ANÁLISE DE CIRCUITOS LABORATÓRIO

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Patrícia Campelo Carmona
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1 ANÁLISE DE CIRCUITOS LABORATÓRIO Ano Lectivo 20 / 20 Curso Grupo Classif. Rubrica Trabalho N.º 4 A Bobina Plano de Trabalhos e Relatório: 1. As bobinas nos circuitos em corrente alternada sinusoidal. A ressonância série a) Considere o circuito da figura, onde a tensão de saída do gerador de sinais deve ser ajustada para um sinal sinosoidal com 5 V de amplitude. Considerando as diferentes frequências, expostas nas Tabelas 1 e 2, determine os valores da impedância Z da associação série RL 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) Importa ainda relembrar que o cálculo da indutância equivalente de um conjunto de indutâncias ligadas em série é dada por: L=L 1 +L 2 + +L n (8) 1

2 e que a indutância equivalente de um conjunto de indutâncias ligadas em paralelo se obtém usando: (9) Infelizmente, na prática, para além da sua indutância L as bobinas apresentam sempre uma componente resistiva, vulgarmente conhecida por resistencia interna R int, configurando um comportamento do tipo Z RL. L 1 =15 mh (R int =33Ω); L 2 =4,7 mh (R int =10Ω) 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 bobinas L = L 1 L = L 1 // L 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 bobinas L = L 2 L = L 1 + L 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 indutância 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 L = L 1. CH1: V/Div CH2: V/Div f) Esboce a imagem do osciloscópio, quando em modo XY, para a frequência de 10kHz e L = L 1 //L 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; CH2: V/Div; U L =CH1-CH2; h) Comente as forma de onda registadas nas alíneas anteriores. 5

6 2. As indutâncias em sistemas de corrente contínua (O regime permanente e os fenómenos transitórios) Sempre que se alimenta uma carga em que estejam presentes indutâncias, 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, ( = L/R). Utilizando o circuito já montado e L = L 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; U L =CH1-CH2; a) Determine experimentalmente a constante de tempo ( = L/R ) para o sinal de saída e explique o procedimento. R. 6

7 b) Repita o procedimento anterior considerando L = L 2, e ajuste o valor da frequência para 50kHz por forma a poder observar melhor o regime transitório. CH1: V/Div; CH2: V/Div; U L =CH1-CH2; c) Determine experimentalmente a constante de tempo ( = L/R ) para o sinal de saída e explique o procedimento. R. d) Explique de que forma se comportam as indutâncias num circuito DC estabilizado (findo o regime transitório). R. 7

8 2. Circuitos ressonantes série Considere o circuito da figura. L = 15 mh(r int =33Ω);; C = 10 nf; R=1kΩ Figura 2: Montagem a realizar a) Determine a frequência angular ω 0, e a correspondente frequência temporal f 0, para a qual o circuito da figura se encontre em ressonância (Z L =Z C ). R._ b) Monte o circuito da figura 2 e ajuste a tensão de alimentação para uma amplitude de 5V e para a frequência de ressonância. Para tal coloque o osciloscópio em modo XY e procure a frequência que lhe permite observar uma reta no osciloscópio. Note que esta é a frequência que lhe garante o máximo valor de tensão na resistência. Esboce as formas de onda da tensão de alimentação e da tensão na resistência, que como se sabe é directamente proporcional à da corrente. Registe também os valores das tensões medidas. Nota 1: Lembre-se que o valor calculado na alínea A parte de valores exactos de indutânia e capacidade, não levando em conta possíveis tolerância existentes nos valores apresentados pelos componentes reais. 8

9 Nota 2: Devido ao facto da frequência de ressonância ser elevada os multímetros do laboratório não lhe permitem efetuar medidas precisas. CH1: V/Div CH2: V/Div U in : V U R : V U L : V U C : V f 0 : khz c) Reduza a frequência até que a potência na resistência seja metade da verificada em ressonância (redução do valor da tensão na resistência de um factor de ), e repita as medidas. CH1: V/Div CH2: V/Div CH1-CH2: : V/Div U in : V U R : V U L : V U C : V f 1 : khz 9

10 d) Repita o procedimento da alínea anterior, mas agora para uma frequência f 2 = 2 f 0 f 1. CH1: V/Div CH2: V/Div CH1-CH2: : V/Div U in : V U R : V U L : V U C : V f 2 : khz e) Com base nos valores experimentais, determine factor de qualidade Q, sabendo que Q=f 0 / (f 1 - f 2 ). R. OBSERVAÇÕES: Data / / Aluno n.º Assinatura Aluno n.º Assinatura Aluno n.º Assinatura 10

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