Ação do campo magnético sobre correntes alternadas 1

IntroduçãoO campo magnético age sobre as correntes elétricas. O resultado dessa interação é o aparecimento de forças sobre as cargas (ou, macroscopicamente, sobre o condutor). Nesse experimento destacamos a ação do campo magnético produzido por um ímã permanente sobre a corrente alternada que circula pelo filamento de uma lâmpada incandescente.

Um bom visual se obtém quando a lâmpada tem filamento longo, leve, bem flexível e de dimensões apropriadas. Há lâmpadas próprias para tais demonstrações (mostro isso abaixo). Essas não são tão difíceis de serem encontradas. Eu as a tenho visto, com freqüência, em lojas de eletrônica funcionando, como chamariz, nas vitrinas, com seu filamento todo agitado. Entretanto, lâmpadas de boa potência, dotadas de filamento longo, já destacam bem nosso propósito.

Ligue a lâmpada na rede elétrica e aproxime um ímã permanente (ou eletroímã) do bulbo. Imediatamente o filamento longo começa a vibrar intensamente.

O campo magnético originado pelo ímã age sobre a corrente que circula pelo filamento, fazendo nascer no condutor uma força magnética (dita força de Lorentz).

Dependendo do sentido da corrente e da orientação do campo, essa força tende a deslocar o filamento, transversalmente, para um lado ou para o outro. 

[ O mesmo ocorre com o ponteiro de um galvanômetro de bobina móvel colocado num circuito de corrente alternada. No caso do ponteiro não se observa qualquer deslocamento, por dois motivos: o ponteiro tem inércia apreciável e a freqüência natural de oscilação do conjunto ponteiro + bobina, ser muito menor que 60 hertz.]

 No caso do filamento da lâmpada em questão, sua inércia é pequena e sua freqüência própria é próxima do 60 hertz. Sob a ação das forças magnéticas em sincronia com a  freqüência natural do filamento, aproxima-se bastante da situação de ressonância, e isso pode levar a grandes amplitudes de oscilação (a ponto do filamento bater internamente no bulbo da lâmpada, no caso das lâmpadas especiais).

Experimente mudar a situação do campo, movendo o ímã para outras posições, e obterá uma posição em que o filamento não vibra - é a situação de paralelismo campo-corrente.

Como já dito, existem lâmpadas confeccionadas especificamente para tal experimento, algumas até já apresentam o ímã no interior do bulbo.

Eu tenho dois exemplares de lâmpadas especialmente preparadas para tais demonstrações, ambas obtidas no comércio estrangeiro.

Esse exemplar, comercialmente conhecido como BalaFire, da Kyp-Go Inc. (20 N. 17 TH ST., St. Charles, IL 60174 - como consta no envólucro), tem especificações de 115-120 VAC, 60 Hz, 15 W e tempo de vida de 500 horas. Nesse exemplar o ímã já se encontra fixado numa pequena haste encravada no suporte de vidro do filamento (observe fotos acima). 

Esse segundo exemplar é mais didático, pelo fato do imã estar fixado a uma peça de alumínio anular que se encaixa no 'pescoço' da lâmpada. Assim, podemos mostrar a lâmpada acesa sem a ação do ímã (figura central acima), com a ação do ímã (figura direita acima), o anel com o ímã (esquerda, mais em baixo) e os vários efeitos com a movimentação do ímã (última figura animada).

Conversão direta da energia

 

Fótons transportam energia

Todos nossos combustíveis fósseis, como o carvão e o petróleo, devem sua existência à torrente de energia solar na qual a Terra está submersa desde  milhares de milhões de anos. A densidade de energia desse caudal energético supera os 1 400 W/m² na superfície da Terra, o que por unidade de área bastaria para suprir as necessidades de uma família média, caso toda essa energia pudesse ser convertida em energia elétrica. O problema consiste em extrair essa energia dos raios solares com um rendimento elevado.

