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CET - Electromedicina Unidade Curricular de Eletrónica Laboratório Nº 4 Experimental Análise de circuitos em Corrente Alterna com Resistências, Condensadores e Bobinas António Roque Laboratório Electrónica 2012/2013 Página 1

Guia Laboratori 4 AC R C L Exprimental

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Osciloscópio

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CET - Electromedicina

Unidade Curricular de Eletrónica

Laboratório Nº 4

Experimental

Análise de circuitos em Corrente Alterna com Resistências, Condensadores e Bobinas

Grupo nº Número Nome Data

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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:

I pp=V pp

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

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.

Tabela 1 – Medida de tensão e correnteFrequência

(Hz)Entrada (Vpp) Canal 1

(Vpp)Canal 2 (Vpp)

Corrente (mA)

1000 41000 61000 81000 10

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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.anteriorb) 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.

Tabela 2 – Medida de frequência e períodoFrequência

(Hz)Entrada (Vpp)

Nº Divisões Base de tempo

Período (s) F=1/T (Hz)

500 61000 615000 6

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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.

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 2Frequênci

a (Hz)Canal1 (V)

Canal2 (V)

Corrente (mA)

Período (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.

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 (Hz)

Canal1 (V)

Canal2 (V)

Corrente (mA)

Período (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]).

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Figura 3 – Teste da ponta de prova Figura 4 – Verificação de funcionamento

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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