Introdução - Inf

Código do Laboratório: AP03
Data: 19/03/2009
Nomes: Bruno Jurkovski – Cartão número 172865
Marcos Vinicius Cavinato – Cartão número 171774
Turma D
Introdução
Inicialmente, fomos apresentados ao gerador de sinais e osciloscópio de dois canais.
O professor demonstrou na prática como funcionam esses aparelhos, bem como, fez a
montagem de um circuito semelhante ao circuito 1. O trabalho prático consistia em
descobrir a capacitância do circuito 1 (com apenas um capacitor), circuito 2 (dois
capacitores em paralelo) e do circuito 3 (dois capacitores em série). Em todos os casos, foi
utilizado um resistor de 1000 Ω. Sabendo que a tensão do sinal gerado variava de 0 a 10 V,
medimos o tempo levado para a tensão passar de 0 a 6.6 V. Com esse tempo e
conhecimento da resistência, pudemos calcular a capacitância de cada um dos circuitos.
Segue abaixo o esquema dos circuitos construídos em laboratório:
Circuito 1 um capacitor
Circuito 2 dois capacitores em paralelo
Circuito 3 dois capacitores em série
Apresentação dos gráficos
Todos os gráficos abaixo estão utilizando uma escala de 2 V no eixo vertical. Os
gráficos 1 e 3 utilizam uma escala de 100 µs no eixo horizontal e rodaram a uma frequência
de 1 kHz, enquanto o gráfico 2 utiliza uma escala de 250 µs e rodou a uma frequência de
404 Hz. Em todos os gráficos foram marcadas as constantes de tempo no ponto em que a
tensão atinge 6.64 V. Cada uma das imagens abaixo apresenta os gráficos da tensão de
entrada (Vin) e saída (Vcap) dos capacitores. Vin é representada pela onda quadrada e
Vcap pela outra onda.
Circuito 1:
Gráfico 1 Medição da constante de tempo quando a tensão está em 6.64 V – 120 µs
Circuito 2:
Gráfico 2 Medição da constante de tempo quando a tensão está em 6.64 V – 240 µs
Circuito 3:
Gráfico 3 Medição da constante de tempo quando a tensão está em 6.64 V – 60 µs
Cálculo do valor dos capacitores em cada circuito
Para o cálculo das capacitâncias dos três circuitos utilizados em aula, valerá a
fórmula t = R.C, onde a constante de tempo t é o tempo necessário para o capacitor atingir
cerca de 66% de sua carga máxima. Como a tensão no circuito varia de 0 a 10 Volts, essa
constante R.C é o tempo levado para o sinal de saída (Vcap) atingir cerca de 6.6 V.
Sabendo que a resistência de cada um dos circuitos é de 1000 Ω e encontrando a constante
de tempo para cada um dos circuitos utilizados, temos que a capacitância de cada circuito é
dada utilizando-se a fórmula C = t/R.
Circuito 1:
O tempo para que o capacitor ganhasse 66% de sua carga foi de 120 µs. Com isso,
podemos aplicar a fórmula C = t/R, já que sabemos a resistividade do resistor:
C = 120 µs / 1000 Ω = 120 ns/ Ω.
Circuito 2:
O tempo para que o capacitor ganhasse 66% de sua carga foi de 240 µs. Com isso,
podemos aplicar a fórmula C = t/R, já que sabemos a resistividade do resistor:
C = 240 µs / 1000 Ω = 240 ns/ Ω. O resultado é perfeitamente coerente: dois capacitores em
paralelo têm sua capacitância somada. Como foram usados 2 capacitores iguais aos do
circuito 1, a capacitância deve ser o dobro da obtida anteriormente.
Circuito 3:
O tempo para que o capacitor ganhasse 66% de sua carga foi de 60 µs. Com isso,
podemos aplicar a fórmula C = t/R, já que sabemos a resistividade do resistor:
C = 60 µs / 1000 Ω = 60 ns/ Ω. O resultado é perfeitamente coerente. Sabendo que foram
usados dois capacitores iguais aos do circuito 1, podemos calcular o valor esperado: temos
dois capacitores de 120 F em série. Como são iguais, a capacitância esperada é a metade da
capacitância de um deles (120 F / 2).
Relação entre circuitos RC e circuitos lógicos reais
A grande maioria dos circuitos lógicos atuais é construída utilizando transistores
CMOS, que apresentam algumas vantagens em relação aos transistores bipolares comuns,
como o menor consumo de potência (já que transistores CMOS apresentam consumo
estático). Estes transistores possuem uma pequena capacitância e resistência interna, sendo,
assim, semelhantes ao circuito montado em aula.
Como as portas lógicas são montadas através de uma combinação de transistores,
possuem também certa capacitância e resistência interna. Assim sendo, elas apresentam
componentes RC associados, mesmo que com valores ínfimos.
A capacitância intrínseca ao circuito integrado faz com que haja um certo tempo de
latência (embora seja relativamente pequeno). Esse atraso se deve ao tempo de
carregamento dos capacitores internos aos transistores.
Conclusões: interesse no laboratório, dificuldades e
sugestões.
A aula foi de suma importância para aprender a utilizar mais uma ferramenta
importante nessa área de estudo. O osciloscópio de dois canais nos permite analisar os
sinais de entrada e saída de determinado componente eletrônico com grande gama de
recursos tais como, cursores de tempo e de tensão, mudança de escala, medidor de
frequência, etc.
Não ocorreram grandes dificuldades na realização da tarefa. O professor explicou o
funcionamento dos aparelhos no início da aula e aprendemos rapidamente como utilizá-los.