o comportamento e as especificações de circuitos e componentes. Além disso uma imagem pode conter mais informações do que tabelas ou textos.

O primeiro gráfico é o de uma grandeza representada no domínio do tempo. Ou seja, esse gráfico mostra como se comportam (variam) os valores de uma grandeza de acordo com o tempo. As grandezas elétricas mais comuns que são representadas nesses gráficos são a tensão, a corrente e a potência.
No gráfico a seguir, vemos o comportamento de um sinal de tensão alternado em 60Hz (vermelho) de 5V de pico. O eixo x do gráfico, representa o tempo em segundos e o eixo y representa o valor da tensão em volts. O sinal varia de +5V a -5V e a cada 16,6ms se repete o ciclo (período). Muitas vezes podemos representar duas grandezas no mesmo gráfico. Assim podemos ver um outro sinal (verde) que representa o sinal alternado vermelho depois de passar por uma retificação de onda completa, onde temos agora apenas variação de tensão positiva e uma pequena diminuição na tensão de pico devido a uma perda nos diodos retificadores. Vejam que os dois sinais estão sincronizados, e não apresentam defasagem (quando há uma diferença no momento do cruzamento pelo zero volts de cada sinal) apesar de serem de frequências diferentes (vermelho = 60Hz, verde = 120Hz). Esse tipo de gráfico é o que conseguimos ver numa tela de osciloscópio que apresenta o que ocorre com os valores de tensão no tempo.


Outro gráfico muito utilizado, é de grandezas no domínio da frequência. Nesse gráfico representamos o valor de cada componente espectral do sinal de acordo com sua frequência. Por exemplo o sinal vermelho (senoidal) do gráfico anterior, nesse gráfico é representado por uma barra vertical de amplitude 5V sobre o valor de 60Hz (no eixo horizontal, que representa as frequências - escala logarítmica), enquanto que o sinal verde poderia ser representado pelas barras de cor verde nesse gráfico (nas frequências de 120Hz, 180Hz, 240Hz, 300Hz, etc) sendo constituído por diversos componentes espectrais. Esse gráfico é muito utilizado para se fazer a análise espectral e pode ser gerado por um analisador de espectros ou osciloscópio com função FFT (fast fourier transform). Um sinal puro (senoidal) e sem distorção se apresenta apenas como uma barra única no gráfico. Um sinal distorcido ou que seja periódico e não seja senoidal (onda quadrada, triangular, dente de serra, ou outra qualquer) vai apresentar uma barra na frequência fundamental e em diversas outra frequências múltiplas da fundamental (harmônicas). Tem muita aplicação em áudio, em rádio-frequência e em sistemas de comunicação.
A escala vertical pode ser mostrada tanto em valores (ex. volts) como em decibels.



Para representar como se comporta uma grandeza em função da frequência, usamos um gráfico chamado de diagrama de Bode. Nessa vemos no eixo x novamente valores de frequência (normalmente em escala logarítmica), enquanto que no eixo vertical temos os valores da grandeza (em volts, watts, ohms, ganho) ou em dB (dBV, dBSPL, etc). Esse tipo de gráfico de resposta em frequência é muito usado para amplificadores, alto-falantes, microfones, filtros, AOs, etc.  
Nesse gráfico podemos ver os picos de resposta, a atenuação, e principalmente a faixa de resposta, que representa a faixa de frequências onde a perda é menor do que 3dB. Onde ocorre o valor de -3dB a frequência é chamada de frequência de corte (inferior-fci e superior-fcs). A diferença entre a frequência de corte superior e a inferior é chamada de largura de banda (em inglês band width)


 
 
Outra forma de representar a resposta ou ganho de um componente é em função do ângulo e da direcionalidade, usado por exemplo para representar a resposta de um microfone, um alto-falante ou de uma antena em relação ao seu eixo de direção. Assim podemos saber pra quais direções o elemento transdutor vai ter melhor desempenho. Esse diagrama é chamado de diagrama polar e representa o que acontece em cada um dos 360° do gráfico, sendo 0° exatamente à frente do elemento (microfone, antena, falante).



