CIRCUITOS ELÉCTRICOS

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1 CICUITOS ELÉCTICOS. OBJECTIO Aprender a utilizar um osciloscópio e um multímetro digital. Conceito de resistência interna de um aparelho.. INTODUÇÃO O multímetro digital que vai utilizar pode realizar cinco funções, entre outras: - Determinação de tenções contínuas (DC) - Determinação do valor médio (MS) de tensões alternadas (AC) - Determinação de correntes DC - Determinação do valor médio (MS) de correntes AC - Medição de resistências O esquema da Fig. mostra como montar a resistência de teste para medidas de tensão, corrente e resistência. Figura - Esquemas de montagem para medições de tensão, corrente e resistência Para medir uma tensão AC ou DC através de uma resistência coloque o selector no modo respectivo, e ligue a resistência em paralelo aos terminais do multímetro (Fig.a). Para medir uma corrente AC ou DC através de uma resistência coloque o selector no modo respectivo, e ligue a resistência em série com o multímetro (Fig. b). Para medir uma resistência coloque o selector no modo respectivo, e ligue-a directamente aos terminais do multímetro (Fig.c). Nota: Antes de utilizar qualquer função, verifique que o multímetro mede zero quando curto-circuitado.

2 Quando utilizamos um multímetro no laboratório, assumimos frequentemente que se trata de um instrumento ideal, ou seja, que o aparelho de medida não tem qualquer influência sobre o circuito. Assim, um voltímetro ideal tem resistência interna infinita, de forma a não desviar corrente do circuito, e um amperímetro ideal tem uma resistência interna nula, de forma a não haver queda de tensão no seu interior devido à passagem de corrente. Isto não é verdade, pois um voltímetro ou amperímetro reais têm resistências internas bem determinadas. Na Fig. estão representados esquematicamente um voltímetro e um amperímetro. Figura oltímetro e amperímetro reais Ao ligar o voltímetro com resistência interna aos terminais de uma resistência, a resistência que passa a estar no circuito é o paralelo de e (Fig. ª). Ao ligar o amperímetro com resistência interna a a um circuito em série com uma resistência, a resistência que passa a estar no circuito é a série de a (Fig. b). a

3 3. EQUIPAMENTO Multímetro Digital Osciloscópio Fonte de tensão/corrente regulável Gerador de sinais esistências diversas breadboard 4. POCEDIMENTOS A. Meça o valor de 5 resistências diferentes entre 00Ω e MΩ utilizando directamente o multímetro no modo ohmímetro. eja qual o valor definido pelo fabricante (código de cores) e a tolerância das resistências dada por: Preencha a Tabela. al. medido al. especificado Tol. = 00 (%) al. especificado Tabela esistência Cores alor Especificado (Ω) alor Medido (Ω) Tolerância (%)

4 B. Monte o circuito da Fig. 3. Para = Ω meça a tensão na resistência desde I=0 até I= A, em intervalos de 0. A. Preencha a Tabela. Trace a recta que melhor se ajusta aos valores experimentais (utilize a Fig. 4 para traçar o gráfico). Determine o valor experimental de ( = / I ). Figura 3 Medição indirecta da resistência Tabela Corrente (A) Tensão () 0.0 ± ± 0.0 ± ± 0.40 ± ± 0.60 ± ± 0.80 ± ±.0 ± ± 4

5 5

6 Figura 4 Gráfico da tensão em função da corrente I. = ± Ω 6

7 C. Monte o circuito da Fig. 5 (divisor de tensão), utilizando duas resistências ==3.3MΩ. Alimente o circuito com uma tensão de 0.0. Meça as tensões AA e BB. epita estas medidas utilizando o osciloscópio em vez do multímetro digital (Nota: neste caso o osciloscópio só mostra uma variação do sinal DC, pois não há nenhum sinal AC introduzido). Mude agora para resistências ==4.7kΩ. epita as medições efectuadas anteriormente. Atenção: as medidas de tensão devem ser feitas com precisão superior à centésima do volt! Figura 5 Esquema do divisor de tensão Se = ( resistência interna do aparelho de medida), então: BB' < AA' Se << =, então: BB ' AA' = = 3.3 MΩ = = 4.7 KΩ Instrumento ( ) AA ( ) ' BB Instrumento ( ) ' AA ( ) ' BB ' Multímetro Digital Multímetro Digital Osciloscópio Osciloscópio A partir destes resultados, estime as ordens de grandeza da resistência interna do voltímetro e do osciloscópio. 7

8 D. Utilize o gerador de sinais para produzir um sinal sinusoidal de khz com uma amplitude de 6 pico-a-pico. Substitua a fonte de tensão na Fig. 5 pelo gerador de sinais. Prepare o multímetro para medir volts AC e meça as tensões AA e BB com as resistências de 4.7kΩ no circuito. Note que o multímetro não mede uma tensão pico-a-pico ( PP ) mas sim uma tensão eficaz ( rms, de oot Mean Square ). pp rms = Instrumento AA BB Osciloscópio ( pp ) Multímetro ( rms ) Cálculo ( rms ) Comente se os valores rms medidos estão de acordo com os valores calculados a partir dos valores medidos pico-a-pico. E. Coloque um sinal de khz e pp no gerador. Alimente este sinal directamente no osciloscópio. Ajuste a base de tempo do osciloscópio de maneira a observar dois períodos completos do sinal sinusoidal (Atenção: mantenha a base de tempo sempre calibrada). Meça a tensão em 0 instantes diferentes e preencha a Tabela 3. Faça ainda o gráfico de em função do tempo, e marque no gráfico o período e a amplitude pico-a-pico. Indique bem as escalas utilizadas, assim como o erro na medida do tempo. Tensão () ± Tempo (ms) ± Tabela 3 8

9 Figura 6 em função de t no osciloscópio 5. ANÁLISE DOS ESULTADOS A. Como compara os valores medidos das 5 resistências com os valores esperados? Estão todos dentro das tolerâncias especificadas? B. O circuito da Fig. 5 é um divisor de tensão. A relação entre AA' e BB' é dada por: BB' = + AA' Como compara os valores medidos para AA e BB com os valores calculados a partir dos valores de e? 9

10 C. A Fig. 7 mostra o circuito da Fig. 5, mas com a fonte de tensão e o multímetro ligados. A partir deste esquema determine a resistência interna do multímetro ou do osciloscópio. Figura 7 Divisor de tensão com voltímetro ou osciloscópio real A resistência interna do multímetro ou osciloscópio é dada por: i = AA' BB' BB' ( + ) Calcule para : i Multímetro: Osciloscópio: i = ± Ω i = ± Ω D. A partir dos dados da tabela 3 da parte 4.E, determine o período do sinal sinusoidal. Indique o erro do período na Fig. 6. T = ± ms Qual a frequência associada? f = ± Hz Como compara esta frequência com a frequência nominal do sinal imposto no gerador (khz)? 0

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