A temperatura da superfície visível do Sol é de uns 6 000 K. Se aquecermos um objeto até essa temperatura ele irradiará luz visível na faixa do verde-amarelado do espectro (5 500 A*). Nosso aparelho conversor de energia deverá estar sintonizado para tal comprimento de onda.
Os 'pacotes' de energia que chegam do sol recebem o nome de fótons. Viaja à velocidade da luz e cada um deles transporta uma quantidade de energia dada por:

E = hf = hc/l

onde E = energia, em joules; h = constante de Planck, 6,62.10^-34 joules-segundo; f = freqüência da luz, em hertz; c = velocidade da luz, 3,00.10⁸ metros por segundo e l = comprimento de onda, em metros.

Tendo-se em conta que uma unidade angstrom (1 A*) equivale a 10^-10 m, a energia de um fóton de 5 500 A* é igual a:

E = hf = hc/l = (6,62.10^-34.3,00.10⁸)/(5,50.10^-7) = 3,61.10^-19J = 2,2 eV

Se compararmos esse resultado de 2,2 elétrons-volt com a energia necessária para ionizar os átomos ou dissociar as moléculas (que é da ordem de 1 eV), chegaremos à conclusão de que é a grandeza adequada para fazer funcionar os aparelhos de conversão direta baseados nestes fenômenos.

Utilização da energia solar
Tradicionalmente, a utilização mais freqüente da energia solar consistia em concentra-la mediante uma lente convergente ou espelho côncavo e converte-la, posteriormente, em calor. Pode-se fazer, mediante essa técnica, funcionar uma máquina térmica, porém há métodos mais diretos e eficientes.

Há uns 50 anos se descobriu que iluminando-se a junção entre dois condutores de tipo P e N se produz uma diferença de potencial. Este descobrimento foi a base da pilha solar, constituída de dois semicondutores finos, porém de diferentes espessuras, postos em contato. Como se observa na fig. 12 (esquerda), o semicondutor da parte superior, que será exposto ao sol, é muito fino, apenas 2,5 micras de espessura. Os fótons solares podem atravessá-lo facilmente e chegar na superfície de união com outro semicondutor muito mais grosso.

Fig. 12- A foto da direita mostra uma pilha solar utilizada em satélites. Ao fundo se observa um gerador termelétrico esférico, aquecido mediante radioisótopos, que serve de complemento às pilhas solares. Nestas pilhas, os fótons provenientes do sol criam pares elétrons-buracos na região próxima de uma junção P-N.

Sempre que se justapõem semicondutores dos tipos N e P se origina uma diferença de potencial entre as partes da junção, devido aos distintos  buracos e elétrons existentes nas duas regiões. Como nas imediações da fronteira da junção não há portadores de cargas, não se gera energia.
A absorção dos fótons solares nas proximidades da junção cria portadores de carga elétrica, porque a energia dos fótons converte-se em energia potencial dos pares elétron-buraco. Estes pares se re-combinariam rapidamente, cedendo sua energia potencial recém adquirida, se não fosse o campo elétrico existente através da junção que os obriga a deslocarem-se para a carga externa.

A pilha solar desenvolve energia elétrica quando se formam pares elétron-buraco. Qualquer outro fenômeno que forme tais pares também produzirá energia elétrica. A fonte primaria da energia não tem nenhuma importância desde que produza portadores de corrente perto da junção. Em conseqüência, as partículas emitidas por átomos radioativos também podem produzir energia elétrica nas pilhas solares, ainda que um bombardeio por demais intenso possa perturbar a estrutura atômica da pilha e reduzir sua produção de energia.
A pilha solar não é uma máquina térmica. Entretanto, perde tanta energia que seu rendimento é inferior aos 15%. As perdas devem-se  fundamentalmente à recombinação indevida dos elétrons e buracos antes que possam produzir corrente elétrica, a absorção de fótons muitos afastados da junção e pela reflexão de fótons na superfície superior da pilha. Apesar dessas perdas, as pilhas solares constituem a principal fonte de energia não propulsora dos veículos espaciais e satélites.

Sinais Elétricos

Conceito de sinal elétrico

Todo circuito elétrico ativo ou passivo necessita de tensão elétrica para funcionar; é a sua alimentação. A finalidade da tensão elétrica aplicada é produzir um campo elétrico na matéria, seja ela condutora ou isolante. Esse campo elétrico ao ser produzido, analisa num intervalo de tempo espantosamente diminuto, as propriedades locais da matéria e, como resultado final disso, teremos ou não uma corrente elétrica circulante.
Se houver corrente elétrica, caso em que a matéria é condutora ou semicondutora para aquela tensão aplicada, sua variação no decorrer do tempo dependerá de dois fatores:

(a)- das propriedades da própria matéria em si e
(b)- do modo de variação da tensão elétrica aplicada.

