V R EEL211 LABORATÓRIO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS I LABORATÓRIO N O 1: MULTÍMETRO - DMM

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1 EEL11 LABOATÓIO DE CICUITOS ELÉTICOS I LABOATÓIO N O 1: MULTÍMETO - DMM O multímetro e o osciloscóio são os dois rinciais instrumentos utilizados ara análise de equiamentos elétricos e eletrônicos. O osciloscóio é o instrumento mais oderoso uma vez que além de medir as grandezas elétricas, ermite visualizar estas grandezas com muito mais detalhes. O multímetro, como o rório nome diz, mede diversos tios de grandezas elétricas: três grandezas fundamentais, tensão, corrente e resistência, e outras, como freqüência, caacitância, tensão de ico, temeratura, deendendo da sofisticação do aarelho. A grande vantagem do multímetro é a sua raticidade or ser leve, ortátil (handheld) e barato. EXPEIÊNCIA 1 - OLTÍMETO Tensão olt A energia elétrica é gerada, transmitida e utilizada sob duas formas: corrente contínua e corrente alternada, ou, DC (Direct Current) e AC (Alternating Current). A energia elétrica é distribuída, em sua grande maioria, em corrente alternada senoidal. No Brasil com tensão adrão de 17/0 e frequência de 60 Hz. Por outro lado, quase que a totalidade dos equiamentos eletrônicos oera em corrente contínua. Um aarelho de som ligado numa tomada de força residencial, or exemlo, recebe energia da rede elétrica sob forma de corrente alternada (17 / 60 Hz). A tensão é a- baixada ara 1 através de um transformador. A corrente alternada (ac) é convertida ara corrente contínua (dc) através de um retificador, constituído de diodos retificadores e caacitores. Finalmente a corrente contínua é utilizada ara alimentar os circuitos eletrônicos transistorizados. No sistema de corrente contínua a tensão é constante ao longo do temo. Uma tensão contínua erfeita é caracterizada or não aresentar ondulações (tensão alternada nula). Tensão alternada significa que a tensão varia eriodicamente ao longo do temo alternando a olaridade. Ela é caracterizada ela forma de onda, amlitude e freqüência. No sistema de corrente alternada é necessário definir outro valor, denominado alor Eficaz ou, ara odermos utilizar a fórmula do cálculo da otência. A clássica fórmula de otência ermite obter o valor médio (Ave - Average) da otência dissiada na resistência. P (Ave) = =.I (1) A otência instantânea dissiada em uma resistência é v (t) (t)= =.i (t) A otência média dissiada é 1 T 1 T P(Ave)= (t).dt=.i (t).dt T 0 T 0 1 T =. i (t).dt T 0 () Igualando as duas equações de otência média obtemos a equação abaixo, origem do termo (oot Mean Square) 1 T I () = i (t).dt T 0 1 T () = v (t).dt T 0 Exemlo: Uma lâmada incandescente de 40W/17 ligada em uma tomada de 17/60Hz. Esta lâmada aresenta uma resistência de aroximadamente 403 Ω e sobre ela irá circular uma corrente de 0,315 A. Esta tensão de 17 (eficaz) é, na verdade, uma onda senoidal de tensão de 60 Hz e de aroximadamente180 de ico como mostra a Figura 1. UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashima, Egon Luiz Muller Jr. & Ismael Noronha 1

2 EEL11 Laboratório de Circuitos Elétricos I Pico 180 =17 Pico 80W =40W Pico 0,445A =0,315A Ave Para uma onda senoidal a relação entre o valor ico e o valor eficaz é. Na eletrônica freqüentemente observaremos sinais alternados (ac) sobreostos a sinais contínuos (dc). A Figura abaixo mostra um circuito equivalente ara esta forma de onda. Figura 1- Tensão, corrente e otência em uma lâmada incandescente de 40W/17. v(t)=.sen(ω.t) =. =179,6 ω=.π.f f=60 Hz 1 T= f T=16,666 ms (t) = v (t) [.sen(ωt)] = = [1 - cos(.ω.t)]. Esta equação informa que a otência é ulsante cuja freqüência é o dobro da freqüência da tensão (e da corrente) e que existe uma comonente contínua (um valor médio Ave). A otência efetivamente consumida (e dissiada em forma de luz e calor) ela lâmada é dada or este valor médio. Potência Média = ( a). 179,6 = =40 W x403,5 O valor eficaz (ou ) é o valor que deve ser utilizado ara calcular a otência média dissiada numa resistência. Potência Média = ( b) 17 = = 40 W 403,5 Comarando estas duas equações, temos: = = ac dc Figura AC+DC Como a maioria dos multímetros na escala AC utiliza acolamento AC, ou seja, mede o valor eficaz somente da comonente alternada, devemos fazer o seguinte cálculo ara obter o valor eficaz desta onda. = dc + ac Exemlo: Uma tensão senoidal de 4 de ico ou 8 ico a ico sobreosta a uma tensão contínua de como mostra a Figura 3. /DI (t) = dc +.sen(ωt) dc= dc= =4 ac=.sen(ωt) =4 8 Figura 3- Exemlo de tensão (AC+DC) UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashima, Egon Luiz Muller Jr. & Ismael Noronha