Por fim, o gráfico cartesiano que pode ser usado em diversas aplicações e especificações. Um gráfico muito comum é o de corrente em função da tensão aplicada. Esse gráfico representa o comportamento que um componente apresenta ao ser submetido a uma determinada tensão. Assim podemos verificar a linearidade ou não linearidade do componente. Por exemplo nesse gráfico podemos ver uma reta azul que representa o que ocorre com a corrente elétrica em um resistor de 2 ohms quando aplicamos diversos valores de tensão sobre ele. A corrente no resistor varia linearmente com a tensão, formando a plotagem de uma reta (azul). Já com o diodo (vermelho), a tensão aplicada inicialmente não gera uma corrente substancial, mas à medida que se aproxima de 0,6V, a corrente aumenta bastante e sobe rapidamente mesmo com pequenos incrementos na tensão (ou seja tem alta resistência dinâmica no início e baixa resistência a partir de uma determinada tensão). A curva verde representa outro componente, um diodo zener, que com tensão positiva em seus terminais, se comporta como um diodo comum, mas ao se aplicar uma tensão reversa ao atingirmos um certo valor (tensão de ruptura zener) passa a conduzir bastante corrente reversa.



Gráficos semelhantes podem ser usados para apresentar o comportamento de outros componentes eletrônicos como transistores, tiristores, válvulas, integrados, etc.

[fallout]

 Obrigado pela explicação xformer, uma pena um osciloscópio não ser uma ferramenta tão "acessível" para um hobista, com certeza
aplicar a teoria na pratica facilitaria muito a aprendizagem.

As imagens foram geradas do seu osciloscópio?

[xformer]

Não, exceto o gráfico polar, os demais eu gerei no Excel (planilha eletrônica) senão não ficariam bonitinhos.

Meus scopes gerariam imagens assim (eu tiro fotos, que é mais rápido):

[hgamal]

Eu tenho uma placa destas de osciloscópio com Game Boy! é muito legal!

[xformer]

Eu tenho uma placa destas de osciloscópio com Game Boy! é muito legal!

Sim, é muito legal e ajuda bastante quando queremos ver alguma coisa em campo, pois o scope fica bem portátil, apesar da baixa taxa de amostragem, para áudio é perfeito.
Haroldo, você mesmo que montou ou comprou da Elektor montado ? (eu comprei montado).

[Matec]

Olá xformer.
Ótimo assunto desse post.
Estou também estudando e desvendando as possibilidades dos gráficos das características das válvulas de saída. Isso para conseguir encontrar os pontos ideais de trabalho para cada configuração. Você poderia escrever sobre isso aqui também?
Obrigado.

[hgamal]

Eu tenho uma placa destas de osciloscópio com Game Boy! é muito legal!

Sim, é muito legal e ajuda bastante quando queremos ver alguma coisa em campo, pois o scope fica bem portátil, apesar da baixa taxa de amostragem, para áudio é perfeito.
Haroldo, você mesmo que montou ou comprou da Elektor montado ? (eu comprei montado).

Comprei montado! mas para campo eu uso o presente de uma amiga muito querida:

[xformer]

Estou também estudando e desvendando as possibilidades dos gráficos das características das válvulas de saída. Isso para conseguir encontrar os pontos ideais de trabalho para cada configuração. você poderia escrever sobre isso aqui também?

Você está lendo livros sobre isso, então pra falar sobre isso dá pra perceber que precisaria escrever um livro (ou um capítulo inteiro cheio de desenhos e gráficos), não dá né ...

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Haroldo, muito bacana esse scope portátil, é um Velleman ou é de outra marca ?  Tem gerador de sinais embutido ?

