Laboratório de Física Manual de Equipamentos Multímetro, Fonte e Proto-board

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1 Laboratório de Física Manual de Equipamentos Multímetro, Fonte e Proto-board Centro Universitário de Vila Velha PROF. RUDSON RIBEIRO ALVES

2 TABELA DE CONTEÚDOS 1. Multímetro Minipa ET TERMINAIS (1) ESCALAS (2 a 8) Ω Resistência Elétrica (2) DCV Voltagem DC (tensão contínua) (3) OFF Multímetro Desligado (4) ACV Voltagem AC (tensão alternada) (5) DCA Corrente DC (corrente contínua) (6) A 10A DC (corrente contínua com 10A de fundo de escala) (7) hfe hfe de transistores (8) Diodo (9) Fonte DC Minipa MPS 303D TERMINAIS (7, 8 e 9) POWER (12) MOSTRADOR (10) Ajuste de Voltagem (3 e 4) Ajuste de Corrente (5 e 6) Correntes acima de 3A: A/20V: Tensões acima de 30V: ,5A/50V: ProtoBoard Montando Circuitos Resistores em série Resistores em paralelo Circuito com fonte DC Alguns Cuidados Experimento

3 1. MULTÍMETRO MINIPA ET-1001 Este texto é um resumo do manual de operação do Multímetro Digital Minipa ET Para maiores informações solicite o manual ao seu professor TERMINAIS (1) O Multímetro ET 1001 possui três terminais de entrada de sinal: A) 10ADC terminal para a medida de corrente elétrica até 10A DC (corrente contínua) B) VΩmA terminal para a medida de Volts (tensão), Ohms (resistência elétrica) e mili Ampères (corrente elétrica) C) COM comum, utilizado em todas as medições. Os terminal devem ser usados aos pares sempre com o terminal COM. Figura 1: Multímetro ET ESCALAS (2 a 8) Existem vinte possíveis escalas para a utilização do multímetro ET Estas escalas estão separadas por linhas coloridas com a respectiva grandeza elétrica a ser medida destacada das possíveis escalas. Todas as escalas são utilizadas com os terminais B e C comentados acima, com exceção da escala 10A que utiliza os terminais A e C. Segue abaixo uma breve descrição de cada intervalo de escala Ω - Resistência Elétrica (2) Para a medida de resistência elétrica é necessário usar os terminais B e C. As escalas possíveis estão em VERDE com o símbolo Ω abaixo. Os fundos de escala possíveis são: 200Ω, 2000Ω, 20kΩ, 200kΩ e 2000kΩ. Um número UM, no extremo esquerdo do visor, irá aparecer sempre que a escala selecionada for insuficiente para medir o valor da resistência testada. Neste caso será necessário aumentar a escala para medir o valor da resistência DCV - Voltagem DC (tensão contínua) (3) Para a medida de tensão contínua (DC) utilize os terminais B e C. As escalas possíveis estão em BRANCO com DCV ao lado.

4 Os fundo de escala possíveis são: 200mV, 2000mV (ou 2,000V), 20V, 200V e 1000V. Observe que estas escalas medem apenas tensão contínua, não serve para media a tensão da rede elétrica ou mesmo a tensão que sai dos terminais de um transformador, as quais são alternadas OFF - Multímetro Desligado (4) Mantenha o multímetro sempre desligado, enquanto não estiver em uso. Isto não apenas economizará a bateria como também é uma medida de segurança ACV - Voltagem AC (tensão alternada) (5) Para medir tensão alternada (AC) utilize os terminais B e C. As escalas possíveis estão em BRANCO com ACV acima. Os fundo de escala possíveis são: 750V e 200V DCA - Corrente DC (corrente contínua) (6) Para medir corrente contínua (DC) utilize os terminais B e C. As escalas possíveis estão em VERDE com DCA à direita. Os fundo de escala possíveis são: 200µA, 2000µA (ou 2,000mA), 20mA e 200mA. A medida de corrente é sempre uma operação crítica, devendo se tomar algumas precauções para se evitar danos pessoais e aos equipamentos: a) Antes de ligar o circuito, calcule o valor da corrente que irá passar pelo amperímetro e escolha uma escala sempre superior ao máximo de corrente esperado. b) Nunca ligue o experimento sem a aprovação do professor A - 10A DC (corrente contínua com 10A de fundo de escala) (7) Para medir corrente contínua acima de 200mA é necessário utilizar esta escala. Os terminais utilizados nesta medida são A e C (10A). Cabe aqui os mesmos cuidados observados no item DCA, acima hfe - hfe de transistores (8) Para medir hfe de transistores. Esta escala não será trabalhada no laboratório Diodo (9) Para medir estado de operação de diodos. Esta escala serve para testar o estado em que se encontra um diodo (condução ou não). Utilize os terminais B e C, para a conexão do diodo.