3 EEL11 Laboratório de Circuitos Elétricos I O valor eficaz da onda senoidal (somente da onda senoidal), que é o valor indicado ela maioria dos multímetros na escala AC AC couled, é P 4 rms(ac) = = =,884 O valor médio desta onda, indicado elo multímetro na escala DC, é Portanto o valor eficaz total ou real (ac+dc) é = +,884 =3, Tensão contínua ( DC = ) Utilizando o multímetro como voltímetro e na escala DC 0 ou DC-AUTO, medir a tensão da fonte de alimentação contínua de 15. Se a fonte for ajustável, verifique a faixa de ajuste (em módulo) e em seguida a- juste em 15. Atenção: O voltímetro deve ser conectado em aralelo ao elemento a ser medido. Para que o voltímetro não altere o comortamento do circuito, o mesmo deve aresentar resistência mais alta ossível (maior que 10MΩ nos multímetros digitais). Atenção: Utilze a menor escala ossível ara obter maior recisão na medição, ou seja, utilize o medidor no fundo de escala. Mudar a escala ara AC 00m e medir a tensão alternada nas duas fontes. Uma fonte de tensão contínua ideal não deve aresentar oscilações (ondulações), ou seja, não deve aresentar tensão alternada. nominal Medido DC AC DC = AC ~ Tensão alternada ( AC ~ ) Mudar a escala ara AC 00 e medir a tensão na tomada de 17. ATENÇÃO: Todo cuidado é ouco. Aguarde orientação do instrutor. Esta tomada não deve aresentar tensão contínua. Mudar a escala ara DC 0 e verificar que a rede AC não aresenta comonente contínua. Atenção: erifique no manual de oeração do instrumento se a mudança de escala/função ode ser realizada com o instrumento energizado. nominal Medido DC AC DC = AC ~ 0 17 Freq. 60Hz Freq. EXPEIÊNCIA - ESISTÊNCIA Figura 4 Fonte de Tensão Contínua (DC) POSITIO NEGATIO mínimo máximo mínimo máximo DC Ao comrar um resistor devemos esecificar obrigatoriamente: resistência otência. O valor da resistência, dos resistores utilizados em eletrônica, segue uma tabela da IEC63 (4 valores de dois dígitos adronizados e seus múltilos decimais). Estes valores são reresentados or código de cores. UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashima, Egon Luiz Muller Jr. & Ismael Noronha 3

4 EEL11 Laboratório de Circuitos Elétricos I AB. 10 M ± T% Ω Figura 5 esistor. 1 a Faixa : 1 o Dígito - A a Faixa : o Dígito - B 3 a Faixa : Multilicador-M 4 a Faixa : Tolerância - T Código de Cores A B M T Preto 0 0 Marrom 1 1 1% ermelho % Laranja 3 3 Amarelo 4 4 erde 5 5 Azul 6 6 ioleta 7 7 Cinza 8 8 Branco 9 9 dourado % rata % IEC63 E E1 E1 E6 E4 (5%) E1 (10%) E6 (0%) A otência também é adronizada. Para circuitos eletrônicos temos 1/3, 1/, 1W. Utilizar o resistor acima da otência esecificada rovocará a queima do mesmo, inclusive com rincíio de incêndio. A otência que ode ser dissiada deende das condições de montagem e da temeratura ambiente. Outros arâmetros como recisão (ou tolerância no valor da resistência em %), estabilidade térmica (m/ o C), estabilidade e confiabilidade, material (carvão, metal film) e desemenho em alta freqüência (devido à indutância e caacitância arasitas), deverão ser esecificados conforme a alicação. Selecione resistores de cada valor com as cores abaixo: 1) marrom, reto, vermelho, dourado ) vermelho, reto, vermelho, dourado 3) laranja, reto, vermelho, dourado Preencha a tabela abaixo. Indique o valor nominal e a tolerância da resistência através do código de cores. Medir a resistência através do multímetro conforme rocedimento indicado no Manual de Oeração. Utilize a menor escala ossível. ATENÇÂO: Nunca toque nos terminais metálicos da onta de rova. ALO NOMINAL MEDIDO 1a 1b a b 3a 3b. - Associação em Série Eq-serie = Para comrovar o cálculo da resistência equivalente de dois ou mais resistores em série monte o circuito abaixo utilizando o rotoboard. Observe na figura 8 como utilizar o roto-board. O Proto-Board é uma base de montagem de rotótios de circuitos eletrônicos onde os comonentes eletrônicos são aenas encaixados. Desta forma estes comonentes eletrônicos odem ser reutilizados muitas vezes. Atenção: Procure osicionar os como-nentes eletrônicos o mais arecido com o diagrama esquemático e utilizando o menor número de fios ossível. UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashima, Egon Luiz Muller Jr. & Ismael Noronha 4

