Roteiro para experiências de laboratório. AULA 2: Osciloscópio e curvas do diodo. Alunos: 2-3-

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1 Campus SERRA COORDENADORIA DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Disciplinas: ELETRÔNICA BÁSICA e ELETRICIDADE GERAL Professores: Vinícius Secchin de Melo Wallas Gusmão Thomaz Roteiro para experiências de laboratório AULA 2: Osciloscópio e curvas do diodo Alunos: Turma: Data: / / 2013 Objetivos: - Efetuar medidas de tensão com um osciloscópio - Efetuar medidas de correntes elétricas com amperímetros. - Efetuar medidas de tensões elétricas com o osciloscópio. Material experimental: - Resistor: 22 Ω / 5W ( 1 unidade) - Diodo 1N4007 (1 unidade) - 1 Módulo KL Matriz de contatos - 1 Multímetro - 1 Osciloscópio Parte 1: Gerador de funções e o osciloscópio Este tutorial apresenta em passos de forma objetiva o ajuste e calibração de um sinal qualquer gerado por um gerador de funções com o auxilio de um osciloscópio. O gerador de funções em questão, é o disponível no Módulo KL º Passo: Características do sinal Primeiramente devemos definir quais as características do sinal em questão: Tipo do sinal: Senoidal, Triangular ou Quadrado Frequência do sinal Valor da tensão, podendo ser expresso em Volts de pico (V pico ) ou em Volts de pico-a-pico (V pp ) Vamos supor que o sinal tenha as seguintes características: Senoidal, 1kHz e 2 V pp Ligações das pontas de prova 2º Passo: Pré ajuste do osciloscópio Para visualizarmos o sinal gerado pelo gerador de funções no osciloscópio, devemos conectar o pino OUTPUT do gerador de funções à ponta de prova do osciloscópio e o pino GND do gerador de funções à garra jacaré do osciloscópio. Obs.: Utilize o Canal 1 do osciloscópio para a medição, observe também se a fonte do Trigger (sincronismo) está selecionada para o Canal 1. Campus Serra 1/8

2 Nota: Para verificar a fonte do Trigger no osciloscópio digital, selecione o Menu Trigger e no monitor veja se a seleção do Trigger, que possui as seguintes possibilidades: CH1, CH2, Externo, Linha. No caso proposto deverá estar em CH Seleção do acoplamento do sinal medido pelo osciloscópio Ao selecionar o Canal 1 do osciloscópio, no Menu visível na tela, e tecla Acoplamento possui 3 opções: Senoidal, Contínuo e Terra. Primeiramente, deve-se utilizar o acoplamento para o Terra, isto é necessário para que o traço horizontal visto esteja no centro da tela, caso não esteja, deve-se fazer o ajuste através do potenciômetro da Posição Vertical (Vertical Position). Este será o referencial de medida, ou seja, a linha de Zero Volt. Após o ajuste da referência, seleciona-se o acoplamento desejado. Para sinais alternados Acoplamento AC, e sinais contínuos Acoplamento CC. Caso haja necessidade de se medir sinais variáveis com offset, deve-se utilizar o Acoplamento CC. 1.3 Ajuste das escalas de tempo e tensão Deve-se agora pre-ajustar as escalas de tempo (Time/Div) e tensão (Volts/Div), de tal forma que visualize-se pelo menos 2 ciclos do sinal proposto. Para isto deve-se determinar o valor de pico e o período do sinal. Valor da tensão de pico: V pico = V pp 2 V pico = 2 2 =1 V p Observe que na tela do osciloscópio existem 4 divisões verticais acima do centro da tela e 4 divisões abaixo da tela. O valor da tensão para cada divisão será dado pela seleção da escala através do knob Volt/Div no osciloscópio. Mas a pergunta é: Qual escala utilizar? Como o sinal proposto possui um pico de 1 Volt positivo e 1 Volt negativo, e no osciloscópio temos 4 divisões acima da referência, basta dividir o valor do pico (positivo ou negativo) pelo número de divisões verticais, ou seja: V pico Volts/Div proposto = nº de divisões Volts/Div proposto = 1 4 Volts/Div proposto =0,25 V/Div ou 250 mv/div Provavelmente em muitas das situações o osciloscópio não tenha a escala de tensão proposta, sendo assim, iremos utilizar a primeira escala acima da proposta. Período do sinal: T = 1 f T = 1 =1 ms 1000 Campus Serra 2/8

3 Na escala horizontal, o osciloscópio apresenta 5 divisões a esquerda da linha central e 5 divisões à direita. Ao todo são 10 divisões, sendo assim basta dividir o período pelo número de divisões horizontais, ou seja: T Time/Div proposto = nº de divisões Time/Div proposto = 1 ms 5 Time/Div proposto =0,2 ms/div ou 200 ms/div Da mesma forma talvez o osciloscópio não tenha a divisão calculada disponível, então devemos utilizar a primeira divisão acima do valor proposto. 3º Passo: Ligando o gerador de funções Talvez após ligar o gerador de funções seja necessário fazer alguns ajustes na escala de tensão e tempo para melhor visualização da forma de onda. É aconselhável ter de 2 a 3 ciclos do sinal na tela do osciloscópio e que o pico não ultrapasse a 4ª divisão vertical, impossibilitando medir seu valor de pico. Isto é necessário para se obter maior precisão na leitura da tensão e período do sinal. Sendo assim, pré ajustando-se o osciloscópio, para as divisões de tensão e tempo necessárias para a visualização do sinal desejado, o ajuste do gerador de funções será feito observando os seguintes passos: 1.4- Seleção do tipo da forma de onda: A seleção é feita através da chave FUNCTION (função): - Senoidal - Quadrada - Triangular 1.5- Faixa de frequências: Após selecionar a forma de onda, um segundo ajuste a ser feito para calibrarmos a saída do gerador de funções é o da faixa de frequências. Selecionando a chave RANGE (faixa) temos as seguintes opções: na saída teremos sinais de frequências de até 100 Hz. - 1K na saída teremos sinais de frequências de até 1 KHz, ou seja, 1000 Hz. - 10K na saída teremos sinais de frequências de até 10 Khz, ou seja, Hz K na saída teremos sinais de frequências de até 100 KHz, ou seja, Hz. Para se ajustar a frequência desejável, basta utilizar o potenciômetro (freqüência), de um valor mínimo ao máximo de acordo com a faixa selecionada, observando no oscilóspio a forma de onda e medindo assim o período necessário para se obter a frequência desejada Amplitude: Um outro ajuste a ser feito, é a amplitude da forma de onda de saída, através do potenciometro AMPLITUDE. A tensão de saída do sinal gerado, vai de zero até aproximadamente 6 V pico. Observando também a escala vertical do osciloscópio, que em relação à linha central (com acoplamento em GND) nos fornecerá a medida do valor de pico do sinal medido. Campus Serra 3/8

