| A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 2. Ensino de Física |
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| FILTROS ELETRÔNICOS: UM ESTUDO DIDÁTICO PARA O ENSINO MÉDIO |
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Francisco Antonio Lopes Laudares - Prof. Msc. - Depto.de Física - UFRRJ
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| INTRODUÇÃO: |
| O estudo dos circuitos do tipo Resistor/Capacitor (RC) e Resistor/Indutor (RL), em regime de corrente alternada, muitas vezes não são apresentados no Ensino Médio, e quando ocorre estão geralmente relacionados com filtros eletrônicos, chamados de passa-alta e passa-baixa. Apesar de estarem em muitos aparelhos eletrônicos, permitindo a equalização do áudio de aparelhos televisão, ou de qualquer outro aparelho sonoro, os alunos não conseguem associar o tema de estudo a sua aplicação diária. Como os Parâmetros Curriculares Nacionais preveem que os professores devem oferecer aos alunos subsídios para entenderem o funcionamento de aparelhos eletroeletrônicos utilizados em seu cotidiano, é importante pensar em estratégias simples que possam auxiliar no processo de ensino-aprendizagem. Assim, o professor deve apresentar formas diferentes de experimentação, fugindo do convencional, introduzindo também novas tecnologias e incentivando o reaproveitamento de materiais. |
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| OBJETIVO DO TRABALHO: |
| Apresentar de forma didática a construção e teste de circuitos RC e RL utilizados como filtros eletrônicos passa-baixa e passa-alta, com uso do computador e componentes de baixo custo. |
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| MÉTODOS: |
| Construído com componentes comuns, o capacitor e o alto-falante podem ser adquiridos no comércio varejista ou recuperados de equipamentos fora de uso, já o indutor, utilizado no filtro de áudio passa-baixa, deverá ser construído conforme a frequência de corte (fC) calculada para o projeto. Para isto será utilizado o software livre Calcbob, que tem como resultado o número de espiras que a bobina deverá ter para a indutância desejada. Portanto o experimento pode ser dividido em: (1) geração do ruido branco pelo software livre Audacity; (2) teste do tipo de alto-falante, utilizado o Audacity, sem nenhum tipo de atenuação, e o software livre Spectrum Analysis 3.0; (3) escolha de uma frequência de corte a partir do intervalo de frequência gerado pelo alto-falante; (4) acoplamento dos componentes em série com o alto-falante: primeiro o capacitor (filtro passa-alta) e depois o indutor (filtro passa-baixa); (5) captação do ruido modificado emitido pelo alto-falante por um microfone comum, conectado à entrada de áudio do computador; (6) análise do sinal modificado, em tempo real, pelo software Spectrum Analysis 3.0. |
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| RESULTADOS E DISCUSSÃO: |
| Ao emitir o ruído branco pelo alto-falante, foi observado que as frequências captadas pelo analisador de espectro forneceu um intervalo de frequência compatível com o tipo de alto-falante utilizado, Midrange, que reproduz frequências médias do espectro audível, ficando no entorno de 1,0 kHz e 7,0 kHz . A partir desses valores escolheu-se o valor de frequência de corte de 4,5 kHz, para se obter os valores dos componentes passivos. Após os cálculos foi encontrado para o capacitor o valor de 7,0 mF e para o indutor o valor de 0,18 mH. A bobina, cujo carretel tem características de 27,0 mm de diâmetro e 29,0 mm de comprimento interno, foi enrolada com 100 voltas de fio AWG 26, e após sua construção foi feito um teste com um indutímetro (ICELmanaus - RLC-410), confirmando assim o valor do indutor. Ao inserir o componente em série com o alto-falante, observou-se que realmente há um corte no espectro fornecido pelo alto-falante a partir da frequência de corte escolhida. Ao inserir o indutor temos as frequências acima da frequência de corte atenuadas, já com o capacitor, temos as frequências abaixo da frequência de corte atenuadas. |
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| CONCLUSÕES: |
| Após a realização do experimento, foi observado que com a utilização de componentes facilmente adquiridos no comércio, ou reaproveitados de equipamentos fora de uso, como capacitores e alto-falantes, juntamente com a utilização de softwares gratuitos para geração do sinal de áudio, análise do espectro e construção do indutor, pode-se demonstrar tanto de forma quantitativa quanto qualitativa, o funcionamento de circuitos RC e RL. A utilização do computador foi de grande valia para aquisição, percepção e visualização do fenômeno físico apresentado, podendo ser reproduzido de forma simples, eficiente e didática para demonstração do fenômeno físico em sala de aula, concomitante à apresentação teórica, devido a sua simplicidade e baixo custo. |
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| Palavras-chave: Circuitos RC, Circuitos RL, Filtros eletrônicos. |