Para efeito prático, assuma com a palavra 'matéria' a idéia de 'componente elétrico' e, assim, perceberá rapidamente que a variação da corrente no decorrer do tempo, nesse componente, dependerá das propriedades do componente (resistência, capacitância, indutância etc.) e da variação da tensão elétrica aplicada.

Nessa Teoria IV não abordaremos as propriedades típicas dos componentes; isso são teorias distintas, sendo que numa delas (Teoria II), já examinamos a propriedade da resistência elétrica. Aqui abordaremos a variação da tensão elétrica aplicada no decorrer do tempo, à qual denominaremos por "sinal elétrico".
Esse sinal elétrico é uma descrição de como o valor da tensão elétrica (U) varia no decorrer do tempo (t).

Há vários modos de se descrever um acontecimento e, uma simples frase em língua pátria pode muito bem ser um deles; eis uma descrição:

"Veja pessoal, aqui temos um resistor ôhmico de 10k ligado aos terminais de uma pilha comum de lanterna. Se o intervalo de tempo não for muito grande poderemos dizer que a tensão elétrica aplicada a esse resistor permanece constante."

Essa descrição significa: "Para pequenos intervalos de tempo, o valor da tensão aplicada ao resistor não varia".
Essa descrição tem alguns 'pecados', é um tanto imprecisa e limitada, pois não nos informa qual é esse 'valor' da tensão, nem 'quanto' é esse intervalo de tempo, não 'sugere' o que acontecerá se esse intervalo de tempo for aumentando e, como está expressa na nossa língua, quem nasceu e mora, por exemplo, no Japão, não vai entender nada!
Eletrônica é Ciência e, como tal não pode cometer todos esses tipos de 'pecados' --- alguns, vá lá!, como é o caso da língua pátria --- mas os outros, não! Por isso a Ciência tem sua ferramenta e 'linguagem' própria; a Matemática.

Para descrever a variação da tensão no decorrer do tempo, por exemplo, a Matemática lança a mão do conceito de 'função', U = f(t). Leia-se: U é uma função do tempo t. De modo geral, uma função pode ser traduzida em forma gráfica --- o gráfico da função --- num dado sistema de coordenadas. O mais simples deles é o sistema de coordenadas cartesianas com eixos ortogonais entre si. Esses gráficos Uxt , como que uma fotografia de longa exposição, provêem uma técnica útil de descrever como as variações de tensão acontecem. Essa 'fotografia' que o gráfico exibe pode, numa primeira apresentação, receber a denominação de forma de onda. Esse conceito será aprimorado logo adiante.

Para assimilar essa forma de descrever a variação de tensão e seus gráficos (ou suas formas de onda), vamos exemplificar, começando com um 'sinal' de tensão contínua (normalmente indicado por CC ou DC):

Essa linha vermelha horizontal --- forma de onda --- (distância constante do eixo t) é o que se destaca nesse gráfico, mostrando que para qualquer valor da abscissa (t = tempo), do intervalo [0 --- T], o valor da ordenada (U = tensão) é sempre o mesmo. Nessa ilustração acima podemos ler: a 'polaridade' dos terminais onde estamos testando a tensão e o 'valor' dela não variam no decorrer do tempo (pelo menos dentro do intervalo de 0  a T segundos).
Em muitos circuitos elétricos são mantidos níveis de DC fixo, em geral ao longo das trilhas (-) provenientes da fonte de alimentação, ou outros níveis de referências (terra, chassi, neutro, massa etc.) que permitam comparações de sinais.
Compare este gráfico acima com os gráficos Uxt, a seguir, que mostram diversas formas de onda, todas provenientes de sinais alternados ou AC.

