LABORATÓRIO NO 7: CIRCUITO CAPACITIVO RC E CIRCUITO INDUTIVO RL

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1 EEL211- LABOATÓIO DE IUITOS ELÉTIOS I LABOATÓIO N O 7: IUITO APAITIVO E IUITO INDUTIVO L O objetvo desta aula é verfcar expermentalmente o comportamento do capactor e ndutor em crcutos de corrente contínua (transtóros cc) e a relação tensão/corrente. LISTA DE MATEIAL V Oscloscópo dgtal Gerador de funções 2-2MHz Proto Board esstores 1/2 W, 5% 1kΩ (1) 10kΩ (1) 20k (2) apactores de Poléster Metalzado 100V: 1nF(1) 10nF(1) 100nF (2) Indutor 27mH, 20mA. 1 IUITO V H1 =10kΩ H2 1nF FOMULÁIO PAA IUITO APAITIVO 1 v (t)= (t).dt +V (0) V d (t)=. v (t) A dt 1 2 W=.V J 2 1 X = Ω regme senodal j 2 π f = s o -t/ V (t)=v (1-e ) V para t= temos (1-e )=0,632 V ()=0,632.V V -t/ (t)= e = sere = paralelo -1 Fgura 1 - rcuto Efetos da apactânca Observar a forma de onda de tensão de entrada V (t) (H1) tensão no capactor V (t) (H2) tensão no resstor V (t) (Math: H1-H2) Medr a ampltude da tensão pco a pco no resstor e no capactor para =10kΩ e f=1khz. alcular = em µs Substtur o capactor para 10nF e depos para 100nF Para medr a ondulação da tensão no capactor com maor precsão dmnua o V/DIV de H2. Se necessáro mude o para acoplamento de H2 para A. O snal ~ ndca acoplamento ac. O acoplamento A é necessáro quando o snal contínuo é muto maor que o snal alternado IUITO EM EGIME PULSADO O gerador de funções no crcuto da Fgura 1b substtu o sstema de chaveamento com fonte de de almentação contínua no crcuto da Fgura 1a. Uma das aplcações para o capactor é a propredade de fltro para produzr uma tensão contínua sem ondulações. Quanto menor a relação T/, ou seja, quanto maor a capactânca e freqüênca menor será a ondulação. Tabela 1: V pp =10V =10kΩ f=1khz 1nF 10nF 100nF V pp V pp = T/ UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashma kazuo@unfe.edu.br 1

2 EEL211 Laboratóro de rcutos Elétrcos I Laboratóro N o 7: rcutos e L Tabela 2: =10KΩ =100nF Freq. 100Hz 1kHz 5kHz V pp T/ 10k 100nF 5kHz 0V H1:5V/DIV H2:5V/DIV H:50uSE/DIV 10k 100nF 5kHz Fgura 2- Osclogramas para regme pulsado 1 khz. =10kΩ, =1nF, =10nF, =100nF 0V Efetos da frequênca Ajustar a frequênca em 100Hz, 1kHz e 5kHz. Obs. =10KΩ e =100nF. Medr a ondulação da tensão no capactor com maor precsão Observe que o resultado para (=10nF; f=1khz) e (=100nF; f=100hz) são pratcamente o mesmo. Ambos apresentam a mesma relação T/. H1:5V/DIV H2:~0,1V/DIV H:50uSE/DIV Fgura 3- Osclogramas para regme pulsado =10kΩ, =100nF, f=100hz e 5kHz. 2 UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashma kazuo@unfe.edu.br

3 EEL211 Laboratóro de rcutos Elétrcos I Laboratóro N o 7: rcutos e L ASSOIAÇÃO SÉIE/PAALELO Medr a constante de tempo do crcuto e se tme para =10kΩ e =100nF. ATENÇÃO: Segur os procedmentos apresentados no Anexo 1 da págna 6. Ajustar a onda quadrada com freqüênca em f< 1/(10) para garantr que o crcuto entre em regme permanente. Adconar mas um capactor de 100nF em paralelo e repetr a experênca. Lgar os dos capactores de 100nF em sére e repetr a experênca. Tabela 3: Sére/Paralelo Nomnal 100nF 200nF 50nF Meddo T t 1/2 t 3/ OMPONENTE D Ajustar a componente contínua do snal de entrada (off set) e verfcar o comportamento das ondas de tensão no capactor e no resstor. Fgura 4- Tensão e orrente no apactor =10kΩ, =50nF (t)=v (t)/ A tensão no resstor não se altera porque o capactor mpede a crculação de corrente contínua. O valor médo da tensão no resstor é ZEO. A componente contínua é absorvda pelo capactor ELAÇÃO OENTE/TENSÃO A relação entre tensão e corrente no capactor é regda pela segunte equação dv(t) (t) = dt V I = t Mudar a forma de onda para Trangular e depos para Senodal na freqüênca entre 100Hz e 200Hz. Veja o resultado no osclograma da Fgura 4. Observe que: 1) Pra onda senodal a corrente também será senodal porém defasada da tensão. A defasagem entre a tensão e corrente no capactor é 90º. 2) Para uma onda não senodal a forma de onda da corrente não é gual a forma de onda da tensão. 2 IUITO L FOMULÁIO PAA IUITO INDUTIVO 1 L(t) = v L(t).dt +I L(0) A L d v L(t) = L. L(t) V dt X = j 2 π f L Ω L V -t/ L(t)= (1-e ) V L = s 1 2 W = L.I J 2 L = L +L +...+L sere = paralelo L L L L UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashma kazuo@unfe.edu.br 3

