Entendendo Formas de Onda AC e DC
As formas de onda senoidais de corrente alternada (AC) são fundamentais para a teoria elétrica, sendo criadas pela rotação de uma bobina dentro de um campo magnético, enquanto as tensões e correntes alternadas formam a base da teoria de AC.
Formas de Onda Senoidais de AC
A forma de onda AC mais utilizada na teoria de circuitos é a forma de onda senoidal ou onda senoidal. Uma forma de onda AC periódica na forma de uma fonte de tensão produz uma força eletromotriz (EMF) cuja polaridade se inverte em intervalos regulares, com o tempo necessário para completar uma reversão completa conhecido como o período da forma de onda.
Corrente Contínua (DC)
A Corrente Contínua ou DC, como é mais comumente chamada, é uma forma de corrente elétrica ou tensão que flui em um circuito elétrico em apenas uma direção, tornando-se uma fonte “unidirecional”.
Geralmente, tanto as correntes quanto as tensões DC são produzidas por fontes de energia, baterias, dínamos e células solares, para citar alguns. Uma tensão ou corrente DC tem uma magnitude (amplitude) fixa e uma direção definida associada a ela. Por exemplo, +12V representa 12 volts na direção positiva, ou -5V representa 5 volts na direção negativa.
Além disso, sabemos que as fontes de alimentação DC não mudam seu valor em relação ao tempo; elas são um valor constante fluindo em uma direção contínua e estável. Em outras palavras, a DC mantém o mesmo valor em todos os momentos e uma fonte DC unidirecional constante nunca muda ou se torna negativa, a menos que suas conexões sejam fisicamente invertidas. Um exemplo de um circuito DC simples é mostrado abaixo.
Circuito e Forma de Onda DC
Formas de Onda AC
Uma função alternada ou Forma de Onda AC, por outro lado, é definida como uma que varia tanto em magnitude quanto em direção de maneira mais ou menos uniforme em relação ao tempo, tornando-se uma forma de onda “bidirecional”. Uma função AC pode representar tanto uma fonte de energia quanto uma fonte de sinal, sendo a forma de uma forma de onda AC geralmente definida como: A(t) = Amax*sin(2πƒt).
O termo AC ou, para dar sua descrição completa, Corrente Alternada, refere-se geralmente a uma forma de onda que varia com o tempo, sendo a mais comum a chamada Senóide, mais conhecida como uma Forma de Onda Senoidal.
As formas de onda senoidais são mais comumente chamadas de Ondas Senoidais. As ondas senoidais são, de longe, um dos tipos mais importantes de forma de onda AC utilizados na engenharia elétrica.
Características da Forma de Onda AC
A forma obtida ao plotar os valores instantâneos de tensão ou corrente em relação ao tempo é chamada de Forma de Onda AC. Uma forma de onda AC muda constantemente sua polaridade a cada meio ciclo, alternando entre um valor máximo positivo e um valor máximo negativo em relação ao tempo, sendo um exemplo comum disso a tensão da rede doméstica que usamos em nossas casas.
Isso significa que a Forma de Onda AC é um “sinal dependente do tempo”, sendo o tipo mais comum de sinal dependente do tempo o Forma de Onda Periódica. A forma de onda periódica ou AC é o produto resultante de um gerador elétrico rotativo.
Geralmente, a forma de qualquer forma de onda periódica pode ser gerada usando uma frequência fundamental e sobrepondo-a com sinais harmônicos de várias frequências e amplitudes, mas isso é assunto para outro tutorial.
Características Principais da Forma de Onda AC
- • O Período, (T) é o tempo em segundos que a forma de onda leva para se repetir do início ao fim. Isso também pode ser chamado de Tempo Periódico da forma de onda para ondas senoidais, ou a Largura do Pulso para ondas quadradas.
- • A Frequência, (ƒ) é o número de vezes que a forma de onda se repete dentro de um período de um segundo. A frequência é o recíproco do período de tempo, ( ƒ = 1/T ) com a unidade de frequência sendo o Hertz, (Hz).
- • A Amplitude (A) é a magnitude ou intensidade do sinal da forma de onda medida em volts ou amps.
Exemplo de Forma de Onda AC
1. Qual é o tempo periódico, (T) de uma forma de onda senoidal de 50Hz? 2. Qual será a frequência oscilante de uma forma de onda que tem um tempo periódico de 10mS?