Como você pode observar num simples passar de olhos --- e essa é a vantagem do uso dos gráficos em relação a outros modos de estudar a variação da tensão no decorrer do tempo --- os níveis de tensão mudam no decorrer do tempo e se alternam entre valores positivos (acima do eixo dos tempos) e valores negativos (abaixo do eixo dos tempos).
Os sinais com "formas repetidas", caracterizando uma propriedade da tensão, são chamados "formas de onda". São exemplos, as ondas em forma de seno (ou cosseno) ou ondas senoidais, as ondas quadradas, as ondas triangulares e as ondas dente de serra. Uma característica notória das ondas alternadas é o fato de apresentarem áreas iguais, acima e abaixo do eixo dos tempos, conforme destacamos na figura acima.

Sinal alternado e sua forma de ondaUma onda senoidal tem a mesma forma que o gráfico da função seno (y = sen x) usado na trigonometria --- e isso não é uma simples coincidência. As ondas senoidais são produzidas pela rotação de parte das máquinas elétricas (os rotores) mergulhadas dentro de um campo magnético de indução. Esse é o caso, por exemplo, dos grandes alternadores que, movidos pelas turbinas de estações de potência, despertam tensões e correntes elétricas que são transmitidas aos consumidores com essa forma de onda. Na Eletrônica, as ondas senoidais estão entre as mais úteis de todos os sinais em circuitos elétricos, permitindo testes e avaliações do desempenho de sistemas.

Vamos ver uma onda senoidal mais detalhadamente.

Alguns termos que passamos a definir, são necessários para bem descrever as ondas senoidais e outras formas de onda:

Período (T) - é o intervalo de tempo que denota a repetição da forma de onda em igualdade de condições; é o intervalo de tempo para descrever "um ciclo completo"; ele pode ser medido entre quaisquer dois pontos que correspondem ao mesmo estado em ciclos sucessivos.

Freqüência (f) - é o número de ciclos completos contidos na unidade de tempo. Como cada ciclo se realiza no intervalo de tempo T (período), podemos dizer que a freqüência é o número de períodos necessários para preencher a unidade de tempo. A 'unidade de tempo' no Sistema Internacional de Unidades é o segundo (s) e a 'unidade de freqüência', nesse sistema, é o hertz (Hz): 1 hertz = 1 ciclo por segundo; o período da onda cuja freqüência é 1 hertz é T = 1 s. Desse modo, entre a freqüência e o período valem as relações:

Em Eletrônica trabalha-se, por exemplo, com sinais de freqüência 0,1 Hz, cujo período vale 10 s, com sinais de 1 quilohertz (1 kHz), cujo período vale 0,001 s, com sinais de 1 megahertz (1 MHz), cujo período vale 0,000 001 s, etc.

Amplitude (de tensão) (U) - em eletrônica, a amplitude de tensão de uma onda senoidal é medida de três modos distintos, cada qual com sua finalidade específica ; temos:

(1) - a amplitude de pico (U_p) que corresponde ao valor máximo da tensão senoidal função do tempo [ U = U_p.sen(2pft) ]. No gráfico cartesiano Uxt  é a medida vertical, do eixo dos tempos (t) até a crista (ou vale) da onda.(2) - a amplitude pico-a-pico (U_pp) que corresponde ao dobro da amplitude de pico; medida vertical entre os máximos valores positivo e negativo da onda; U_pp = 2.U_p . Em termos práticos essa é, freqüentemente, a medida mais fácil de ser feita.
(3) - a amplitude rms (U_rms) é o valor quadrático médio da função seno em relação ao tempo, também denominado "valor eficaz" da tensão, ou ainda, "valor nominal". Essa é a amplitude de maior utilidade na prática eletrônica. Ela se relaciona com as demais amplitudes pelas relações:

Que vem a ser, realmente, as amplitudes rms e qual o porque delas serem tão importantes?

Amplitude rms é o valor da tensão C.C. que entregará ao consumidor a mesma potência média que o sinal de C.A.

