A Análise de Ruídos Experimentais em Instrumentação Eletrônica

Introdução:

A prática consiste em um arranjo experimental composto por um sensor (uma resistência), uma linha de transmissão, um amplificador e um osciloscópio. O objetivo do experimento é fazer testes que permitam a análise de diferentes tipos de ruído no sinal transmitido, bem como os cuidados a serem tomados com os mesmos.

Exercício 1:

É possível perceber que ao iniciar o sistema, antes mesmo de ligar o circuito elétrico a fim de criar um campo elétrico e, consequentemente um ruído, ele já apresenta ruídos com amplitudes de até 0,2V. Esses picos de amplitude representam a influência de fontes comuns de ruídos presentes no ambiente, como ondas de rádio, celulares, redes wi-fi. Fica claro observando o gráfico que esses ruídos afetam consideravelmente o sinal que atravessa a linha de transmissão.

Exercício 2:

A fim de analisar o ruido de um campo elétrico especificamente, foi adicionado um circuito elétrico composto por uma fonte de tensão alternada e uma lâmpada, que para esse caso estava desatarraxada, a fim de que não existisse uma variação de corrente pelo circuito, apenas uma variação de tensão (necessária para o aparecimento do campo elétrico). Ao iniciar o sistema, percebe-se que o sinal foi bastante afetado devido a presença do campo elétrico e possui agora uma amplitude de aproximadamente 2,5V. Podemos observar que o campo que está sendo gerado pelo circuito elétrico está gerando uma corrente na linha de transmissão primária.

Para reduzir o efeito do campo elétrico, segue-se o princípio da Gaiola de Faraday e blinda-se o condutor com uma casca metálica ligada a um potencial. Essa casca (cabo coaxial) impede que o condutor “enxergue” qualquer campo elétrico externo. A redução do efeito do campo elétrico através da blindagem é claramente observada durante o experimento. Quando utilizado o cabo coaxial, a amplitude do sinal transmitido reduz drasticamente, chegando a 0,02V (fator de redução chega a 100).

Exercício 3:

Outra forma de blindagem seria através de caixas. Para analisar essa forma de blindagem, para a mesma situação descrita no item anterior, foi posicionada uma caixa metálica cobrindo o sensor a fim de blindá-lo contra a influência do campo elétrico existente. Acontece que ao posicionar a caixa metálica sem conecta-la a um potencial, observa-se que a amplitude do sinal chega a aumentar, chegando a 0,06V. Isso acontece porque, sem o aterramento, a caixa metálica não funciona como Gaiola de Faraday, e sim como uma antena de ruídos, pois possui uma área condutora ainda maior que o próprio sensor.

Para transformar a caixa metálica em uma Gaiola de Faraday, liga-se ela a uma malha aterrada. Ao fazer isso, percebe-se notável redução da amplitude no sinal, que agora chega a algo próximo de 0,01V.

Exercício 4:

A fim de analisar a influência existência de diferentes aterramentos no sistema, foi conectado ao sensor um cabo com aterramento diferente daquele utilizado para o experimento. O resultado foi um sinal absurdamente mais ruidoso, com amplitudes muito altas. Isso mostra a importância de, durante uma medição, todos os aparelhos estarem sempre conectados a um mesmo terra. O efeito visualizado foi gerado por uma diferença relativamente pequena de potencial, por se tratarem de terras