Laboratório de Física Experimental I

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1 Laboratório de Física Experimental I Centro Universitário de Vila Velha Multímetro e Fonte DC Laboratório de Física Prof. Rudson R. Alves 2012

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

3 3/10 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. ESCALAS (2 a 8) Existem vinte possíveis escalas para a utilização do multímetro ET Estas escalas estão separadas Figura 1: Multímetro ET-1001 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. 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.

4 4/10 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. 10A - 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. 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.

5 5/10 Figura 2: Fonte DC Minipa MPS-3003D Descrição: 1. Led indicador de sub-tensão; da chave 13) 2. Led indicador de sub-corrente; 11. Leds indicadores do modo de operação dos Mostrador 10; 3. Ajuste grosso de tensão; 12. Botão liga/desliga; 4. Ajuste fino de tensão; 13. Chave para seleção do modo do mostrador: corrente/tensão; 5. Ajuste grosso de corrente; 14. Compartimento do fusível de proteção; 6. Ajuste fino de corrente; 15. Tomada; 7. Saída positiva da fonte; 16. Chave de seleção 110V/220V. (ATENÇÃO! OBSERVE A 8. Terra da fonte; POSIÇÃO DESTA CHAVE ANTES DE LIGAR O EQUIPAMENTO A 9. Saída negativa da fonte; TOMADA). 10. Mostrador da fonte (corrente/tensão, dependendo da posição 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) Liga e desliga a Fonte (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

6 6/10 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 desconectados, 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. 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. 5A/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

7 7/10 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. 2,5A/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. 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 proto-board possui três elementos do tipo A. Estes elementos possuem 64 trilhas com 5

8 8/10 pontos conectados, arranjados em duas linhas independentes, Figura 4. As trilhas são apresentadas como a linha verde na Figura 4. Figura 4: Elemento A: 64 trilhas duplas de 5 pontos conectados. Do tipo B, são 5 elementos dispostos pelo proto-board 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 Montando Circuitos Em geral, a montagem de um circuito é mais confortavelmente realizada nos elementos do tipo A, dado a sua disposição. Os elementos do tipo B são mais utilizados para levar um potencial elétrico a pontos distantes no protoboard. Isto não significa que os elementos do tipo B não possam ser usados na montagem do circuito, apenas não são convenientes para tal serviço. Nas seções a seguir são apresentados algumas montagens simples e o seu respectivo circuito. Resistores em série Para a montagem em Série, tome como base o circuito com quatro resistores apresentado na Figura 6. Neste circuito é ressaltado as conexões entre os dispositivos (resistores e fonte), enumerando-os com as letras a a e. Estas conexões são a base para a montagem do circuito no protoboard. Cada conexão se tornará uma linha no protoboard, quanto montado nos elementos tipo A. Uma possível montagem é apresentada na Figura 7. Observe que os pontos de conexão entre os dispositivos se tornaram linhas no protoboard (neste caso colunas, pois a imagem se encontra deitada). V + - R 1 a e R 4 b Figura 6: Circuito Série R 2 c R 3 d

9 9/10 Resistores em paralelo Figura 7: Montagem de quatro resistores em série. O circuito com quatro resistores em paralelo é apresentado na Figura 8. Observe que nesta montagem exite apenas dois pontos onde os dispositivos são conectados, nomeados a e b. Todos pontos na parte superior do circuito correspondem a uma mesma conexão, a, assim com a parte inferior corresponde a conexão b. a + V R - 2 R 3 R 1 R 4 b Figura 8: Circuito Paralelo Uma possível montagem sobre o protoboard é apresentado na Figura 9, novamente com a imagem deitada. As linhas a e b são marcadas para evidenciar as conexões do circuito. Figura 9: Montagem de quatro resistores em paralelo. 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

10 10/1 0 evitar curtos-circuitos indesejados ou aplicação de potencial elétrico em escalas indevidas;