Teoremas de Thévenin e Norton
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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO Roteiro-Relatório da Experiência No 2 “CIRCUITOS COM DIODOS” 1. COMPONENTES DA EQUIPE: ALUNOS NOTA 1 ___________________________________________ 2 ___________________________________________ 3 ___________________________________________ 4 ___________________________________________ Prof.: Celso José Faria de Araújo 5 ___________________________________________ Data: ____/____/____ ___:___ hs 2. OBJETIVOS: 2.1. Verificar experimentalmente as formas de onda de entrada e saída dos circuitos ceifadores e grampeadores, bem como a suas curvas de transferência. 2.2. Verificar experimentalmente as formas de onda de entrada e saída dos circuitos multiplicadores de tensão. 3. INTRODUÇÃO TEÓRICA: 3.1. O CIRCUITO CEIFADOR Circuitos ceifadores são aqueles que ceifam parte do sinal aplicado em suas entradas. Os principais circuitos ceifadores são aqueles que utilizam diodos, resistores e fontes de tensão. Para fins de análise, devemos utilizar a curva de transferência de cada circuito, que consiste em um gráfico, o qual relaciona a tensão de saída com a tensão de entrada. Na Figura 1 tem-se um circuito ceifador, sua característica de transferência e os sinais de entrada e saída. Figura 1 Analisando o circuito, supondo-se o diodo como ideal, tem-se, para o semiciclo positivo da tensão de entrada, até atingir o valor da tensão V da bateria, o diodo em polarização reversa. Aparece então na saída o próprio sinal de entrada. Quando a tensão de entrada atingir o valor V da bateria o diodo estará diretamente polarizado e a tensão de saída permanecerá na tensão V. Esta situação perdura até que a tensão do sinal de entrada fica Circuitos Ceifadores, Grampeadores e Multiplicadores de Tensão Página 1/15 Laboratório de Eletrônica I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO inferior a tensão V da bateria no qual o diodo volta a ficar reversamente polarizado e a tensão da saída espelha a tensão de entrada por falta de corrente no resistor. Por todo a semiciclo negativo o diodo permanece reversamente polarizado. Na curva de transferência, tem-se uma reta inclinada de 45o com coeficiente de transferência igual a 1,ou seja, toda tensão de entrada é transferida para a saída sem modificações. Na outra região da curva, nota-se que a tensão de saída fica constante, independente do valor da tensão de entrada. A característica de transferência do circuito anteriormente analisado é a mesma independentemente de utilizar-se outra forma de onda para o sinal de entrada. Nas Figura 2, Figura 3 e Figura 4, tem-se outros exemplos de circuitos ceifadores com suas características de transferência e tensão de entrada e saída, cuja análise é análoga ao do circuito feita anteriormente. Figura 2 Figura 3 Circuitos Ceifadores, Grampeadores e Multiplicadores de Tensão Página 2/15 Laboratório de Eletrônica I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO Figura 4 3.2. O CIRCUITO GRAMPEADOR Circuitos grampeadores são aqueles que somam um nível DC ao sinal aplicado em suas entradas. Considere o circuito da Figura 5, onde tem-se a composição de uma bateria (fonte DC de tensão “V”) com uma fonte de tensão alternada (Ve). Figura 5 Na saída, tem-se a tensão de entrada alternada grampeada no nível DC da fonte de tensão “V”(bateria). A Figura 6 mostra as formas de onda de V e Ve, resultando o sinal Vs. Figura 6 Da mesma forma, como nos circuitos ceifadores, para fins de análise, utiliza-se a curva de transferência de cada circuito. Na Figura 7 tem-se um circuito grampeador, sua característica de transferência e os sinais de entrada e saída. Circuitos Ceifadores, Grampeadores e Multiplicadores de Tensão Página 3/15 Laboratório de Eletrônica I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO Figura 7 Supondo-se o diodo ideal e o capacitor inicialmente descarregado, tem-se que, para o semiciclo