Laboratório Nº 4

CET - Electromedicina
Unidade Curricular de Eletrónica
Laboratório Nº 4
Experimental
Análise de circuitos em Corrente Alterna com
Resistências, Condensadores e Bobinas
Grupo
nº
António Roque
Número
Nome
Laboratório Electrónica
Data
2012/2013
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1 - Objetivos
Após completar estas atividades o aluno deverá ser capaz em:
Circuito com Resistências



Medir tensões no osciloscópio
Determinar o valor da corrente a partir das medidas efetuadas no osciloscópio.
Medir o valor da frequência e do período no osciloscópio
Circuito com condensador



Determinar o valor da reactância capacitiva, a partir das medidas de tensão e de
corrente
Calcular o valor da capacidade a partir da reactância capacitiva
Medir o ângulo de desfasagem entre tensão e corrente em circuitos capacitivos
Circuito com bobina


Determinar o valor da reactância indutiva, a partir das medidas de tensão e
corrente
Medir a desfasagem entre tensão e corrente em circuitos indutivos
2 - Material





KIT
1 osciloscópio
1 gerador de funções
1 unidade PU-2000
1 placa de circuito impresso EB-103
3 - Introdução
3.1 - Medida de tensão
Na figura 1 é possível observar uma onda sinusoidal posicionada sobre a retícula
horizontal, onde é visível a amplitude ou tensão de pico (“peak”), a tensão pico a pico
(“peak-to-peak”) e a tensão eficaz (“RMS”).
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Figura 1 – Onda sinusoidal (“Oscilloscope Fundamentals” Tektronix)
Existem essencialmente duas possibilidades de medir tensões no osciloscópio:
1- Visual - é necessário, após a visualização correta da forma de onda no osciloscópio,
para determinar a tensão pico a pico (Vpp), p.ex., medir o nº de divisões pico-a-pico e
multiplicar o mesmo pelo ganho vertical (GV) por divisão:
VPP = (nº de divisões) x (GV)
2- Através da funcionalidade “Measure” - nos osciloscópios utilizados (Tektronix) é
possível medir diretamente o valor da tensão pico-a-pico, valor máximo, mínimo,
médio, ou RMS, entre outros.
3 .2 – Medida de corrente
É difícil medir os valores baixos na corrente alternada a diferentes frequências com
amperímetros de corrente alternada. Em laboratório, usa-se um método indireto para
medir a corrente alternada:
a) Coloca-se, em série com a carga, uma resistência R pequena e de valor
conhecido (ex. 10Ω);
b) Mede-se a queda de tensão existente nessa resistência (Vpp);
c) Usa-se, então, a Lei de Ohm para determinar a corrente:
𝐼𝑝𝑝 =
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𝑉𝑝𝑝
𝑅
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3.4 – Medida do período/frequência
Na figura 2 é possível observar uma onda quadrada posicionada sobre a retícula
horizontal (ver seta), onde é visível um período completo.
Figura 2 – Onda quadrada (“Oscilloscope Fundamentals” Tektronix)
Existem essencialmente duas possibilidades de medir períodos (T) no osciloscópio:
1- Visual - é necessário, após a visualização correcta da forma de onda no osciloscópio,
medir o nº de divisões entre dois pontos (p.ex., duas passagens ascendentes
consecutivas pelo eixo do tempo) e multiplicar o mesmo pela base de tempo (M):
T = (nº de divisões) x (M)
2- Através da funcionalidade “Measure” - nos osciloscópios utilizados (Tektronix) é
possível medir directamente o valor do período, frequência, “duty cycle”, entre outros.
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4 - Corrente alternada em circuitos resistivos
4.1 – Medida de tensão e corrente
No seu KIT selecione duas resistências uma de 1 K e outra de 10 ohm. Coloque estas
duas resistências em série conforme figura 3
R3
R2
1K
10 ohm
Figura 3
a) Ligue o gerador de funções a uma resistência aos terminais da série R3 com R2,
conforme indicado na figura.
b) Ligue o canal 1 do osciloscópio aos terminais de R3 (1K), de modo a obter o valor da
tensão aplicada ao circuito.
c) Ligue o canal 2 aos terminais da resistência R2 (10Ω), para medir a corrente.
d) Verifique que os terminais de terra estão ligados à massa do circuito.
d) Meça as tensões no osciloscópio e converta a tensão do canal 2 para corrente.
e) Ajuste o gerador de funções para a frequência e tensões pico-a-pico (Vpp) da tabela 1
e registe os valores obtidos.
Frequência
(Hz)
1000
1000
1000
1000
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Tabela 1 – Medida de tensão e corrente
Entrada (Vpp)
Canal 1
Canal 2
(Vpp)
(Vpp)
4
6
8
10
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Corrente
(mA)
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4.2 – Medida de período e frequência
a) Ligue o gerador de funções a uma resistência aos terminais da série R3 com R2,
conforme indicado na figura.anterior
b) Ligue o canal 1 do osciloscópio a R3, de modo a obter o valor da tensão aplicada ao
circuito.
c) Ajuste o gerador de funções para as frequências e tensão pico-a-pico (Vpp) da tabela
2 e registe os valores obtidos. Confirme a validade da medida através do cálculo da
frequência a partir do período.