5 2. FONTE DC MINIPA MPS-303D Este texto é um resumo de operação da Fonte de Alimentação Minipa MPS 303D. Para maiores informações solicite o manual ao seu professor. Esta Fonte pode fornecer de 0 a 30V DC (tensão contínua) com até 3A de corrente elétrica. Associações de Fontes são possíveis para se conseguir correntes superiores a 3A ou tensões superiores a 30V, veja abaixo. Figura 2: Fonte DC Minipa MPS 3003D Descrição: 1. Led indicador de sub tensão; 2. Led indicador de sub corrente; 3. Ajuste grosso de tensão; 4. Ajuste fino de tensão; 5. Ajuste grosso de corrente; 6. Ajuste fino de corrente; 7. Saída positiva da fonte; 8. Terra da fonte; 9. Saída negativa da fonte; 10. Mostrador da fonte (corrente/tensão, dependendo da posição da chave 13) 11. Leds indicadores do modo de operação dos Mostrador 10; 12. Botão liga/desliga; 13. Chave para seleção do modo do mostrador: corrente/tensão; 14. Compartimento do fusível de proteção; 15. Tomada; 16. Chave de seleção 110V/220V. (ATENÇÃO! OBSERVE A POSIÇÃO DESTA CHAVE ANTES DE LIGAR O EQUIPAMENTO A TOMADA).

6 2.1. TERMINAIS (7, 8 e 9) A Fonte MPS 303D possui três terminais: + positivo, com borda vermelha. GND terra (ground), com borda verde. negativo, com borda preta. Geralmente os terminais GND e ( ) estarão curto circuitados por uma chapa metálica, uma vez que o laboratório dispõem de terra nas tomadas POWER (12) A Fonte pode ser ligada e desligada através do botão abaixo, à esquerda (ON/OFF) MOSTRADOR (10) O mostrador na parte superior da Fonte possui duas escalas possíveis de trabalho, para o monitoramento do aparelho, selecionadas por uma pequena chave a sua esquerda. Estas escala permitem o operador conhecer a tensão (chave para cima VOLTS) ou a corrente (chave para baixo AMPS) fornecidas pela Fonte em tempo de operação Ajuste de Voltagem (3 e 4) A tensão na fonte é ajustada através dos botões de ajuste no quadro VOLTAGE no meio do aparelho, à direita. Com o MOSTRADOR na posição VOLTS, utilize o botão FINE para o ajuste fino da tensão e COARSE para o ajuste grosso. A tensão regulada aparecerá no MOSTRADOR acima Ajuste de Corrente (5 e 6) Em vários experimentos é necessário garantir que a corrente no circuito não ultrapasse a certos valores. Para limitar a corrente a ser fornecida na fonte proceda como segue: 1. Com os terminais da Fonte livres, ligue a e posicione o MOSTRADOR inicialmente em VOLTS; 2. Regule uma tensão de aproximadamente 2,5V (veja Ajuste de Voltagem); 3. Mude o MOSTRADOR para AMPS; 4. Com um cabo banana banana feche os terminais (+) e ( ) em curto. Uma valor de corrente deverá aparecer no MOSTRADOR neste momento. 5. Regule a corrente com os botões FINE e COARSE em CURRENT. 6. Uma vez terminado o ajuste, retire os cabos banana banana e mude o MOSTRADOR para VOLTS novamente.

