Automação Industrial Análise de circuitos - Aula I

ANÁLISE DE CIRCUITOS I
( AULA 01)
1.0 – Instrumentos e Medições: O MULTITESTE
O multiteste é um instrumento de medida elétrica que, geralmente, permite executar
medidas de diversas grandezas elétricas: tensão, corrente e resistência entre outras. A grande
maioria dos multitestes mede tensão contínua, tensão alternada (senoidal), corrente contínua e
resistência. Um multiteste analógico (de ponteiro) é construído a partir de um instrumento de
bobina móvel e imã permanente (BMIP) que fornece uma deflexão em um ponteiro
proporcional a corrente que atravessa o instrumento. A grandeza básica medida é corrente
contínua; as demais grandezas devem ser transformadas em uma corrente contínua
proporcional para que possa haver uma indicação do ponteiro do instrumento. Um multiteste
digital usa um circuito integrado em que uma tensão contínua é comparada com uma
referência interna e o resultado mostrado em um visor de 3½ ou mais dígitos. A grandeza
básica medida é tensão contínua, sendo as demais grandezas obtidas a partir de circuitos que
fornecem uma tensão contínua proporcional à grandeza a ser medida.
1.1 - Funcionamento do movimento BMIP(bobina móvel imã permanente)
O movimento do sistema de bobina móvel imã permanente é a base de um multiteste analógico
é mostrado na figura acima. Consta de uma bobina que pode girar dentro de um campo
magnético radial gerado por um imã permanente e conformado por um núcleo de ferro doce. A
bobina é suspensa for fios ou por duas hastes apoiadas em mancais de baixo atrito. Quando a
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suspensão é por mancais, duas molas espirais mantém o conjunto em uma posição de repouso
correspondente ao zero da escala. Ao circular corrente pela bobina o campo gerado tende a
alinhar-se com o campo gerado pelo imã, fazendo com que um ponteiro acoplado à bobina se
mova sobre uma escala graduada com um movimento angular proporcional à corrente. Esse
movimento angular pode ser medido na escala que é construída de modo que a leitura
corresponda à corrente que circula pela bobina. Para uso como instrumento básico do
multiteste, é interessante que a deflexão do ponteiro ocorra com a menor corrente possível. A
maioria dos multitestes usa movimentos BMIP cuja deflexão à plena escala corresponde à
aproximadamente 50 A.
1.2 – O uso do Multiteste
Como foi aprendido na Física, tensão (diferença de potencial) é uma grandeza associada
com dois pontos, cada um dos quais possui determinado potencial eletrostático em relação a
alguma referência. O que se mede ao usar o multiteste é a diferença de potencial entre os dois
pontos. O movimento da agulha sobre a escala, no caso de um multiteste analógico ou a leitura
no visor, no caso de um multiteste digital, corresponde à amplitude da tensão (d. d. p.). O
sentido do deslocamento da agulha ou o sinal, dependendo da localização das duas ponteiras,
indica qual dos dois pontos possui o maior potencial.
Resumindo, para medir tensão é necessário conectar cada ponteira a um dos dois pontos entre
os quais desejamos medir a tensão. Já a medida de corrente é diferente. Corrente é uma
medida relacionada com a quantidade de portadores elétricos que circula ATRAVÉS de um
componente qualquer (incluindo um condutor). Para medir uma corrente é necessário que esta
corrente também circule através do instrumento. Para tanto é necessário abrir o circuito e
inserir as ponteiras no mesmo de modo a possibilitar a circulação da corrente que se deseja
medir através do multiteste.
1.3 - Medida de tensão contínua
1.3.1 - Multiteste analógico
Nesta medida o multiteste analógico comporta-se como um amperímetro de corrente
contínua muito sensível ligado em série com resistores calibrados. Estes resistores fazem com
que a corrente que circula pelo instrumento seja proporcional à tensão aplicada.
Se aplicarmos uma tensão contínua V aos terminais, circulará uma corrente
I = V/R,
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onde R é a resistência interna do multiteste (resistor calibrado mais resistência do fio da
bobina do amperímetro).
Como R é conhecido, através da medida da corrente I podemos determinar o valor da
tensão aplicada:
V=R
I.
A escala do multiteste já está convenientemente marcada em volts e as diferentes escalas
podem ser escolhidas através de uma chave rotativa. É necessário lembrar que a resistência
interna do multiteste pode afetar as leituras obtidas. Por exemplo, se um instrumento BMIP
cuja corrente de fundo de escala é de 1mA for usado para medidas de 0-50V a resistência
total do instrumento deve ser 50k pois,
R = V/I = 50/0,001 = 50000 .
Ao medirmos a tensão sobre o resistor RB do circuito abaixo, que sabemos ser 50V.
a ligação do instrumento em paralelo com RB formaria o seguinte circuito:
onde a tensão lida pelo multiteste sobre RB seria:
VRB = 100
(50//50)/[50+(50//50)] = 33,3...V
Para que o erro introduzido pelo instrumento possa ser desprezado, é necessário que a
resistência interna do multiteste na escala usada seja muito maior que a resistência equivalente
do circuito no qual desejamos medir a tensão.
