EEL211_Lab5 -- Resistência variável, Reta de carga

EEL211 - L ABORATÓRIO
DE C IRCUITOS E LÉTRICOS
L ABORATÓRIO N O 5: R ESISTÊNCIA VARIÁVEL , R ETA DE CARGA
Objetivos:
Utilizar potenciômetro
Verificar experimentalmente o “teorema da máxima transferência de potência”
Desenhar “reta de carga”
LISTA DE MATERIAL
Fonte de alimentação DC simétrica
ajustável ±15V/1A
2 multímetros digitais
Proto Board
Potenciômetro: 1kΩ (1)
10k (1)
Resistores 5%, >1/3 W
1kΩ (1)
1k5 (1)
2kΩ (1)
3kΩ (1)
I
Os potenciômetros e trimpots rotativos simples,
com ângulo de giro do eixo de 270º ou ¾ de volta,
são utilizados para controle amplo. Os potenciômetros multivoltas (15, 20, 25voltas) são utilizados para ajustes finos ou de precisão.
Um potenciômetro ¾ de volta associado a uma
boa técnica de ajuste pode apresentar resultados
melhores que um potenciômetro multivoltas mal utilizado.
Valores comerciais de potenciômetro seguem a
tabela E6 da IEC63, ou seja, 10, 15, 22, 33, 47 e
68.
Divisor Resistivo
O potenciômetro ligado como divisor resistivo
conforme a Figura 2, a tensão Vo no cursor C irá
variar entre 0V e o valor máximo VO-MAX girando o
eixo no sentido horário.
1- POTENCIÔMETRO E TRIMPOT
O potenciômetro e trimpot podem ser utilizados
na eletrônica como resistência variável e como divisor resistivo.
5
Se invertermos os terminais externos do potenciômetro com mostra a Figura 3, ou seja, trocarmos
os terminais 0 e 10, a tensão Vo variará do máximo
para o mínimo ao girarmos o eixo no sentido horário.
resistência
cursor
C
10
10
0
0
0 C 10
TimPot - ¾ Volta
Figura 2- Divisor resistivo (sentido horário)
Figura 1- Potenciômetro e trimpot.
Visto de frente, o terminal da esquerda é o terminal “0” e o da direita, “10”. O terminal central “C”
(cursor) é ligado ao contato deslizante do potenciômetro.
A resistência entre os terminais “0” e “10” tem o
valor total especificado (1kΩ). A resistência entre o
cursor “C” e o terminal “0” é diretamente proporcional ao deslocamento do eixo do potenciômetro,
aumenta ao girarmos o eixo no sentido horário.
A variação da resistência com a rotação do eixo
pode ser linear ou logarítmico. Não confundir potenciômetro deslizante com potenciômetro linear.
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Figura 3- Divisor resistivo (sentido anti-horário)
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EEL211 – Laboratório de Circuitos Elétricos I - Laboratório No 5: Resistência variável e Reta de carga
A tensão máxima é determinada pela relação entre R1 e RP, como mostra a curva 2a da Figura 5.
A utilização do resistor limitador R1 é opcional
em muitas aplicações.
VO MAX =
No circuito apresentado na Figura 6, uma fonte
de tensão real, a tensão máxima será 15V para circuito aberto (Rx=∞ ou Io=0) e a corrente máxima
será 10mA para curto-circuito (Rx=0 ou Vo=0).
R P //R CARGA
E
R 1 +R P //R CARGA
Resistência Variável
Como resistência variável o cursor é conectado a
um dos terminais externos.
Para utilizar o “resistor variável” como divisor resistivo será necessário a utilização do resistor limitador R1. Neste caso a variação da tensão não será
linear, curvas 4a e 4b da Figura 5.
Figura 6- Circuito equivalente Thevenin
Os gráficos da Figura 7 apresentam a variação
da tensão, corrente e potência sobre Rx para resistência entre 1Ω e 10kΩ.
Figura 4- Resistência variável
Figura 5 - Tensão ajustável
2- GRÁFICOS
Figura 7- Gráficos de tensão, corrente e potência em
Rx. Gráfico: a) Linear, b) SemiLog, c) BiLog
Existem várias formas de verificar o comportamento do circuito em função da variação da resistência.
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No gráfico 7(a) os dois eixos estão na escala linear. Para uma faixa de variação muito ampla de
Rx, 1Ω a 1MΩ, uma relação de 106:1, o gráfico torWWW.elt09.unifei.edu.br
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na-se inútil. O aspecto pode melhorar se reduzimos
a faixa de variação, ou seja, uma relação de no máximo 10:1.
Laboratório
O gráfico terá melhor utilidade se utilizarmos escala logarítmica para o eixo X como mostra a Figura
7(b).
Montar o circuito apresentado na Figura 9 de
forma que a corrente aumente ao girarmos o eixo do potenciômetro no sentido horário.
Para uma cobertura mais ampla devemos utilizar
também a escala logarítmica para o eixo Y como
mostra a Figura 7(c).
Atenção: Na escala logarítmica não existe o valor
zero.
Observe que a potência máxima ocorre quando
Rx=R conforme o Teorema da Máxima Transferência de Potência.
Figura 9 - Circuito Equivalente Thevenin.
3- RETA DE CARGA
Outra forma gráfica interessante é representar a
corrente em função da tensão como mostra a Figura 8. Neste gráfico, Io em função de Vo será uma
reta determinada pela fonte E e pela resistência R.
Anotar o valor da tensão na Tabela 1 e transferir
o resultado para o gráfico da Figura 10
(Y=1mA/DIV e X=1V/DIV).
Calcular Po=Vo.Io [W] e transferir o resultado para o gráfico da Figura 10 (Y=5mW/DIV).
Calcular o valor de Rx=Vo/Io
Desenhar a “Reta de carga”
Desenhar a curva da hipérbole de potência para
Po=37,5mW
VO = E - R.I O
IO =
E -VO
R
Dois pontos desta reta são Vo=E (para Io=0 ou
circuito aberto ou sem carga) e Io=E/R (para
Vo=0 ou curto-circuito.). A inclinação da reta ∆V/∆I é
determinada pela resistência R. ∆V/∆I é um valor
negativo.
Esta reta é conhecida como RETA DE CARGA e
é muito utilizado na eletrônica para análise de circuitos lineares e não lineares.
A Figura 8 mostra o “´ponto de operação”, cruzamento da reta de carga com a curva VxI da resistência, (6V; 6mA), para carga resistiva de 1kΩ.
Tabela 1
Teórico
Vo
Rx
Io
Po
Vo
V
kΩ
mA
mW
V
0
1
2
3
4
5
6
7
7,5
8
9
10
11
12
13
Figura 8- Reta de carga.
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Io[mA]
Hipérbole de potencia
37.5 mW
Ret
10
a de
Car
Potencia - Po
ga
50mW
37,5mW
5
20 mW
10 mW
0
0
2
4
6
7,5 8
10
12
Vo [V]
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Figura 10- Reta de carga.
Itajubá, MG, julho de 2016
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