7 Após este ajuste de corrente a tensão pode ser ajustada em qualquer valor desejado. O ajuste na tensão, em geral, não interferirá no ajuste de corrente e vise versa. Desta forma você pode garantir que a corrente no circuito não ultrapassará ao valor regulado. Se por algum motivo, durante o experimento for solicitado da fonte mais corrente do que o regulado nesta etapa, ela simplesmente não fornecerá, travando também o avanço da tensão na fonte se necessário Correntes acima de 3A: Para experimentos que necessite de corrente acima de 3A devemos associar Fontes MPS 303D em paralelo, de forma a suprir a demanda de corrente. Abaixo está descrito o procedimento para se associar duas fontes em paralelo para uma corrente de 5A e uma tensão de 20V. Para demandas superiores a 6A utilize mais Fontes em paralelo seguindo o mesmo procedimento apresentado abaixo A/20V: a) Pegue duas Fontes Minipa MPS 303D e regule as correntes máximas em 2,5A máxima, conforme o Ajuste de Corrente acima; b) Regule a tensão nas Fontes em aproximadamente 20V; c) Com um cabo banana banana conecte os terminais ( ) das duas Fontes; d) Conecte um multímetro Minipa ET 1001 na escala de 2000mV (2V) entre os terminais (+) das duas Fontes, veja esquema abaixo; e) Regule as tensões nas Fontes (ajuste fino) até que a diferença de tensão medida do Multímetro seja zero; f) Retire o Multímetro e conecte os dois terminais (+) das Fontes. Agora você possui uma Fonte DC de 20V a 5A. ATENÇÃO: Os botões de ajuste não poderão mais serem mexidos durante a operação das Fonte nesta configuração. De outra forma você poderá desbalancear o fornecimento de carga das Fontes, e eventualmente causar queima dos equipamentos Tensões acima de 30V: Para experimentos que necessite de tensões acima de 30V devemos associar Fontes MPS 303D em série, de forma a suprir a demanda potencial elétrico. Abaixo está descrito o procedimento para se associar duas fontes em série para uma corrente de 2,5A e uma tensão de 50V. Para demandas superiores a 6A utilize mais Fontes em série seguindo o mesmo procedimento apresentado abaixo.

8 ,5A/50V: a) Pegue duas Fontes Minipa MPS 303D e regule as correntes máximas em 2,5A máxima, conforme o Ajuste de Corrente acima; b) Regule a tensão nas Fontes em aproximadamente 25V; c) Com um cabo banana banana conecte os terminais ( ) das duas Fontes; d) Conecte um multímetro Minipa ET 1001 na escala de 2000mV (2V) entre os terminais (+) das duas Fontes, veja esquema abaixo; e) Regule as tensões nas Fontes (ajuste fino) até que a diferença de tensão medida do Multímetro seja zero; f) Retire o Multímetro e desconecte os dois terminais ( ) das Fontes. g) Agora conecte um terminal (+) de uma Fonte ao ( ) de outra. h) Através dor terminais (+) e ( ) restantes você terá 50V a 2,5A. Agora você possui uma Fonte DC de 50V a 2,5A. 3. PROTOBOARD O protoboard utilizado no laboratório é composto de dois tipos de elementos, distintos, marcados como A e B, e quatro bornes coloridos, identificados no protoboard como terra, V 1, V 2 e V 3, veja a Figura 3. Estes elementos não possuem conexões entre si, sendo necessário a utilização de fios e cabos para conectá los eletricamente. Figura 3: Protoboard Minipa MP 2420 (2420 pontos) O protoboard possui três elementos do tipo A. Estes elementos possuem 64 trilhas com 5 pontos conectados, arranjados em duas linhas independentes, Figura 4. As trilhas são apresentadas como a linha verde na Figura 4.

