ANÁLISE DE CIRCUITOS LABORATÓRIO O CONDENSADOR

Transcrição

1 ANÁLISE DE CIRCUITOS LABORATÓRIO O CONDENSADOR Introdução ao uso do Osciloscópio. Ano Lectivo 20 / 20 Curso Grupo Classif. Rubrica Além do estudo do condensador, pretende-se com este trabalho obter uma familiarização com o osciloscópio, ilustrando para tal algumas técnicas de medida. Assim, a realização deste trabalho deve ser precedida de leitura atenta do texto de apoio no apêndice: Introdução ao uso do Osciloscópio. Trabalho N.º 3 O condensador Plano de Trabalhos e Relatório: 1. Os condensadores nos circuitos em corrente alternada sinusoidal. a) Considere o circuito da figura, onde a tensão de saída do gerador de sinais deve ser ajustada para um sinal de 5 V pico a pico, sinosoidal. Considerando as diferentes frequências, expostas nas Tabelas 1 e 2, determine os valores da impedância Z da associação série RC e o ângulo de atraso θ que essa impedância vai provocar na corrente relativamente à tensão. Para tal tenha em consideração que a impedância Z, e o respectivo ângulo θ, de cada um dos elementos, são para regimes sinosoidais, dados por: (1) (2) e que a impedância conjunto da ligação série de vários elementos é dada por (3) (4) (5) (6) (7) 1

2 Importa ainda relembrar que o cálculo da capacidade equivalente de um conjunto de condensadores ligados em série é dada por: (8) e que a capacidade equivalente de um conjunto de condensadores ligados em paralelo se obtém usando: C=C 1 +C 2 + +C n (9) C 1 =10 nf; C 2 = 22 nf Figura 1: Montagem a realizar b) Monte o circuito da figura 1 na placa de breadboard que tem ao seu dispor: c) Para os valores de frequência e de capacidade indicados na Tabela 1, usando o modo XY do osciloscópio, meça o valor do desfasamento entre a tensão de alimentação U in e a queda de tensão na resistência U R, que, como se conclui de (1), está em fase com a corrente, e calcule o valor de Z. Para tal, registe os valores máximos, segundo X,, correspondente à amplitide de U in, e segundo Y,, correspondente à amplitide de U R, registe ainda o valor segundo Y quando a curva cruza o eixo dos YY, Y 0, correspondendo ao valor de U R quando U in é zero, logo em t=0 s. Como obtém-se que. 2

3 Tabela 1 a) Associação de condensadores C = C 1 C = C 1 // C 2 f (Hz) teo Z teo [Ω] [v] [v] Y 0 [v] Z exp [Ω] exp teo Z teo [Ω] [v] [v] Y 0 [v] Z exp [Ω] exp Tabela 1 a) Associação de condensadores C = C 2 C = C 1 + C 2 f (Hz) teo Z teo [Ω] [v] [v] Y 0 [v] Z exp [Ω] exp teo Z teo [Ω] [v] [v] Y 0 [v] Z exp [Ω] exp d) Comente a influência da frequência e do valor da capacidade equivalente no desfasamento e na amplitude da corrente. 3

4 e) Esboce a imagem do osciloscópio, quando em modo XY, para a frequência de 10kHz e C = C 1. CH1: V/Div CH2: V/Div f) Esboce a imagem do osciloscópio, quando em modo XY, para a frequência de 10kHz e C = C 1 //C 2. CH1: V/Div CH2: V/Div 4

5 g) Esboce o sinal de saída conjuntamente com o de entrada, para a situação da anterior alínea f), agora em modo temporal. Confirme o desfasamento visualizando simultaneamente as duas formas de onda. Use a mesma escala para ambos os canais e não se esqueça de indicar a linha de Zero de cada canal. CH1: V/Div; Traço CH2: V/Div; Traço U C =CH1-CH2; Traço Time base: ms/div h) Comente as forma de onda registadas nas alíneas anteriores. 5

6 2. O condensador em sistemas de corrente contínua (O regime permanente e os fenómenos transitórios) Sempre que se alimenta uma carga em que estejam presentes condensadores, as tensões e correntes no circuito demoram algum tempo a atingir a estabilidade. Tipicamente, se uma determinada grandeza tiver que crescer, o tempo de crescimento é o intervalo de tempo que um sinal demora a evoluir de 0 a 95% do seu valor final, correspondendo ao triplo da constante de tempo do circuito, ( = RC ). a) Utilizando o circuito já montado e C = C 1, injecte à entrada uma onda quadrada de amplitude 5[V] e frequência de 20[kHz]. Esboce o sinal de saída conjuntamente com o de entrada e meça o tempo de crescimento do sinal de saída. CH1: V/Div CH2: V/Div CH1-CH2: : V/Div Time base: ms/div b) Determine experimentalmente a constante de tempo ( = RC ) para o sinal de saída e explique o procedimento. R. 6

7 c) Repita o procedimento anterior considerando C = C 2. e ajuste o valor da frequência para 10kHz por forma a poder observar melhor o regime transitório. CH1: V/Div CH2: V/Div CH1-CH2: : V/Div Time base: ms/div d) Determine experimentalmente a constante de tempo ( = RC ) para o sinal de saída e explique o procedimento. R. e) Explique de que forma se comportam os condensadores num circuito DC estabilizado (findo o regime transitório). R. 7

8 3. Medição de desvios de frequência Para este ponto do trabalho são necessários dois osciladores. Injecte o sinal sinusoidal de um dos osciladores no canal X e outro no canal Y. Ajuste ambos os osciladores para terem uma frequência próxima de 500[Hz]. Varie a frequência do gerador ligado ao canal Y por forma a tentar que os dois geradores exibam a mesma frequência. Tente ainda ajustar o referido gerador para que os dois sinais difiram em frequência no máximo 1[Hz]. Descreva o procedimento utilizado. R. OBSERVAÇÕES: Data / / Aluno n.º Assinatura Aluno n.º Assinatura Aluno n.º Assinatura 8

9 APÊNDICE Introdução ao uso do Osciloscópio 9