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1.3.2 Multiteste Digital
No multiteste digital a comparação da tensão a ser medida é, geralmente, feita com uma
tensão de referência de 100mV. Se o visor pode apresentar valores de até 1,999, isto significa
que a escala básica de tensão contínua é de 0 – 199,9mV, freqüentemente chamada de escala
de 0 – 200mV. Para que tensões maiores possam ser medidas é necessário que circuitos
apropriados sejam incluídos que fornecem na saída uma tensão que seja uma potência de 10
vezes menor que a tensão de entrada. Por exemplo, se VI = 19V deve ser feita uma divisão
por 100 para que a tensão aplicada ao circuito integrado seja de 190mV e possa ser medida
pelo multiteste. Como no instrumento analógico, a escala é escolhida através de uma chave
seletora que, adicionalmente, ajusta a posição do ponto decimal do mostrador.
A resistência de entrada do multiteste digital é fixa para todas as escalas de tensão e seu
valor geralmente é de 10M . Como esta resistência é muito maior que a resistência interna da
maioria dos circuitos, a interferência do multiteste digital na tensão que está sendo medida
pode ser desprezada na maior parte dos casos.
1.4 - Medida de tensão alternada
Como as grandezas básicas medidas pelos multitestes são contínuas, é necessário incluir
no circuito para medida de tensões alternadas um dispositivo chamado retificador que
transforma tensões com forma de onda senoidal em tensões contínuas proporcionais a alguma
característica da senóide (amplitude, valor médio etc).
1.5 - Medida de corrente contínua
1.5.1 - Multiteste Analógico
Como a medida básica do multiteste analógico é de corrente contínua, basta aplicar a
corrente a ser medida diretamente ao instrumento. Caso a corrente seja maior que a
correspondente ao fundo de escala é necessário acrescentar circuitos derivadores que
desviam parte da corrente que circula pelo circuito. Como nas medidas de tensão os
derivadores são selecionados através de uma chave em que cada posição corresponde a uma
escala de corrente como no circuito abaixo.
1.5.2 - Multiteste digital
Sendo o multiteste digital um instrumento que compara tensões contínuas, é necessário
inserir no circuito resistores calibrados que produzem uma tensão proporcional à corrente e
podem ser escolhidos através de uma chave. É importante observar que nos dois casos uma
resistência externa é inserida no circuito onde a corrente deve ser medida, alterando a
resistência do caminho de corrente. Dependendo da grandeza da resistência inserida a
corrente no circuito pode ser alterada pela presença do multiteste (como exemplo, tomemos o
multímetro Minipa ET-2081, que na escala de 400µA, insere uma resistência de 1KΩ em série,
na escala de 40mA esta resistência cai para 10Ω e na escala de 400mA, aproximadamente cai
para 1Ω).
1.6- Medida de resistência
1.6.1 - Multiteste analógico
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A Lei de Ohm é usada na forma:
I = V / R.
Se a tensão V for conhecida (fornecida por uma pilha ou bateria), medindo o valor da
corrente I podemos calcular a resistência R.
O valor da resistência vem diretamente indicado na escala do instrumento. Observe-se
que a relação entre a resistência e a corrente é inversa, consequentemente a escala de
resistência será não-linear e terá o zero à direita(corrente máxima). Componentes adicionais
são necessários para evitar que a corrente máxima ultrapasse o valor de fundo de escala do
instrumento e para compensar a variação da tensão de alimentação fornecida por pilhas ou
baterias.
1.6.2 - Multiteste digital
A Lei de Ohm é usada na forma
V = R * I.
Uma fonte de corrente constante (o multímetro Minipa ET-2081 aplica 800µA na escala
de 400Ω, 80µA na escala de 4KΩ, 20µA na escala de 40KΩ e 2µA na escala de 400KΩ,
aproximadamente) é usada para fornecer a corrente I com valor conhecido e a resistência R
pode ser determinada medindo a tensão V sobre o resistor.
1.7 - As Medidas de Tensão no Multímetro Analógico
O multímetro analógico possuí um ponteiro no painel para indicar o valor da unidade a ser
medida. É menos preciso que o digital na medida de tensões ou resistências, porém é o mais
eficiente no teste de componentes eletrônicos. O ideal é que o multímetro analógico tenha a
escala de X1 e X10K no mínimo, quanto mais escalas melhor, observe atentamente o modelo
de multímetro a seguir.