Para bem compreender isto, pense em duas lâmpadas incandescentes idênticas conectadas às suas fontes de alimentação, uma C.A. e outra C.C. ajustável, como se ilustra:

O brilho da lâmpada (indicativo da potência) conectada à fonte C.A. pode nos parecer constante; isso é uma falsa impressão e pode perfeitamente ser verificada com o uso de espelhos girantes (veja isso na Sala 14 - http://www.feiradeciencias.com.br/sala14/14_13.asp ). A corrente circulante no filamento da lâmpada não é constante, quer em amplitude quer em sentido e, periodicamente, passa por zero (instante em que o sinal cruza o eixo dos tempos). O que se observa é apenas o 'brilho médio' produzido pelo sinal C.A.

A segunda lâmpada incandescente é alimentada por fonte C.C. e seu brilho é realmente constante porque a corrente é constante e circula sempre no mesmo sentido. Obviamente podemos ajustar o valor da tensão dessa fonte de modo que as duas lâmpadas sejam igualmente brilhantes. Quando isso acontecer, a fonte C.C. estará fornecendo uma tensão que se equipara ao "valor eficaz" da tensão fornecida pela fonte C.A.

Um pouco de matemática será necessário para explicar porque o valor equivalente à C.C. é denominado de 'valor quadrático médio' (em inglês, rms, root mean square). Se você quiser saber algo mais sobre isso basta clicar AQUI. O que é importante nessa fase é recordar que o sinal C.C. e seu equivalente rms da C.A. fornecem a mesma potência média.

Fase (j) - Se você comparar duas ondas senoidais colhidas de fontes diferentes, mesmo que tenham a mesma amplitude de pico e mesma freqüência, poderá reparar que, via de regra, os valores máximos dessas ondas não ocorrem ao mesmo tempo. Um exemplo marcante disso é comparar (através de um osciloscópio de duplo traço) os sinais C.A. colhidos de dois geradores eletromecânicos idênticos. Há um 'deslocamento' temporal entre as duas formas de onda. Quando uma delas está passando pelo valor máximo, a outra pode estar 'quase chegando' nesse valor ou 'já passou' desse valor.
Para bem descrever essas comparações, que no fundo nada mais são que comparar funções senoidais no tempo, é conveniente descrever os vários estados do sinal dentro de um ciclo de operação (ou, dentro de um período de funcionamento). Assim, cada ciclo, em cada instante, poderá ser descrito pelo seu 'estado oscilatório'.

Novamente, aqui, precisaremos de um pouco de matemática, a linguagem oficial da Ciência. Recomendamos, portanto, uma leitura atenta sobre o estudo do "movimento harmônico simples", que pode ser visto na Sala 04, na página: http://www.feiradeciencias.com.br/sala04/04_RE_09.asp .

Visto isso, fica fácil entender porque podemos dividir um ciclo da onda em "graus" (^o) ou "radianos" (rad) e assim descrever o comportamento do sinal quer de 'grau em grau' (1/360 do ciclo completo), quer de '90 em 90 graus (de quarto em quarto de ciclo), quer de '180 em 180 graus' (de meio em meio ciclo) etc.
Abaixo apresentamos o estado de uma onda senoidal dividida em 'graus':

Recordemos que as ondas senoidais (sinais de C.A.) são, via de regra, geradas por máquinas dotadas de um rotor, que giram dentro de um campo magnético. Uma volta completa do rotor do gerador de tensão (360^o), corresponde a um ciclo da onda senoidal. Conseqüentemente 180^o corresponde a meia volta, 90^o a  um quarto de volta e assim por diante. Usando este método, algum ponto no gráfico da onda senoidal pode ser identificado por um número particular de graus através do ciclo. É o que se denomina verificar a fase da onda naquele instante.

Assim, se duas ondas senoidais tiverem a mesma freqüência e ocorrerem ao mesmo tempo, como em (A) na ilustração abaixo, diremos que elas estão em fase, ou melhor, em concordância de fase.

Se os estados de duas ondas não são concordantes no tempo, diremos que elas estão fora de fase.
Quando isso ocorre, a diferença na fase pode ser medida em graus e é denominado de ângulo de defasagem (j). Na ilustração acima, em (B), você pode perceber que as duas ondas estão um quarto de ciclo fora de fase, assim, o ângulo de defasagem entre elas é j = 90^o. 