1. Tempo Periódico
2. Frequência
Definição de Prefixos de Frequência
| Prefixo | Definição | Escrito como | Tempo Periódico |
| Kilo | Mil | kHz | 1ms |
| Mega | Milhão | MHz | 1us |
| Giga | Bilhão | GHz | 1ns |
| Terra | Trilhão | THz | 1ps |
Amplitude de uma Forma de Onda AC
Além de conhecer o tempo periódico ou a frequência da quantidade alternada, outro parâmetro importante da forma de onda AC é a Amplitude, mais conhecida como seu valor Máximo ou de Pico, representado pelos termos, Vmax para tensão ou Imax para corrente.
O valor de pico é o maior valor de tensão ou corrente que a forma de onda atinge durante cada meio ciclo, medido a partir da linha de base zero. Ao contrário de uma tensão ou corrente DC que tem um estado estável que pode ser medido ou calculado usando a Lei de Ohm, uma quantidade alternada está constantemente mudando seu valor ao longo do tempo.
Para formas de onda senoidais puras, esse valor de pico será sempre o mesmo para ambos os meios ciclos ( +Vm = -Vm ), mas para formas de onda não senoidais ou complexas, o valor máximo de pico pode ser muito diferente para cada meio ciclo.
O Valor Médio de uma Forma de Onda AC
O valor médio ou valor médio de uma tensão DC contínua será sempre igual ao seu valor máximo de pico, pois uma tensão DC é constante. Esse valor médio só mudará se o ciclo de trabalho da tensão DC mudar. Em uma onda senoidal pura, se o valor médio for calculado ao longo do ciclo completo, o valor médio seria igual a zero, pois as metades positiva e negativa se cancelam. Assim, o valor médio ou valor médio de uma forma de onda AC é calculado ou medido apenas ao longo de um meio ciclo, conforme mostrado abaixo.
Valor Médio de uma Forma de Onda Não-senoidal
Valor RMS de uma Forma de Onda AC
O valor médio de uma forma de onda AC que calculamos acima como sendo: 0.637*Vmax NÃO é o mesmo valor que usaríamos para uma fonte DC. Isso porque, ao contrário de uma fonte DC que é constante e de valor fixo, uma forma de onda AC muda constantemente ao longo do tempo e não tem valor fixo. Assim, o valor equivalente para um sistema de corrente alternada que fornece a mesma quantidade de potência elétrica a uma carga como um circuito equivalente DC é chamado de “valor efetivo”.
O valor efetivo de uma onda senoidal produz o mesmo efeito de aquecimento I2*R em uma carga como esperaríamos ver se a mesma carga fosse alimentada por uma fonte DC constante. O valor efetivo de uma onda senoidal é mais comumente conhecido como Raiz Média Quadrada ou simplesmente RMS, pois é calculado como a raiz quadrada da média (média) do quadrado da tensão ou corrente.
Ou seja, Vrms ou Irms é dado como a raiz quadrada da média da soma de todos os valores quadrados das linhas médias da onda senoidal. O valor RMS para qualquer forma de onda AC pode ser encontrado a partir da seguinte fórmula de valor médio modificada.
Perguntas Frequentes (FAQ)
- 1. O que é uma forma de onda senoidal?
- Uma forma de onda senoidal é um tipo de onda que varia suavemente e periodicamente em amplitude e direção, sendo a mais comum em circuitos AC.
- 2. Como a corrente contínua (DC) difere da corrente alternada (AC)?
- A corrente contínua flui em uma única direção, enquanto a corrente alternada muda de direção periodicamente.
- 3. O que é a frequência de uma forma de onda?
- A frequência é o número de ciclos que uma forma de onda completa em um segundo e é medida em Hertz (Hz).
- 4. O que significa RMS em relação a formas de onda AC?
- RMS significa Raiz Média Quadrada e é o valor efetivo de uma forma de onda AC, representando a quantidade de energia que a forma de onda pode fornecer a uma carga.
- 5. Como calcular o valor médio de uma forma de onda AC?
- O valor médio é calculado considerando apenas um meio ciclo da forma de onda, pois as partes positiva e negativa se cancelam ao longo de um ciclo completo.