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A medida da tensão elétrica é medida em volts, por isso o multímetro tem uma seção para
a medida da tensão alternada (ACV) várias escalas várias escalas para medir o nível da
tensão, e uma seção para a medida de tensão contínua (DC) e várias escalas para medir o
nível da tensão. É preciso estar atento para o tipo de tensão que se deseja medir e também
para o nível da tensão que se deseja medir, se não for conhecido o nível da tensão, é
recomendável que se inicie a medida da tensão da escala mais alta e vá baixando a escala até
conseguir uma leitura correta da tensão. Nos multímetros digitais o valor da escala é
visualizado diretamente no display, já para multímetros analógicos é preciso ter atenção e uma
interpretação dos valores medidos.
Para um bom multímetro analógico, os valores encontrados para a medição de corrente
contínua (DC) com a escalas mais comuns são 200mV, 2V, 20V, 1000V, mas dependo do tipo
do multímetro podem existir outras escalas. Para a medição de corrente alternada (AC) as
escalas mais comuns são 50V, 200V, 750V, 1000V, para os multímetros mais simples as
escalas geralmente são 200V e 750V. A seleção da seção e das escalas é feita através de uma
chave rotativa.
“O importante ao usar um multímetro, é saber selecionar a seção e a escala correta para
o tipo da medição a ser feita, e é claro, saber interpretar o que o ponteiro indica.”
A seção para a medição de tensão contínua é indicada por VCC, DCV, VDC ou um V com
duas linhas sobre ele, uma linha tracejada e a outra linha contínua. A seção para a medição de
tensão alternada é indicada por VCA, ACV, VAC ou um V com um ~ (til) sobre ele. Para medir
o nível de tensão em um determinado ponto é necessário que as pontas de prova sejam
colocadas em paralelo com o ponto a ser medido. Se for de interesse medir a tensão aplicada
sobre uma lâmpada devemos colocar uma ponta de prova de cada lado da lâmpada, isto é
uma ligação em paralelo. No caso de uma lâmpada incandescente encostamos uma ponta de
prova na rosca e outra na parte inferior e metálica do conector da lâmpada.
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“Estas medidas devem ser feitas com critério, durante uma medida nunca devemos
encostar as mãos em nenhuma parte metálica da ponta de prova ou dos pontos que
estão sendo medidos, caso isto aconteça corre-se o risco de choque elétrico e/ou
termos uma leitura errada.”
É bom praticar bem antes de manipular as pontas de provas e começar a medir tudo que
encontrar pela frente. Sempre, mas sempre mesmo, preste muita atenção, o borne comum,
normalmente indicado por COM, e é onde deve estar sempre ligada a ponta de prova preta. O
borne indicado por V/Ohms/mA é onde deve estar conectada a ponta de prova vermelha para a
medição de tensão contínua ou tensão alternada, medição de resistência e medição corrente
na ordem de miliampères. Nos multímetros analógicos, se for realizada uma medida de tensão
contínua e o ponteiro defletir ao contrário, ou seja, para trás, isso significa que as pontas de
prova estão invertidas, ou seja, a ponta de prova vermelha está sendo colocada no ponto
negativo do nível de tensão que está sendo medida, e conseqüentemente a ponta de prova
preta está sendo colocada no ponto positivo do nível de tensão que está sendo medido, é
preciso trocar a posição das pontas de prova para uma leitura correta. A chave de liga-desliga
de um multímetro digital geralmente é uma das posições da chave rotativa, mas também pode
ser uma chave ao lado do instrumento, para economizar bateria, desligue o multímetro caso
não esteja utilizando.
1.8 - Para Medir tensão Alternada:
Coloque a chave na escala ACV mais próxima acima da tensão a ser medida, no caso
esperamos encontrar em torno de 220 volts, então escolha na seção ACV a primeira escala
superior a 220 volts, em nosso exemplo a primeira escala superior é 250 volts. Não tem
importância a polaridade das pontas na medição da tensão alternada, pois nos circuitos
eletrônicos costuma-se ser feita a medida na entrada da rede ou nos secundários do
transformadores de alimentação.
Sempre lembrando que existe o perigo de tomar choques, então muito cuidado para não
tocar nas partes metálicas.
Abaixo vemos como deve ser feita esta medida usando a escala de ACV, lembrando que
se não tiver tensão nos filamentos, o ponteiro não se moverá e se a tensão for maior que a
tensão máxima que pode ser medida na escala escolhida, o ponteiro irá bater no final da
escala, podendo via a danificar permanentemente o multímetro.
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No exemplo acima não existe perigo de choque, pois espera-se encontrar um nível baixo
de tensão, mas é bom se acostumar a não encostar as mãos ou qualquer parte do corpo nas
pontas de provas ou em partes metálicas, pois podem mostrar tensão abaixo da que realmente
existe no ponto medido, e existe o perigo de choque elétrico.
1.9 - Para medir tensão contínua:
Geralmente as tensões no circuito eletrônico são medidas em relação ao terra, então coloque a
ponta preta no terra e com a ponta vermelha meça a tensão nos terminais do transistor e
compare com o valor de tensão indicado no esquema.
Veja abaixo:
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