'Ouvindo' algumas ondas

O significado físico da grandeza freqüência e amplitude poderá ser melhor compreendido se compararmos os sons produzidos quando diferentes sinais C.A. são direcionados para um alto falante. Todavia, como sabemos, nem todas as freqüências são audíveis. A escala de alta fidelidade é definida para a reprodução de sons desde 20 Hz até 20 kHz; aproximadamente a mesma gama de freqüências dos denominados 'sons audíveis', na Acústica. Essa gama vai 'encurtando' com o avançar da idade das pessoas, principalmente no extremo das altas freqüências. Se você não dispõe de um equipamento de alta fidelidade (decente) provavelmente nunca irá desfrutar de toda a gama disponível, por exemplo, nos sinais de TV e FM comercial.

 Significados alternativos             altura de uma nota musical é o mesmo que sua freqüência
             intensidade ou 'volume' de uma nota musical é o mesmo que sua amplitude

Suas orelhas (até uns tempos atrás deveríamos dizer 'ouvidos') são particularmente sensíveis aos sons na escala média, aproximadamente de 500 Hz a 2 kHz, correspondendo com a escala das freqüências encontradas no discurso humano. Os sistemas de telefone têm um desempenho de alta freqüência pobre mas trabalham eficazmente nesta escala média. Quando você projetar um sistema de alarme, com uma saída audível, é importante manter a freqüência dos sons dentro desta escala média.

Os diagramas abaixo mostram formas de ondas de freqüências e amplitudes diferentes. Esses sinais podem ser reproduzidos em seu sistema de som de seu computador.

Ligue seu áudio e clique nos ícones dos alto falantes , abaixo, para reproduzir cada som:

	Som de 250 Hz (Up = 0,5V)		Som de 250 Hz (Up = 1,0V)
	Som de 500 Hz (Up = 0,5V)		Som de 500 Hz (Up = 1,0V)
	Som de 1 kHz (Up = 0,5V)		Som de 1 kHz (Up = 1,0V)

Estes sinais de ondas senoidais produzem um som de tom 'puro'. Se a amplitude for aumentada (aumente o ganho de seu áudio), o som é mais forte. Se a freqüência for aumentada, a altura do som é mais elevada.

Outras formas de sinal podem geram sons com a mesma altura fundamental, mas soam de forma diferente para nosso sistema auditivo. Compare os sons das ondas senoidais acima com os sinais de ondas quadradas de 500 Hz e de 1 kHz:

	Som de 500 Hz (Up = 0,5V)		Som de 1 kHz (Up = 0,5V)

Os sons percebidos devido às ondas quadradas soam mais áspero porque o sinal contém algumas freqüências adicionais que são múltiplos da freqüência fundamental. Estas freqüências adicionais são chamadas harmônicos. Os sons provenientes de instrumentos musicais diferentes são diferenciados por seu índice de harmônicos que acompanham o som fundamental.

Voltar aos Tópicos

Superpondo ondasAs ondas senoidais podem ser 'misturadas' com sinais C.C. ou com outros sinais senoidais e, com isso, produzir novas formas de ondas. Veja aqui um exemplo de forma de onda complexo:

O complexo aqui destacado não significa difícil de compreender, denota apenas que não é um sinal 'puro' e sim superposição de vários sinais. Uma forma de onda como a acima ilustrada pode ser pensada como a superposição de dois sinais distintos, um componente C.C. e um componente C.A. Na prática, é bastante fácil separar estes dois componentes; basta usar um capacitor, ele 'deixa passar' a componente C.A. e bloqueia a componente C.C.

Algumas formas de onda, ainda complexas, podem ser obtidas superpondo uma onda senoidal, de uma dada freqüência, com outras ondas cujas freqüências são múltiplos inteiros dessa dada freqüência, ou seja, superpondo ondas harmônicas com a onda fundamental.

