Osciloscópio Caseiro (DIY) para áudio utilizando televisor de tubo (CRT) [Tutorial]

Para a área de eletrônica, de modo simplificado e resumido, um osciloscópio pode ser compreendido como um equipamento, instrumento, tecnologia ou, melhor dizendo, ferramenta (uma tecnologia que dá suporte a uma ação) que serve para visualizar, medir e analisar sinais elétricos. De modo mais simples ainda, podemos entender como uma ferramenta que serve para visualizarmos como os sinais elétricos variam de acordo com o tempo. Originalmente, os osciloscópios foram desenvolvidos utilizando Tubos de Raios Catódicos (Cathode Ray Tube – CRT), que nada mais são do que os monitores das nossas antigas televisões, também conhecidas como TVs de Tubo. Mas, como se dá a formação da imagem nesses aparelhos CRT?

Em uma explicação simplificada sobre o funcionamento do CRT, que serve tanto para osciloscópios quanto para aparelhos televisores, podemos pensar no seguinte. A tela em si possuí um vidro e uma camada normalmente revestida de fósforo. Esse fósforo, quando excitado eletricamente, brilha, ascende. No caso, como é um aparelho televisor em preto e branco. Conforme a intensidade, quantidade de energia que recebe o fósforo da tela, ele ascende mais ou ascende menos, chegando totalmente ao branco, tons de cinza ou preto. Além disso, logo atrás da nossa tela, teremos uma duas placas defletoras, que vão direcionar os elétrons no eixo vertical e horizontal. Tal encaminhamento dos elétrons nesses dois eixos, somado a intensidade que o fósforo ascende, que dará a noção de imagem. Atrás disso, atrás das placas deflectoras temos uma bobina que centraliza o feixe de elétrons que serão disparados em nossa tela, de modo que estes cheguem de maneira uniforme antes de serem distribuídos. Atrás dessa bobina temos um canhão de elétrons que dispara o nosso feixe de elétrons. Este canhão basicamente funciona a partir de uma válvula que converte a eletricidade em um feixe de elétrons que será disparado para frente. Ou seja, temos algo que converte energia em um feixe de elétrons, que são disparados para frente, centralizados, distribuídos em eixos vertical e horizontal e, por fim, os elétrons excitam a camada de fósforo na tela. O esquemático abaixo explicita visualmente o que expliquei de maneira simplificada nesse parágrafo.

Diagrama em corte de um tubo de raios catódicos de deflexão eletrostática de um osciloscópio típico. 1. Placas defletoras horizontais e verticais 2. Canhão de elétrons 3. Feixe de elétrons 4. Bobina de centralização do feixe 5. Face interna da tela, revestida de fósforo. Imagem licenciada sob Creative Commons BY-SA 3.0. Fonte: Wikipédia, https://pt.wikipedia.org/wiki/Tubo_de_raios_cat%C3%B3dicos#/media/Ficheiro:CRT_oscilloscope.png

Além disso, para a formação da imagem na tela, teremos um ponto formado pelo feixe de elétrons, com coordenadas x e y (horizontal e vertical, também descritos como hs e vs, ou hsync e vsync – horizontal sync e vertical sync) que varre a tela inteira em um movimento de zig-zag, indo da esquerda para a direita e de cima para baixo, indo até do começo ao final de uma linha e indo para a próxima linha, até chegar ao final da tela e repetindo tudo novamente de seu começo. Este ponto é muito pequeno e percorre a tela a uma velocidade tão alta que somente percebemos seu traço, uma imagem final. Isso acontece “enganando” o nosso cérebro e olhos com a velocidade do ponto, um fenômeno que conhecemos como persistência da visão.

Esquemático mostrando como o ponto percorre a tela do aparelho CRT. Fonte: https://courses.csail.mit.edu/6.111/f2008/handouts/L12.pdf

Toda a movimentação deste ponto em tela ocorre por meio de um conjunto de componentes eletrônicos que criam ondas que alteram tanto as coordenadas em hs quanto em vs. Não sendo definido pelo aparelho, podemos modificar o movimento em hs ou vs a partir de sinais elétricos vindos de qualquer outro aparelho, como é no caso de um osciloscópio.

Para profissionais da área de eletrônica, os equipamentos de osciloscópio são fundamentais para o estudo de circuitos eletrônicos, seja para aprender sobre o funcionamento de um circuito pré-existente, ou para a análise de um circuito em desenvolvimento. É comum que os osciloscópios comercializados para este tipo de aplicação, eletrônica, sejam repleto de funções de visualização de ondas.

Exemplo de osciloscópio profissional para área de eletrônica e eletrotécnica. Fotografia de um osciloscópio da marca Tektronix, TDS 210. Fonte: Por smial – Obra do próprio, FAL, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3363366

Além da aplicação prática para a área de eletrônica, a ideia de visualizar sinais elétricos a partir de um monitor CRT, deu espaço para experimentações nas mais diversas áreas, como a de videogames e música-vídeo.

Dentro da história dos jogos eletrônicos, o uso de osciloscópios para geração de gráficos é uma pedra fundamental. Um dos primeiros registros de jogos eletrônicos seria o Tennis for Two, desenvolvido pelo físico William Higinbotham em 1958. O jogo é extremamente simples, consistindo no desenho de uma vista lateral de uma quadra, da representação de uma rede ao meio do campo e da representação de uma bola que pode ser rebatida para os dois lados. O controle da bola é realizado por um joystick que se vale de um potenciômetro e um botão.