positivo da tensão de entrada, até esta atingir o valor máximo “Vmáx”, o diodo estará conduzindo e o capacitor se carregando com a própria tensão de entrada, resultando na saída uma tensão nula. A partir deste ponto, no decréscimo da tensão de entrada o diodo não estará conduzindo (reversamente polarizado). Nesta situação, à medida que a tensão de entrada decresce, aparecerá na saída uma tensão negativa crescente, imposta conjuntamente pela tensão do capacitor e pela tensão de entrada. Durante o semiciclo negativo, esta situação prossegue pois a tensão do capacitor se somará ao da entrada, resultando na sáida –2Vmáx, quando a tensão de entrada atingir –Vmáx. Uma vez carregado o capacitor não haverá mais a possibilidade de descarga para o os próximos ciclos de tensão de entrada. A curva de transferência resulta em uma reta inclinada de 45o, valendo para a situação de regime permanente, ou seja, após a situação transitória para a carga do capacitor. Na Figura 8 tem-se outro exemplo de circuito grampeador com sua característica de transferência e tensão de entrada e saída, cuja análise é análoga ao do circuito grampeador anteriormente analisado, somente que neste caso, deve-se considerar a tensão da fonte DC (bateria) em série com o diodo. Circuitos Ceifadores, Grampeadores e Multiplicadores de Tensão Página 4/15 Laboratório de Eletrônica I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO Figura 8 3.3. O CIRCUITO MULTIPLICADOR DE TENSÃO Os circuitos multiplicadores se tensão são basicamente constituídos por retificadores, que em função do número de estágios, consegue retificar e multiplicar o valor de pico (máximo) da tensão de entrada. Logicamente, que em uma fonte, com o aumento da tensão de saída, tem-se uma diminuição da corrente, que esta pode fornecer. Entre os circuitos multiplicadores de tensão destaca-se os dobradores, triplicadores e quadruplicadores de tensão. A Figura 9 mostra dois tipos de circuitos dobradores de tensão. Figura 9 Analisando o circuito da Figura 9(a) , nota-se que ao aplicarmos à entrada uma tensão senoidal, durante o semiciclo positivo, o diodo D1 estará conduzindo e carregando o capacitor C1 com Vmáx, enquanto que D2 não estará conduzindo. Durante o semiciclo negativo, D2 estará conduzindo e carregando C2 com Vmáx, enquanto D1 não estará conduzindo. A tensão de saída é a tensão somada dos dois capacitores. Depois de feita a carga nos capacitores nos primeiros ciclos a tensão alcançará o valor de 2Vmáx e permanecerá neste potencial pois não haverá possibilidade de descarga para os dois capacitores. Procedendo com análise no circuito da Figura 9(b) pode-se verificar com facilidade que os capacitores também se carregarão com Vmáx nos primeiros ciclos da tensão de entrada, e a tensão de saída depois do transitório permanecerá constante de valor 2Vmáx. Deve-se enfatizar que a saída apresentará uma flutuação (ripple) devido às características reais dos diodos, capacitores e medidores (resistores associados descarregarão parte das tensões carregadas nos capacitores) Circuitos Ceifadores, Grampeadores e Multiplicadores de Tensão Página 5/15 Laboratório de Eletrônica I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO Por uma análise análoga pode-se verificar as características dos circuitos triplicador e quadruplicador apresentados nas Figura 10 e Figura 11. Figura 10 Figura 11 4. MATERIAL UTILIZADO 4.1. Transformador 220 Vrms 15+15Vrms (3A) 4.2. Fonte de Tensão Contínua (DC) Variável 4.3. Gerador de Funções (Tensão senoidal, quadrada e triangular) 4.4. Resistores: 1K-1/8W; 10K-1/8W e 100K-1/8W 4.5. Capacitores: 1F-25V; 3 x 22F-40V 4.6. Multímetros: 1 Amperímetro; 1 Voltímetro; 1 Ohmímetro 4.7. Diodos: 4 x 1N4007 4.8. Osciloscópio: Duplo traço (dois canais) 5. PRÉ-RELATÓRIO 5.1. Ler o item 6 (Parte Experimental) e resolver teoricamente os circuitos propostos com os valores nominais para os parâmetros necessários preenchendo as Tabelas nas linhas que se referem aos valores calculados. Utilizar VDO = 0,7 V. 6. PARTE EXPERIMENTAL: 6.1. O CIRCUITO CEIFADOR 6.1.1. Monte o circuito da Figura 12. Para cada caso, observe a entrada X e a saída Y com o osciloscópio deixando a chave na posição DC. Utilize o espaço reservado na Figura 12 para fazer um esboço das formas de ondas observadas. 