Os gráficos abaixo ilustram, de início, a onda fundamental (f_o = 0,5 Hz; T_o = 2s) e seus três primeiros harmônicos de ordem ímpar (f₃ = 3.f_o = 1,5 Hz; T₃ = 0,67s)(f₅ = 5.f_o = 2,5 Hz; T₅ = 0,40s)(f₇ = 7.f_o = 3,5 Hz; T₇ = 0,28s), de amplitudes cada vez mais reduzidas e, a seguir, as superposições desses harmônicos com o fundamental:

fo = 0,5 Hz; To = 2s                                   f3 = 3.fo = 1,5 Hz; T3 = 0,67s

f5 = 5.fo = 2,5 Hz; T5 = 0,40s                             f7 = 7.fo = 3,5 Hz; T7 = 0,28s

Como podemos observar, quanto mais harmônicos ímpares são superpostos à onda fundamental mais ela nos lembra da onda quadrada.
Este resultado notável, de aplicação bastante ampla, ilustra um princípio formulado pelo matemático francês Joseph Fourier, que diz:

Qualquer forma de onda complexa pode ser construída pela superposição de ondas senoidais puras, harmônicas particulares da onda fundamental.

A onda quadrada, como vimos, as ondas triangulares e as ondas dente-de-serra podem ser produzidas da mesma maneira.

Mais ondasEsta parte da Teoria IV esboça outros tipos de sinais que você pode encontrar em sua vida profissional. Os circuitos que geram estes sinais são, de modo geral, 'chips' muito práticos (caso do NE555, por exemplo) ou interligação de circuitos integrados específicos.

Ondas quadradas - como o são as ondas senoidais, essas também são descritas em termos do período, da freqüência e da amplitude:

A amplitude de pico, U_p, e a amplitude pico-a-pico, U_pp, são medidos como você já esperava, seguindo a mesma linha das ondas senoidais. Entretanto, a amplitude rms, U_rms, é maior que aquela da onda senoidal (as áreas abrangidas pelas meias-ondas são maiores na quadrada que na senoidal). Para ver isso sob outro ângulo, lembramos que a amplitude rms corresponde aquela da tensão C.C. que entrega a mesma potência que a onda senoidal. Se uma onda quadrada for aplicada a uma lâmpada incandescente, a corrente fluirá durante meio período num sentido e inverterá seu sentido no meio período seguinte; a corrente comuta seu sentido, mas sua amplitude efetiva continua a mesma! A "dose" de energia elétrica fornecida a cada meia período é maior que aquela fornecida pela onda senoidal de mesma amplitude de pico. Assim, a onda quadrada entrega a potência máxima durante todo seu ciclo, de modo que a U_rms e igual à U_p .
Nota: Se isso lhe soar um tanto desconcertante, não se preocupe, a amplitude rms de uma onda quadrada não é algo de uso tão freqüente como aquela da onda senoidal.

Embora uma onda quadrada possa comutar muito rapidamente de seu mínimo até seu máximo valor de tensão, essa mudança nunca poderá ser instantânea, do mesmo modo que nenhum móvel pode passar instantaneamente de uma velocidade para outra (sempre haverá uma fase de aceleração, por mais exíguo que seja o tempo de transferência).
O tempo de subida do sinal é definido como o intervalo de tempo necessário para a tensão mudar de 10% a 90% de seu valor máximo. Esses 'tempos de subida' são geralmente muito curtos, com durações medidas em nanosegundos (1 ns = 10^-9 s) ou microsegundos (1 ms = 10^-6 s), conforme vemos na ilustração a seguir:

Ondas de pulso - o aspecto geral é o de uma onda quadrada, exceto que as formas de ondas de pulsos têm toda sua ação se desenvolvendo acima do eixo dos tempos (apenas valores positivos de tensão). No início de um pulso, a tensão muda repentinamente de um "nível baixo" (perto do eixo dos tempos) para um "nível alto" (em geral perto da tensão da fonte de alimentação).

Esse sinal também é reconhecido pela denominação trem de pulsos, caracterizado pela alternância entre um estado (nível) de amplitude nula (ou quase nula) e outro de amplitude máxima, com durações iguais. Quando o tempo de duração em um dos estados é maior/menor que no outro, recebe o nome de trem de pulsos retangulares. Esse tipo de sinal é utilizado sobretudo para a "modulação por largura de pulso" (PWM); também pode ser usado como elemento básico de 'síntese subtrativa' em sintetizadores analógicos. Em Informática, tais sinais são utilizados na transmissão serial de dados em redes de computadores.

Algumas vezes a 'freqüência' de uma forma de onda de pulso (quadrado) é indicada como sua "taxa de repetição"; nada para estranhar, é o seu número de ciclos por segundo, medido em hertz (Hz) ou seus múltiplos.