4 EEL211 Laboratóro de rcutos Elétrcos I Laboratóro N o 7: rcutos e L IUITO L EM EGIME PULSADO H1 L=27mH H2 + V - + V L - + V - 1kΩ GND Fgura 5- rcuto Indutvo L T 1kΩ 0,5kΩ O comportamento do crcuto ndutvo L é dual ao comportamento do crcuto capactvo, ou seja, o comportamento da corrente no ndutor é semelhante ao comportamento da tensão no capactor. V / L = (1 ε ) = V ( t) = V ε L / A Fgura 6 mostra o comportamento da corrente no crcuto L deal. Fgura 7- orrente no rcuto Indutvo L eal. (t)=v (t)/ Fgura 6- orrente no rcuto Indutvo L deal (t)=v (t)/ ontudo observamos um mpulso ad-conal como mostram os osclogramas da Fgura 7. Este mpulso é provocado pela capactânca parasta presente em qualquer ndutor. A Fgura 8 mostra a curva de resposta em frequênca da tensão V em db. Fgura 8- esposta em Freqüênca do rcuto Indutvo L (em db). 4 UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashma kazuo@unfe.edu.br

5 2.2 - ELAÇÃO OENTE/TENSÃO EEL211 Laboratóro de rcutos Elétrcos I Mudar a forma de onda para Trangular na freqüênca entre 100Hz e 200Hz. Verfcar a equação d I v L(t) = L. L(t) V L= L dt T Laboratóro N o 7: rcutos e L t Vo rpple pp Vo dc 0,01 1 % 0,02 2 % 0,05 5 % 0,1 9 % 0,2 18 % Para corrente constante V I I= V = t t 4 ELAÇÃO TENSÃO/OENTE H1:5V/DIV H2:1V/DIV H: 0.5mSE/DIV A fgura 10 mostra a relalação entre tensão e corrente nos tres ementos de crcuto. + Fgura 9- Tensão no Indutor v L (t). Fgura 10- elação tensão/corrente. 3 - EQUAÇÃO GEAL PAA SISTEMA DE 1 A ODEM Aplcando os teoremas do valor ncal e do valor fnal para este sstema de prmera ordem: -t/ x(t) = X( ) - [X( ) - X(0)].e X() - X(0) = (1 - e -1 ) = 0,632 X( ) - X(0) Em um crcuto a ondulação, rpple, depende da relação entre constante de tempo = e o tempo de descarga do capactor t. Quanto menor a relação t / menor será a ondulação. Itajubá, MG, julho de 2016 Itajubá, MG, feverero de 2008 UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashma kazuo@unfe.edu.br 5

6 ANEXO1 - ONSTANTE DE TEMPO - H1 H2 =1kΩ EEL211 Laboratóro de rcutos Elétrcos I Laboratóro N o 7: rcutos e L Tabela 1 se Tme t 1/2 t 3/4 219,7µs 69,35µs 138,6µs 100µs V GND/GF GND/Oscloscópo 100nF =1,442. t 1/2 = 0,7213. t 3/4 = 0, 4552.seTme Fgura 1 - rcuto. V(t) e Vc(t) / V ( t) = V (1 ε ) V / = ε = = 1k Ω.100nF = 100µ s 1 para t = temos (1 ε ) = 0, 632 V ( ) = 0,632. V o Procedmentos para medção de. Ajustar a onda quadrada com freqüênca em f< 1/(10) para garantr que o crcuto entre em regme permanente. ISE TIME - T Para medr o Tempo de Subda se Tme utlzaremos o retculado especal da tela do oscloscópo ( %) 1) Ajustar a ampltude da onda quadrada exatamente em 0-100% (pode ser feto ajustando/descalbrando o V/DIV). 2) Medr o ntervalo de tempo correspondente à 10-90%. Talvez você tenha que deslocar a onda horzontalmente para medr com mas precsão. Ajustar a ampltude pco a pco de tal forma que ocupe vertcalmente toda tela do oscloscópo, ou seja, 8 (oto) dvsões pco a pco. Medr o tempo que a tensão no capactor leva para varar de ZEO até 5DIV. Ajustar a base de tempo para obter uma letura mas precsa. Uma razão para se adotar 8 dvsões como 100% de ampltude é que 5/8 =0,625 0,63. Para facltar a letura devemos aprovetar o retculado ½ ou ¾ que apresentam subdvsões. Fgura 3- Medção de se Tme FEQUÊNIA DE OTE Neste crcuto passa-baxa (Lag) de 1ª ordem, a frequênca de corte pode ser determnada mas rapdamente do que no ensao de resposta em freqüênca. f = 1 0,35 2 π. = T Fgura 2- Medção da onstante de Tempo 6 UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashma kazuo@unfe.edu.br