6.1.2. Com o sincronismo X-Y obtenha a curva de transferência do circuito e anote na Tabela 1. Circuitos Ceifadores, Grampeadores e Multiplicadores de Tensão Página 6/15 Laboratório de Eletrônica I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO Figura 12 CURVA DE TRANSFERÊNCIA ESTIMADOS MEDIDOS FORMAS DE ONDA (Saída e Entrada) Tabela 1 6.1.3. Repita os itens 6.1.1 e 6.1.2 para os circuitos das Figura 13, Figura 14 e Figura 15. Anote os resultados nas Tabelas 2, 3 e 4, respectivamente. Circuitos Ceifadores, Grampeadores e Multiplicadores de Tensão Página 7/15 Laboratório de Eletrônica I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO Figura 13 CURVA DE TRANSFERÊNCIA ESTIMADOS MEDIDOS FORMAS DE ONDA (Saída e Entrada) Tabela 2 Circuitos Ceifadores, Grampeadores e Multiplicadores de Tensão Página 8/15 Laboratório de Eletrônica I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO Figura 14 CURVA DE TRANSFERÊNCIA ESTIMADOS MEDIDOS FORMAS DE ONDA (Saída e Entrada) Tabela 3 Circuitos Ceifadores, Grampeadores e Multiplicadores de Tensão Página 9/15 Laboratório de Eletrônica I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO Figura 15 CURVA DE TRANSFERÊNCIA ESTIMADOS MEDIDOS FORMAS DE ONDA (Saída e Entrada) Tabela 4 6.2. O CIRCUITO GRAMPEADOR 6.2.1. Monte o circuito da Figura 16. Para cada caso, observe a entrada X e a saída Y com o osciloscópio deixando a chave na posição DC. Utilize o espaço reservado na Tabela 5 para fazer um esboço das formas de ondas observadas. Circuitos Ceifadores, Grampeadores e Multiplicadores de Tensão Página 10/15 Laboratório de Eletrônica I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO Figura 16 ESTIMADOS MEDIDOS FORMAS DE ONDA (Saída e Entrada) Tabela 5 Circuitos Ceifadores, Grampeadores e Multiplicadores de Tensão Página 11/15 Laboratório de Eletrônica I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO 6.2.2. Repita o item 6.2.1 para os circuitos das Figura 17 e Figura 18. Anote os resultados nas Tabelas 6 e 7, respectivamente. Figura 17 ESTIMADOS MEDIDOS FORMAS DE ONDA (Saída e Entrada) Tabela 6 Circuitos Ceifadores, Grampeadores e Multiplicadores de Tensão Página 12/15 Laboratório de Eletrônica I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO Figura 18 ESTIMADOS MEDIDOS FORMAS DE ONDA (Saída e Entrada) Tabela 7 Circuitos Ceifadores, Grampeadores e Multiplicadores de Tensão Página 13/15 Laboratório de Eletrônica I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO 6.3. O CIRCUITO MULTIPLICADOR 6.3.1. Monte o circuito da Figura 19. Conecte à saída valores de RL, conforme o requerido pela Tabela 8. Para cada caso, meça com o osciloscópio as tensões de saída do secundário do transformador (VPS) e na carga, juntamente com o valor da ondulação pico-à-pico. Anote os valores medidos na Tabela 8. (Atenção: Utilize os terminais central e lateral do transformador) Figura 19 VPS = _______ V RL = RL = 10 K Tensão de Saída DC (Volts) Tensão de Ondulação (Volts) Tabela 8 Circuitos Ceifadores, Grampeadores e Multiplicadores de Tensão Página 14/15 Laboratório de Eletrônica I UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC FACULDADE DE ENGENHARIA DE JOINVILLE - FEJ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA I PROF.: CELSO JOSÉ FARIA DE ARAÚJO 7. QUESTIONÁRIO 7.1. O experimento se mostrou válido? Explique por que? _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 7.2. Comente os resultados, erros encontrados e possíveis fontes de erros. _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ Circuitos Ceifadores, Grampeadores e Multiplicadores de Tensão Página 15/15 Laboratório de Eletrônica I
