Turno P1 - Enunciado

Sistemas de Instrumentação
esi
Departamento de Informática
Engenharia de Sistemas e Informática
Guia do Trabalho 3 – P1
2005/2006
Data de Entrega: ____________
2.º Ano/ 1.º Semestre
Título: Teoria da Medição – Condicionamento de Sinal - LabVIEW
1. Introdução
Nesta parte do trabalho ir-se-á utilizar a placa de aquisição de dados DAQ e o Osciloscópio Digital, para
efectuar diversas medições. Todas as indicações do trabalho e operações de medição que a seguir se
apresentam devem, necessariamente, ser apresentadas na área dos resultados obtidos. Esquemas, equações,
gráficos, comentários, tudo deve ser devidamente registado de forma a facilitar a interpretação e
compreensão dos assuntos do trabalho prático.
2. Objectivo
•
Estudo de métodos de medição de: tensão, tempo, frequência, desfasamento.
•
Familiarização com o osciloscópio, nomeadamente através da utilização de diferentes modos
de visualização, e medições com a base de tempo atrasada.
•
Utilização do LabVIEW
3. Medição de Características de Circuitos RC
Exercício 1
Visualize no Osciloscópio TDS210 uma onda sinusoidal de frequência (10 * Prática i + Grupo) KHz, com (50 +
Grupo) mV de amplitude e (5*Prática i – Grupo+3) V de componente contínua, gerada a partir dum VI,
implementado em LabVIEW, que simule um Gerador de Funções [Onda Sinusoidal, Onda Quadrada, Onda
Sinusoidal] com/sem componente CC.
a)
b)
Apresente todos os procedimentos que efectuou.
Indique o factor de deflexão vertical e o acoplamento que utilizou para ajustar com a melhor exactidão
possível:
Componente CC
Escala:
Tipo de Acoplamento:
Amplitude do Sinal
Escala:
Tipo de Acoplamento:
c) No Gerador de Funções, que implementou em LabVIEW, active a onda para quadrada. Visualize a onda no
osciloscópio em modo de acoplamento CA. Meça os valores, com a melhor exactidão, e esboce a forma de
onda visualizada.
100
90
V/div = _____
ms/div = _____
10
0%
d)
Caracterize o tipo de deformação na onda visualizada? (seleccione a opção adequada)
Semelhante à de um filtro RC passa-alto
Semelhante à de um filtro RC passa-baixo
e)
A que se deve essa deformação? (seleccione os motivos que achar adequados)
Resistência de saída do gerador de sinal
Largura de banda do gerador de sinal
Resistência de entrada do osciloscópio
Efeito de carga capacitivo do osciloscópio
Modo de acoplamento do osciloscópio
Largura de banda do osciloscópio
Exercício 2
Monte o seguinte circuito, aplicando na sua entrada (vi) uma onda sinusoidal de frequência (10 * Prática i +
Grupo) KHz, (5*Prática i – Grupo +3) V de amplitude e componente contínua nula, gerada a partir do VI
implementado no exercício anterior. Utilizando o Osciloscópio TDS210, com as pontas de prova colocadas nas
posições indicadas na figura, e justificando as opções tomadas:
1
R1=6,8 kΩ
2
vi
vo
R2=6,8 kΩ
33 nF
= ponta de prova
a)
b)
Caracterize a função de transferência do circuito em módulo e em fase, medindo:
i. as amplitudes do sinal de entrada e de saída;
ii. O desfasamento entre o sinal de entrada e de saída; para este efeito comece por ajustar para 10
divisões o período do sinal de entrada e meça o intervalo temporal entre pontos correspondentes
entre a entrada e a saída.
Uma outra forma de medir o desfasamento recorre à figura de Lissajous obtida no Osciloscópio no modo
XY.
Faça os ajustes necessários para obter uma figura de Lissajous que lhe permita medir o desfasamento entre os
sinais de entrada e de saída e registe a forma obtida.
c)
d)
Determine o desfasamento utilizando a expressão: φ = arcsen (-B/A). Compare o resultado com o obtido
em a). Explique as eventuais diferenças existentes.
Determine a constante de tempo e a frequência de corte do circuito e deduza a relação entre as duas
grandezas.
A função de transferência do circuito tem a seguinte expressão:
O valor do ganho para 10KHz,
Calculado:
Medido:
O valor do desfasamento para 10 KHz,
Calculado:
Medido:
A frequência de corte é:
Expressão:
Valor:
A constante de tempo é:
Expressão:
Valor:
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© Manuel A. E. Baptista, Eng.º
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Exercício 3
Aplicando agora na entrada do circuito atrás apresentado uma onda quadrada de componente contínua nula:
de frequência (10 * Prática i + Grupo) kHz, com (50 + Grupo) mV de amplitude e (5*Prática i – Grupo +3) V
de componente contínua nula, gerada a partir do VI implementado anteriormente.
e)
a)
Implemente um VI em LabVIEW, que lhe permita desenhar convenientemente as ondas à entrada e à saída
do circuito, utilizando as entradas e saídas analógicas da placa DAQ, disponibilizadas através da DAQ
Signal Accessory.
Confirme as formas de onda de entrada e de saída do circuito, utilizando o Osciloscópio TDS210.
i. Desenhe as ondas observadas à entrada e à saída.
100
90
100
90
10
0%
10
0%
V/div = ______
ms/div = ______
V/div = ______
ms/div = ______
ii. Caracterize as diferenças entre as ondas de entrada e de saída
Diferença
Motivo
iii. Deduza uma expressão para cálculo do tempo de subida a partir da forma de onda. Meça os
tempos de subida (tr) e descida (tf) da onda de saída (recorrendo à base de tempo atrasada)
Os tempos de subida e descida calculam-se a partir da expressão:
O valor do tempo de subida calculado:
medido:
O valor do tempo de descida calculado:
medido:
A relação entre a constante de tempo τ do circuito e o calculado:
tempo de subida
medido:
Os valores obtidos confirmam satisfatoriamente a relação tr = tf ≈ 2,2 τ ?
100
90
10
0
tr
Nota: Como a figura seguinte mostra, estes tempos são marcados entre os instantes de passagem aos 10% e 90% do degrau
de tensão. Se for necessário, altere o valor da frequência do sinal aplicado, de forma a obter uma forma de onda
semelhante à da figura, com os patamares de valor inicial e final bem definidos.
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