A fase ALTA do pulso retangular é denominada marca (ou ainda, largura de pulso), enquanto que a fase BAIXA é denominada espaço. Como salientamos, nos pulsos retangulares, marca e espaço não têm duração iguais; a razão (grandeza adimensional) entre os tempos_em_alta (marca) e os tempos_em_baixa (espaço) fica assim definida:

Uma razãomarca/espaço = 1,0 (como na ilustração acima) significa que os tempos da fase ALTA e os da fase BAIXA são iguais; quando a razãomarca/espaço = 0,5 (como na ilustração abaixo, esquerda)) teremos a indicação de que o tempo em ALTA é metade daquele em BAIXA.

Uma razãomarca/espaço = 3,0 (como na ilustração acima, direita)  indica uma fase em ALTA de maior duração, neste caso, três vezes maior que o tempo em BAIXA.

Outro modo de descrever esses variados tipos de forma de onda através da comparação dos tempos das fases em ALTA e em Baixa é através do ciclo ativo ("duty cycle"), assim definido:

Quando o 'ciclo ativo' é menor que 50%, teremos a indicação de que o tempo_em_alta é de menor duração que aquele em baixa.

Um circuito que produza uma série contínua de pulsos é denominado astável, isto é, ele não é 'estável' pois sua saída fica continuamente 'pulando' de nível alto para nível baixo. Esses 'geradores de pulsos' têm larga aplicação em eletrônica (o fabuloso NE555 é um exemplo disso).

Rampas - indicam uma fase da forma de onda onde a tensão é linearmente crescente ou decrescente, como se ilustra:

A grandeza denominada razão de rampa, que descreve com que rapidez a tensão elétrica aumenta ou diminui na unidade de tempo é medida em 'volts por segundo' (V/s). Tais 'subidas' ou 'descidas' de tensão, obviamente não podem continuar indefinidamente; elas cessam quando se atinge o nível de saturação, geralmente um valor perto da tensão de alimentação do circuito. Os 'geradores de rampa', assim como os 'geradores de pulso' encontram inúmeras aplicações na eletrônica.

Ondas triangulares e dentes-de-serra - consistem em formas de onda que são essencialmente 'rampas' de subida e de descida em determinada cadência. Melhor explicando: (a) na onda triangular a amplitude cresce linearmente até um valor máximo da onda e em seguida decresce linearmente até uma amplitude mínima; esses tempos de subida e descida podem ser iguais ou diferentes e (b) na onda dente-de-serra, um caso extremo de onda triangular, temos tempo de subida ou de descida igual a ZERO, caracterizando a onda dente-de-serra descendente e a onda dente-de-serra ascendente. As ondas dente-de-serra têm aplicação decisiva nos circuitos de varredura de osciloscópios e TVs.

Sinais de áudio - Como sabemos, as freqüências das ondas sonoras que podem ser detetadas por nosso sistema auditivo íntegro, pertencem a uma gama cujos limites são função de vários fatores (a idade, por exemplo). A gama, tradicionalmente citada, tem como limites os valores 20 Hz e 20 kHz. Uma onda senoidal dessa gama,  amplificada e capaz de excitar um alto falante, nos dará a impressão de um tom de áudio puro, sem muita 'beleza' musical. Os reais sinais de áudio como os discursos e a música consistem de superposições de muitas freqüências diferentes (ilustração abaixo, à esquerda).

Ruído - Um sinal de ruído (ilustração acima, à direita) consiste em uma mistura de freqüências com amplitudes aleatórias. O ruído pode ter várias origens; um importante, é o ruído térmico (efeito Johnson). Outras fontes de ruído incluem os sinais de rádio (que são detetados e amplificados por muitos circuitos e não apenas pelos receptores de rádio), as interferências por 'chaveamento' de dispositivos (SCR e TRIACs, por exemplo), as trovoadas etc. Os projetistas de sistemas elétricos tentam, no geral, eliminar ou mesmo minimizar tais ruídos porém, outros projetistas, cuidam especialmente de sua produção (geradores de ruídos usados em sintetizadores eletrônicos de música e outros efeitos especiais).