Frequência
(Hz)
500
1000
15000
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Tabela 2 – Medida de frequência e período
Nº Divisões
Base de
Entrada
Período (s)
tempo
(Vpp)
6
6
6
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F=1/T (Hz)
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5 - Corrente alternada em circuitos capacitivos
5.1 – Medidas com o condensador C2
a) Ligue o gerador de funções à série do condensador C2 com a resistência R2 (10Ω)
conforme figura.
C2
R2
10 ohm
b) Use o canal 1 do osciloscópio para medir tensão em C2 e o canal 2 para obter a
corrente em R2.
c) Ajuste o gerador de funções para uma tensão de saída de 4 VPP e frequência 100Hz.
d) Registe na tabela 1 os seguintes valores, para as frequências de 100, 500, 1000, e
10000 [Hz]:
 Medida das tensões dos canais 1 e 2 do osciloscópio
 Cálculo da corrente a partir da tensão medida no canal 2
 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, desprezando
a queda de tensão na resistência R2.
Tabela 2
Frequência Canal1 Canal2 Corrente Período
(Hz)
(V)
(V)
(mA)
(s)
Desasagem
(s)
Desfasagem
(°)
XC
(Ω)
100
500
1 000
10 000
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6 - Corrente alternada em circuitos indutivos
Ligue o gerador de funções à série à bobine L1 (10mH) com a resistência R5 (10Ω). Use
o canal 1 do osciloscópio para medir tensão em L1, o canal 2 para obter a corrente em
R5 . Ajuste o gerador de funções para uma tensão de saída de 4 VPP e frequência 1,5
kHz.
L1
10 mH
R5
10 ohm
Registe na tabela 2 os seguintes valores, para as frequências de 1500 [Hz]:
 Medida das tensões dos canais 1 e 2 do osciloscópio
 Cálculo da corrente a partir da tensão medida no canal 2
 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, desprezando
a queda de tensão na resistência R5.
Tabela 2
Frequência Canal1 Canal2 Corrente Período
(Hz)
(V)
(V)
(mA)
(s)
Desasagem
(s)
Desfasagem
(°)
XL
(Ω)
1500
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Anexo 1
Osciloscópio (Tektronix)
Figura 1 – Osciloscópio Tektronix TDS220
Existem 5 áreas distintas no painel de operações do osciloscópio (ver figura 1):
1- Visor : permite visualizar as formas de onda, parâmetros de configuração actuais,
entre outros.
2- Vertical: controlo dos ganhos verticais e posicionamento das formas de onda de CH1
e CH2
3- Horizontal : controlo da base de tempo e posicionamento das formas de onda de
CH1/CH2.
4- Trigger: controlo do inicio do varrimento horizontal (ajustado para AUTO).
5- Menus : os menus mais relevantes são os seguintes.
5.1 – Measure: permite obter o valor numérico de varias grandezas associadas às formas
de onda.
5.2 – Acquire: permite filtrar o sinal de modo a obter uma visualização mais “limpa”.
5.3 – Cursor: permite visualizar diferenças de fase entre as várias formas de onda.
5.4 – Autoset: busca automática dos sinais presentes nos canais CH1/CH2
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5.5 – Run/Stop: arranque/paragem da visualização dos sinais CH1/CH2
Anexo 2
Pontas de Prova
De modo a efectuar as medidas necessárias são utilizadas no osciloscópio Pontas de
Prova (ver fig.2).
Figura 2 – Pontas de Prova (salas F317/F319)
Para verificar se as mesmas estão a funcionar correctamente, é necessário efectuar a
ligação da fig.3 e premir o botão AUTOSET. Se a ponta estiver calibrada, o sinal
deverá ter a forma do 3º sinal da fig.4 (características: Vpp= 5 [V] e f=1 [kHz]).
Figura 4 – Verificação de funcionamento
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Figura 3 – Teste da ponta de prova
Anexo 3
Gerador de Funções (Topward)
Figura 5 – Gerador de Funções Topward 8110
Os controlos mais utilizados do gerador de funções são os seguintes:
(01) Amplitude – amplitude pico a pico do sinal
(02) Função – tipo de sinal (deverá ser sempre sinusoidal)
(03)(04) Selector de frequência do sinal – permite seleccionar a frequência do sinal.
Exemplos de ajustes de frequência do sinal:
a) Para 300 Hz: seleccionar 1kHz (04) e rodar o potenciómetro (03) até 0.3
(0.3x1000=300 Hz)
b) Para 1500 Hz: seleccionar 1kHz (04) e rodar o potenciómetro (03) até 1.5
(1.5x1000=1500 Hz)
c) Para 20 kHz: seleccionar 10kHz (04) e rodar o potenciómetro (03) até 2
(2x10000=20000 Hz)
Os controlos “Ramp/Pulse”(05), “Att”(06), e “Offset”(07) não são necessários.
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A ligação de saída do gerador de sinais deverá ser “Output”(12) (e não “Sync”(10) ou
“VCF”(11) ).
Anexo 4
Placa EB103
Na placa EB103 é possível localizar seis zonas distintas:
1- “AC Circuits” – circuito capacitivo
2- “RL Circuits” – circuito indutivo
3 - “CR, LR Circuits” – circuitos RC/RL (resistência R7, bobina L3, condensador C4)
4 - “Series RLC” – RLC série (resistência R8, bobina L4, condensadores C5 e C6)
5 - “Resonance Circuits” – RLC paralelo (resistências R9 a R10, bobina L5,
condensadores C7 e C8)
6 - “Audio Transformer” – transformador para aplicações de áudio
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