9 Figura 4: Elemento A: 64 trilhas duplas de 5 pontos conectados. Do tipo B, são 5 elementos dispostos pelo protoboard em quatro elementos paralelos, nas bordas e entre os elementos tipo A, e um transversal. Estes elementos possuem quatro trilhas com 25 pontos conectados, representados em verde na Figura 5. Figura 5: Elemento B: 4 trihas de 25 pontos conectados 3.1. Montando Circuitos Em geral, a montagem de um circuito ocorre mais confortavelmente nos elementos do tipo A, dado a sua disposição. Os elementos do tipo B são mais utilizados para levar um potencial elétrico a pontos extremos do protoboard. Isto não significa que os elementos do tipo B não possam ser usados na montagem do circuito, apenas não são menos convenientes para tal serviço. Nas seções a seguir são apresentados algumas montagens simples e o seu respectivo circuito Resistores em série Resistores em série podem ser arranjadas de diversas formas no protoboard. Para o circuito de quatro resistores em série da Figura 6, um possível arranjo dos resistores é apresentado na Figura 7. O detalhe em verde representa o caminho da corrente elétrica pelo protoboard. O ponto A, ligado ao pólo positivo da fonte e ao resistor R 1, e o ponto B, ligado ao pólo negativo da fonte e ao final do resistor R 4, são os fios sinuosos A e B na montagem no protoboard. Figura 6: Circuito em série.

10 Figura 7: Quatro resistores em série Resistores em paralelo Para o circuito em paralelo, com quatro resistores, da Figura 8, uma montagem possível sobre o protoboard é apresentado na Figura 9. Figura 8: Circuito em paralelo Figura 9: Montagem em protoboard de um circuito em paralelo. 4. ALGUNS CUIDADOS Para uma operação segura dos equipamentos do laboratório, é conveniente observar alguns cuidados fundamentais: Nunca ligue um equipamento à tomada sem antes consultar a opinião de todos os colegas da mesa. Em caso de dúvidas, consulte o seu professor; Monte os circuitos sempre com a fonte de alimentação desligada; Nunca ligue um circuito sem a aprovação do seu professor; Não gire a escala dos multímetro com o equipamento conectado ao circuito. Isto poderá evitar curtos circuitos indesejados ou aplicação de

11 potencial elétrico em escalas indevidas;

12 5. EXPERIMENTO Escolha cinco resistores de mesma ordem de grandeza e meça as tuas resistências (veja a Tabela 01 de código de cores abaixo): R 1 : (Ω) R 2 : (Ω) R 3 : (Ω) R 4 : (Ω) R 5 : (Ω) Monte o circuito abaixo com os resistores escolhidos; Determine a resistência equivalente do circuito, vista pelos terminais da fonte (A e B): R eq Calculada : (Ω) Retire a fonte e meça a resistência dos circuito vista pelos terminais A e B. Compare este resultado com o anterior. R eq Medida : (Ω) A R 1 R 3 12V + - R 2 R 4 B R 5 COR 1ªFaixa 2ªFaixa 3ªFaixa 4ªFaixa Preto Marrom Vermelho Laranja Amarelo Verde Azul Violeta Cinza Branco Dourado % Prateado % Tabela 01. Código de cores para resistores. Determine a corrente total do circuito, corrente em cada malha e a tensão sobre cada resistor;

13 i 1C : (A) i 2C : (A) i 3C : (A) V 1C : (V) V 2C : (V) V 3C : (V) V 4C : (V) V 5C : (V) Meça a corrente total do circuito, corrente em cada malha e a tensão sobre cada resistor; i 1M : (A) i 2M : (A) i 3M : (A) V 1M : (V) V 2M : (V) V 3M : (V) V 4M : (V) V 5M : (V)