5 EEL11 Laboratório de Circuitos Elétricos I COM /Ω 3 Figura 6 - Associação SÉIE Série teórico medido Associação em Paralelo = + + Eq-aralelo 1 3 Coloque os resistores em aralelo e reencha a tabela. 1.0 COM /Ω 3 Figura 8- POTO-BOAD EXPEIÊNCIA 3 - COENTE A A medição de corrente é uma tarefa trabalhosa e erigosa uma vez que é necessário a- brir o circuito ara inserir o amerímetro, com o circuito desligado obviamente. Até mesmo uma mudança na escala amerimétrica requer um rocedimento que deve ser obedecido rigorosamente. Atenção: O amerímetro deve ser conectado semre em série no circuito. Para que o amerímetro não altere o comortamento do circuito, o mesmo deve aresentar resistência mais baixa ossível. Usando o multímetro como amerímetro na escala DCA 0m, meça o valor da corrente no circuito abaixo. Figura 7 - Associação PAALELO Paralelo teórico medido // 3 1 // 1////3 ATENÇÃO: Nunca, Jamais, em hiótese alguma, medir resistência em circuito energizado. Mesmo desligado da tomada, verifique se existe caacitor carregado. 1kΩ Figura 9- Medição de Corrente UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashima, Egon Luiz Muller Jr. & Ismael Noronha 5

6 EEL11 Laboratório de Circuitos Elétricos I corrente ma TEÓICO MEDIDO 1kΩ kω ATENÇÂO: olte a onta de rova e o seletor de funções do multímetro ara TENSÃO. Graves acidentes são rovocados ao medir tensão com o multímetro imrudentemente esquecido na função amerimétrica. Atenção: Medição de corrente é uma tarefa trabalhosa e erigosa. Semre que ossível e- vite a utilização do amerímetro. EXPEIÊNCIA 4 CAPACITÂNCIA Ao comrar um caacitor devemos esecificar obrigatoriamente: Caacitância Tensão Dielétrico A caacitância é esecificada referencialmente em F (ico Farad) ou em µf (micro Farad). Mais recentemente os fabricantes abandonaram estas duas unidades decimais ara caacitores de oliéster e adotaram aenas a unidade nf (nano Farad). ico 10-1 nano n 10-9 micro µ 10-6 A tensão esecificada é a máxima tensão que este caacitor suorta sem o erigo do romimento do dielétrico. NUNCA alicar tensão maior que o esecificado. O dielétrico define a faixa de caacitância, tensão, freqüência de oeração, o tio de alicação e o fator de erda. Por exemlo, os caacitores eletrolíticos ara caacitâncias altas, acima de 1µF; oliroileno ara oeração ulsada; oliestireno, de baixa corrente de fuga, ara alicações em temorizadores. Estes valores não são indicados exlicitamente. A identificação correta do valor vai exigir um ouco de bom senso do usuário. Um caacitor de oliéster metalizado com as inscrições K50~ significa caacitância de nf com tolerância de ±10% (código K) e tensão de 50 em corrente alternada (~). Observe que a letra K não significa refixo decimal 10 3 e sim tolerância de 10% na caacitancia. Um outro tio de notação que está se tornando muito oular é o sistema de três dígitos. Os dois rimeiros dígitos seguem a tabela da IEC63-E4. O terceiro dígito indica o número de zeros e neste caso a caacitância é semre esecificada em F. Por exemlo: J50~=00[F] ou n ±5% 3K50~=000[F] ou [nf]±10% 4K50~=0000[F]=0[nF] ±10% 104J50~=100000[F]=100[nF] ±5% O caacitor eletrolítico é olarizado. Isto significa que a olaridade da tensão alicada no caacitor jamais oderá ser invertida, sob ena de danificá-lo irremediavelmente, inclusive rovocando a exlosão do mesmo. Para utilizar o caacitor eletrolítico em corrente alternada, a tensão alternada deverá estar sobreosta a uma tensão contínua que garanta que a tensão no caacitor jamais inverta de olaridade. Os caacitores eletrolíticos (alumínio e tântalo) continuam sendo esecificados em µf = serie C C C C Eq 1 n C = C +C +...+C aralelo Eq 1 n caacitância teórico medido C1 C C1+C (serie) C1 // C 100nF 33nF Itajubá, MG, julho de 016 UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashima, Egon Luiz Muller Jr. & Ismael Noronha 6