4 Parte 2: Medição de sinais 2.1- Selecione o gerador de funções para a função senóide Selecione a chave Range (faixa) para 1k Ajuste o knob da frequência para a posição de 9h Ajuste o knob de amplitude para a posição de 12h Conecte o canal 1 do osciloscópio ao gerador de funções e desenhe a forma de onda medida pelo osciloscópio, caracterizando o valor de pico da tensão e os instantes de tempo em que a onda cruza o eixo horizontal Selecione o gerador de funções para a função triangular Selecione a chave Range (faixa) para 10k Ajuste o knob da frequência para a posição de 3h Ajuste o knob de amplitude para a posição de 9h Conecte o canal 1 do osciloscópio ao gerador de funções e desenhe a forma de onda medida pelo osciloscópio, caracterizando o valor de pico da tensão e os instantes de tempo em que a onda cruza o eixo horizontal. Campus Serra 4/8

5 2.11- Selecione o gerador de funções para a função quadrada Selecione a chave Range (faixa) para Ajuste o knob da frequência para a posição de 12h Ajuste o knob de amplitude para a posição de 3h Conecte o canal 1 do osciloscópio ao gerador de funções e desenhe a forma de onda medida pelo osciloscópio, caracterizando o valor de pico da tensão e os instantes de tempo em que a onda cruza o eixo horizontal Ajuste o gerador de funções para se obter na tela um sinal senoidal de 2 V pico e frequência 1,2 khz. Chame o professor para a conferência Ajuste o gerador de funções para se obter na tela um sinal triangular de 1 V pico e frequência 25 khz. Chame o professor para a conferência. Parte 3: Polarização direta 3.1- Com posse dos materiais acima, monte o circuito da figura 1. V Ajustável 3.2 Meça o valor de R x com o ohmímetro e anote abaixo. R X = Ω Campus Serra 5/8

6 3.3- NÃO energize o circuito!!!! Antes, chame o professor para ser feita a verificação Complete a Tabela 1 da seguinte forma: Calcule os valores da corrente em R x considerando o diodo ideal e como uma bateria de 0,7 V Energize o circuito e meça a tensão em R X e nos terminais do diodo para todos o valores de tensão pedidos A medição da corrente no circuito será feita de forma indireta, ou seja, mede-se a tensão no resistor e calcula-se a corrente através da Lei de Ohm, conforme abaixo: I circuito = V Rx medido R x medido Valores Calculados Valores Medidos V ajustável (V) Corrente em R x (ma) (considerando diodo ideal) Corrente em R x (ma) (considerando diodo como uma bateria de 0,7 V) Tensão em R x (V) Tensão no diodo (V) Corrente do circuito (medição indireta) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 4,0 6,0 8,0 Tabela 1 Campus Serra 6/8

7 Parte 4: Polarização reversa 4.1- Inverta o diodo e recoloque-o de acordo com o circuito da figura 2. V Ajustável 4.2- NÃO energize o circuito!!!! Antes, chame o professor para ser feita a verificação Complete a Tabela 2 da seguinte forma: Calcule os valores da corrente em R x considerando o diodo ideal e como uma bateria de 0,7 V Energize o circuito e meça a tensão em R X e nos terminais do diodo para todos o valores de tensão pedidos A medição da corrente no circuito será feita de forma indireta, ou seja, mede-se a tensão no resistor e calcula-se a corrente através da Lei de Ohm, conforme abaixo: I circuito = V Rx medido R x medido Valores Calculados Valores Medidos V ajustável (V) Corrente em R x (ma) (considerando diodo ideal) Corrente em R x (ma) (considerando diodo como uma bateria de 0,7 V) Tensão em R x (V) Tensão no diodo (V) Corrente do circuito (medição indireta) 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 Campus Serra 7/8

8 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 Tabela 2 Parte 3: Curva do diodo 3.1- Com base nos dados obtidos com o preenchimento das tabelas 1 e 2 esboce a curva característica do diodo 1N4007 I(mA) V(V) Parte 4: Questionário 4.1- Compare as correntes medidas e calculadas (considerando o diodo uma bateria 0,7 V) na tabela 1 para cada valor de tensão da fonte ajustável. Comente as diferenças e diga em qual situação foi mais próxima do modelo real Qual seria o modelo mais próximo de um diodo real com base nas observações feita na curva característica e na resposta da questões anteriores? Apresente um modelo aceitável para o diodo 1N4007 baseado nesta experiência. Campus Serra 8/8