[felix]

Poxa... esses mestres do handmades ganham uns presentes de outro mundo, o sumido do Roberto ganhou uma guita da hora o Haroldo ganha osciloscópios...
Queria ter umas amigas assim.
O máximo que já ganhei foi caixa de bombom da garoto de ANIVERSÁRIO...
Mas como diria o ditado:
"Cavalo dado não se olha os dentes"

Esse gameboy nível nerd V é muito da hora, dá vontade de pegar um só pela vibe.
 

[notreve]

Caramba, 
pensei que era só eu que ganhava caixa de bombom garoto e olhe la.....

mas ultimamente nem isso.....rs

[Matec]

Bom.
Como esse é o tópico sobre gráficos, eu dei essa sugestão. Outro dia vi uma explicação sua, que ficou perfeita, sobre como achar o ponto de trabalho de uma saída valvulada, pelo método gráfico. Como é um método prático, achei que você poderia reeditar com um pouco mais de detalhes.
Não sou só eu que tenho alguma dúvida sobre isso, e num fórum, quanto mais conhecimento, melhor.
Estive trabalhando em alguns gráficos para "aquecer".

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[juloliveira]

Existe alguma ferramenta (além do Excel) para auxiliar o trabalho nos gráficos?

Eu achei uma ferramenta bacana, mas não consegui usar muito bem pois não consegui colocar outros parâmetros de outras válvulas.
http://www.dmitrynizh.com/tubeparams_image.htm

Em uma das explicações do xformer, ele usou o gráfico de Ia x Va e as curvas da Vg de uma ECL82. Nesse gráfico, você desenhou por cima a curva de carga. Você usou alguma ferramenta específica ou apenas usou um editor qualquer de imagem?

Abração

[xformer]

Em uma das explicações do xformer, ele usou o gráfico de Ia x Va e as curvas da Vg de uma ECL82. Nesse gráfico, você desenhou por cima a curva de carga. Você usou alguma ferramenta específica ou apenas usou um editor qualquer de imagem?

Não sei qual é o gráfico, mas a maioria das vezes eu dou um printscreen da tela da datasheet da válvula e depois edito e desenho no paint mesmo.

[Matec]

Olá juloliveira

Esses programas do Dmitry são o que encontrei de melhor na net para traçar as curvas das válvulas e pontos quiescentes graficamente. Você pode inserir as curvas já copiadas dos datasheets ou copiá-las você mesmo. Não é 100% preciso mas em comparação com os "arredondamentos" que vemos por aí é muito bom. Já existe um arquivo com os parâmetros do Koren de várias válvulas, e estou criando minha própria biblioteca. O programa de cópia das curvas poderia ser mais completo, cada vez que se copia dá um resultado diferente, mas na falta de um melhor vamos com esses mesmo.

 

[Cidão]

Bom.
Como esse é o tópico sobre gráficos, eu dei essa sugestão. Outro dia vi uma explicação sua, que ficou perfeita, sobre como achar o ponto de trabalho de uma saída valvulada, pelo método gráfico. Como é um método prático, achei que você poderia reeditar com um pouco mais de detalhes.
Não sou só eu que tenho alguma dúvida sobre isso, e num fórum, quanto mais conhecimento, melhor.
Estive trabalhando em alguns gráficos para "aquecer".

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Abs

 Vou pegar carona no post do Matec. Xformer, você pode indicar um livro ou apostila que aborde essa análise que o Matec disse no post anterior à esse na citação? Estou procurando material sobre isso e ainda não consegui encontrar. Sabe se tem algo relacionado à isso na loja Valvulandia da Santa Ifigenia?
 

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Algumas perguntas sobre válvulas podem parecer óbvias, mas realmente estou tendo dificuldades para entender, pedi ajuda para dois professores que tive e os dois simplesmente responderam "não tem porque você utilizar válvulas, transistor é muito melhor e dá o mesmo resultado" e ficaram alterados como se tivesse ofendido eles ao perguntar e pedir explicação sobre o assunto.
 Fiz essa pergunta para o Xformer pois ele me respondeu algumas vezes em outros tópicos sobre o assunto, mas se mais alguém puder indicar algum material também, seria de grande ajuda.