Laboratório Nº 3

CET - Electromedicina
Unidade Curricular de Eletrónica
Laboratório Nº 3
Simulação
Corrente Alterna em Resistências, Condensadores e
Bobinas
Grupo
nº
António Roque
Número
Nome
Laboratório Electrónica
Data
2012/2013
Página 1
1 Objetivos
Após completar estas atividades o aluno deverá ser capaz em circuito com resistências,
condensador e Bobinas, simular os respetivos circuitos em PSpice, observar as formas
de onda da tensão e da corrente num circuito R, RL e RC série. Verificar o valor da
frequência , do período e a desfasagem entre a corrente e a tensão para cada um dos
casos em estudo.
2 Material
 Programa PSpice
3 – Análise de Circuitos resistivos
Desenhe os circuitos da figura 1 utilizando o Schematics do MicroSim. Para os
parâmetros da fonte de tensão alternada sinusoidal, Vi, considere a fonte tipo VSIN,
com: VAMPL=4 a 10V, FREQ=1kHz . Após conclusão e gravação do trabalho proceda
ao Setup da análise Transient, considerando para o parâmetro Final time=2ms e Step
Ceiling=1μs.
Ajuste o gerador de funções para a frequência e tensões pico-a-pico (Vpp) da tabela 1 e registe
os valores obtidos.
U
~
I
R1
1K
Tabela 1 – Medida de tensão e corrente
Frequência
(Hz)
1000
1000
1000
1000
Entrada
(Vpp)
4
6
8
10
Corrente
(mA)
Figura 1
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Registe na figura 2 as formas de onda da tensão U e da corrente I para a frequência de
1000 Hz e tensão Vpp de 10 V
Figura 2
Medida de período e frequência
Ajuste o valor da fonte de tensão para as frequências e tensão pico-a-pico (Vpp) da
tabela 2.
Registe o valor do período e confirme o valor da frequência através do valor obtido para
o período.
Tabela 2 – Medida de frequência e período
Frequência
Entrada
Período (s)
F=1/T (Hz)
(Hz)
(Vpp)
500
6
1000
6
15000
6
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4 - Análise de Circuitos capacitivos
A oposição à circulação da corrente num condensador chama-se reactância capacitiva e
é representada por XC. O valor teórico da reactância capacitiva (Ω) é calculado pela
seguinte fórmula (sendo f a frequência [Hz] e C a capacidade [F]):
𝑋𝐶 =
1
2×𝜋×𝑓×𝐶
Pode-se usar a Lei de Ohm para determinar XC a partir dos valores de corrente e de
tensão medidos:
𝑉𝐶
𝑋𝐶 =
𝐼
Note-se que VC é a queda de tensão no condensador e I é a intensidade da corrente.
Em circuitos de corrente alterna, os condensadores não só se opõem à passagem da
corrente mas produzem uma diferença de fase entre a tensão e a corrente, uma vez que
existe um atraso entre a carga do condensador e a tensão aplicada ao mesmo. De modo
a medir a diferença de fase entre a tensão e a corrente, é necessário seguir os seguintes
passos:
 Medir o período de uma das formas de onda da tensão e da corrente (são iguais);
 Contar o nº de divisões entre a passagem pelo zero das duas ondas;
 Utilizar a seguinte fórmula de modo a obter o valor da desfasagem (em graus):
∆𝑡 × 360
𝑇
Desenhe o circuito das figura 3 utilizando o Schematics do MicroSim. Para os
parâmetros da fonte de tensão alternada sinusoidal, Vi, considere a fonte tipo VSIN,
com: VAMPL=10V, FREQ=100 Hz a 10kHz . Após conclusão e gravação do trabalho
proceda ao Setup da análise Transient, considerando para o parâmetro Final time=2ms e
Step Ceiling=1μs.
𝐷𝑒𝑠𝑓𝑎𝑠𝑎𝑔𝑒𝑚 =
U
~
I
C1
R2
10uF
10 ohm
Figura 3
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Ajuste a fonte de tensão para a frequência e tensões pico-a-pico (Vpp) da tabela 3 e
registe os valores obtidos.
Tabela 3 – Medida de tensão e corrente
Frequência Tensão Corrente Período Desfasagem Desfasagem XC
(Hz)
(V)
(mA)
(s)
(s)
(°)
(Ω)
100
500
1 000
10 000



Medida do período de onda de tensão e a desfasagem entre a tensão e a corrente
Cálculo da reactância XC a partir da medida da tensão e da corrente.
Registe na Figura 4 as formas de onda da tensão U e da corrente no circuito I
para a frequência de 10kHz.
Figura 4
Nota: Ao aumentar a frequência, a reactância capacitiva diminui, consequentemente, a
corrente aumenta.
Comente:
a) Quando se aumenta a capacidade do condensador, qual é o efeito sobre a reactância?
Justifique.______________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
b) Calcule o valor teórico das reactâncias capacitivas de C2 (1 μF) e C3 (150 nF) para
f=1000 Hz. É similar ao valor obtido experimentalmente?
Comente._______________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
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5 - Análise de Circuitos indutivos
A oposição à circulação da corrente por uma bobine, chama-se reactância indutiva e é
representada por XL. O valor teórico da reactância indutiva (Ω) é calculado pela
seguinte fórmula (sendo f a frequência [Hz] e L a indutância [H]):
𝑋𝐿 = 2 × 𝜋 × 𝑓 × 𝐿
Pode-se usar a Lei de Ohm para determinar XL a partir dos valores de corrente e de
tensão medidos:
𝑋𝐿 =
𝑉𝐿
𝐼
Note-se que VL é a queda de tensão na bobine e I é a intensidade da corrente.
Tal como os condensadores, as bobines são dispositivos que armazenam energia, mas
ao contrário de um condensador - que armazena energia na forma de um campo
eléctrico - a bobine armazena energia na forma de um campo magnético, o qual é
gerado pela corrente que a atravessa. Logo, quando é aplicada tensão a uma bobine, a
corrente que flui através da bobine não pode mudar rapidamente de valor, o que se vai
traduzir numa desfasagem entre a tensão e a corrente.
É de notar que a desfasagem entre a tensão e a corrente, num circuito capacitivo, traduzse num avanço da corrente em relação à tensão, e num circuito indutivo é o inverso; a
corrente está atrasada em relação à tensão.
Desenhe o circuito da figura 5 utilizando o Schematics do MicroSim. Para os
parâmetros da fonte de tensão alternada sinusoidal, Vi, considere a fonte tipo VSIN,
com: VAMPL=10V, FREQ=1500 Hz. Após conclusão e gravação do trabalho proceda
ao Setup da análise Transient, considerando para o parâmetro Final time=2ms e Step
Ceiling=1μs.
U
~
I
L1
10 mH
R2
10 ohm
Figura 5
Ajuste a fonte de tensão para a frequência e tensões pico-a-pico (Vpp) da tabela 4 e
registe os valores obtidos.
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Tabela 4 – Medida de tensão e corrente
Frequência
(Hz)
Tensão Corrente
(V)
(mA)
Período
(s)
Desasagem
(s)
Desfasagem
(°)
XL
(Ω)
1500



Medida do período de onda de tensão e a desfasagem entre a tensão e a corrente
Cálculo da reactância XL a partir da medida da tensão e da corrente
Registe as formas de onda da tensão U e da corrente no circuito, I para a
frequência de 1500 Hz.
Comente
a) Quando se aumenta a indutância da bobine, qual é o efeito sobre a reactância?
Justifique.
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
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b) Para f=20 kHz qual será o valor teórico da reactância da bobina?
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António Roque
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