INTRODUÇÃO EXPERIMENTO - Inf

Técnicas Digitais para Computação
Laboratório: AP03
Turma: A
Nomes:
Miller Biazus – 187984
Raphael de Leon Ferreira Lupchinski – 191942
INTRODUÇÃO
No laboratório 3 foram propostas algumas atividades, como:
− Interação com o osciloscópio, bem como visualização de suas formas de ondas a
partir de dois canais (CH1 e CH2);
− Ajustar os circuitos propostos na protoboard, usand fonte geradora de ondas
quadradas com tensão de 0 a 10 volts nos dois circuitos, e tensão de 0 a 4 para apenas o
primeiro circuito, com frequência aprox. de 1kHz;
− Registrar sinais de entrada e saída;
− Calcular o valor do capacitor em todos os casos.
*Circuitos propostos para a aula prática
EXPERIMENTO
Primeiramente, vale ressaltar que todo o experimento foi feito usando-se uma
frequência de 1kHz (grandeza que pode ser descrita pela equação ϝ = 1 / T ).
O osciloscópio nos gerava automaticamente gráficos bi-dimensionais visíveis
para as diferenças de potencial.
Representação fotográfica do primeiro circuito proposto
Uma observação importante é que, tendo em vista que à medida que mais
cargas vão se acumulando no capacitor, maior é a oposição do capacitor à corrente.
Usamos, no experimento, CH1 como entrada e CH2 como saída.
τ do primeiro capacitor (o que é usado apenas no primeiro
circuito), carregado com uma variação de 6,72V, é de 120µs, onde τ = RC (resistência
O tempo de carga
vezes capacitância).
Taxa de crescimento da carga no capacitor no momento de carregamento
A fórmula geral do experimento é
τ
= RC
, que será ajustada para o cálculo da capacitância:
C =
τ
/ R
Com um capacitor, carregando
Experimentos foram feitos ao atingir 67% da capacidade do capacitor
Segundo sugerido, calculamos e medimos primeiramente os valores na subida
da onda sobre o capacitor.
Tempo para carregar (Vin) =120µs (quando carregado com uma variação de 6,72V).
Resistência = 1200Ω
Capacitância = 0,10µF
No descarregamento, os resultados foram os seguintes:
Tempo para descarregar (Vcap) =132µs (quando carregado com uma variação de 6,72V)
Resistência=1200Ω
Capacitância =0,11µF
Equações que definem a curva de descarga:
VC = VR = VF * (e^(-1/ RC))
I=Vf/R * (e^(-1/ RC))
Com um capacitor, descarregando
Na média o capacitor possui uma capacitância de 0,105F.
De 0 a 4V:
2,68(tensão a 67%)
Tempo para carregar (Vin) =184µs
Resistência=1200
Capacitância=0,153 F
Com um capacitor, carregando, de 0 a 4V
Analogamente, calculamos para o segundo capacitor.
Tempo para carregar (Vin) =184µs (quando carregado com uma variação de 6,72V).
Resistência = 1200Ω
Capacitância = 0,15µF
Com dois capacitores, carregando
Com dois capacitores, descarregando
No descarregamento:
Tempo para descarregar (Vcap) =212µs (quando carregado com uma variação de 6,72V)
Resistência=1200Ω
Capacitância =0,17µF
A ligação em paralelo dos capacitores aumenta a capacitância total do circuito
pois aumenta a área de placas recebendo cargas.
Como todos os capacitores estão sujeitos a mesma tensão:
V1 = V2 = V
Contudo, cada capacitor carrega independentemente do outro, e a capacidade
de carga aumenta e, assim, a capacitância equivalente dos dois capacitores em paralelo é
dada pela soma das capacitâncias dos capacitores.
OBSERVAÇÕES IMPORTANTES
1ª: De acordo com uma interdependência entre a corrente que atravessa o
capacitor e a variação de tensão:
i = C * (V / τ)
De fato, pode-se claramente perceber uma estrita relação, e conclue-se que:
− Quanto mais rápido variar a tensão sobre o capacitor, maior será a corrente
que o atravessa.
− Em variações de tensões num intervalo de tempo ínfimo, a corrente no
capacitor tende ao infinito. Ora, já não se pode obter correntes infinitas, a conclusão é de
que a tensão nos terminais do capacitor não pode mudar instantaneamente, já que se a
variação do tempo for 0 (denominador=0), a corrente tende ao infinito.
2ª: Quando o período (T) entra na casa dos “ns” (nanossegundos), a freqüência
aumenta inversamente, segundo a regra em que f = 1/T. Assim sendo, a freqüência atinge
a casa dos GHz (Gigahertz), impossibilitando o correto funcionamento do capacitor, não o
permitindo carregar/descarregar em tempo hábil.
3ª: Basicamente todos os elementos de um circuito integrado possuem fatores
R e/ou C, como por exemplo, um fio, que possui uma resistência muito pequena, podendo
ser desprezada para fins de cálculo. Capacitores possuem fatores de C (capacitância)
assim como transistores e portas lógicas. Portas lógicas, em especial, além de
capacitância, possuem uma resistência pequena. Outros elementos, como uma fonte de
tensão possuem uma resistência interna, que embora seja pequena, interfere
significantemente no valor da corrente do circuito.
4ª: Com a alteração da voltagem, a constante de tempo não muda, já que a
fórmula é interpretada como e^(-t/(r*c)), e não se tem uma variável voltagem na fórmula.
Percebemos, tanto no laboratório quanto em pesquisas posteriores, que ao se
fazer um curto-circuito nos terminais de um capacitor carregado, o mesmo irá
descarregar-se instantaneamente, e para o controle de tempo de descarga liga-se um
resistor em paralelo com o capacitor .
Dificuldades: Para este experimento, foi mais complicado a adaptação ao
osciloscópio, mas após uma boa explicação do professor, o trabalho de gerar os gráficos
se tornou mais fácil.
A sugestão é que se mantenham, em todos os laboratórios, se possível, uma
explicação breve do uso do programa, mas mais aprofundado do que está explicado no
.pdf.