1 LABOATÓIO DE ELETICIDADE BÁSICA POCEDIMENTOS BÁSICOS NO LABOATÓIO E COMPONENTES BÁSICOS DOS CICUITOS ELÉTICOS Objetivos: Familiarização com os métodos básicos para lidar com eletricidade e com os instrumentos elétricos que são utilizados rotineiramente nos laboratórios: DMM (Digital MultiMeter) ou multímetro eletrônico: é utilizado para a medição principalmente de tensões, correntes e resistências. Fonte de tensão ajustável: é utilizada para o levantamento das características elétricas dos componentes eletrônicos ou para a alimentação de circuitos com tensões fixas com valores não padronizados. O laboratório dispõem de fontes padrões de +5, -5, +12 e -12, ou então de baterias (pilhas do tipo AA de 1,5) que permitem associações com tensões de 3, 4,5 e 6. A prática em laboratórios de eletricidade exige disciplina e cuidados para não colocar em risco a integridade primeiramente do operador e secundariamente dos equipamentos utilizados para as operações de laboratório. A princípio trabalharemos com baixas tensões e com dispositivos de baixa potência, porém isso irá se alterando com a evolução do curso, portanto é necessários a aquisição de procedimentos de segurança que premiem a boa prática laboratorial. Cuidados preliminares: Antes de ligar qualquer equipamento verifique se o mesmo opera em 110, 220 ou com alimentação universal (faixa de 90 a 240 em geral). 1
2 Nunca ligue qualquer equipamento a rede de alimentação sem, primeiramente, verificar se o mesmo está desligado. Fique focado em cada operação que é realizada por você ou seu grupo de trabalho, cuidado com a energização de circuitos que estejam sendo manipulados por um colega. Um laboratório é um local de labor, ou seja, de trabalho. Evite brincadeiras que distraiam seus colegas. Aja com prudência, seguindo o roteiro de cada experiência a risca. Se você sentir que pode ampliar o escopo de um experimento, consulte o professor antes de fazê-lo. Em qualquer caso de dúvida, consulte o professor. COMPONENTES BÁSICOS DOS CICUITOS ELÉTICOS O ponto inicial de qualquer curso de eletricidade é a apresentação da lei de Ohm, ou matematicamente: E I = Esta formulação relaciona a tensão elétrica, a corrente elétrica e o mais básico dos componentes elétricos: O ESISTO. O resistor é vendido no mercado de eletrônica em valores padronizados com múltiplos e submúltiplos de 1 1,2 1,5 1,8 2,2 2,7 3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 e 8,2 e com tolerâncias, em relação ao valor nominal de 20%, 10%, 5% e 1%. Obviamente, quanto mais preciso, mais caro é o dispositivo. esistores de maior confiabilidade são compostos por uma camada de filme metálico (metal-film) sobre um corpo cerâmico, geralmente esses resistores são termicamente mais estáveis e feitos com maior precisão o que justifica o seu uso na construção de equipamentos eletrônicos de medição e controle. Os resistores mais baratos são fabricados em corpo cerâmico com uma película helicoidal de carvão que cobre a cerâmica. É a espessura dessa película helicoidal de carvão que define o valor da resistência do resistor e é o volume do corpo do mesmo que define a potência máxima que o mesmo pode dissipar por efeito Joule. 2
3 Figura 1 Devido ao seu pequeno tamanho e a dificuldade da impressão dos valores das resistências no corpo dos resistores foi adotado para os mesmo (para os capacitores cerâmicos também) um código de cores para expressar os valores nominais e as tolerâncias relacionadas. Assim um resistor de 100Ω com 10% de tolerância possuirá valores que vão de 0,9*100 = 90Ω até 1,1*100 = 110Ω, ou seja o valor nominal será de 100Ω, porem o valor efetivo (aquele que pode ser medido com um instrumento) estará dentro da faixa 90Ω 110Ω. Assim a medição de um resistor de 4,7kΩ violeta,vermelho, dourado) resultará em: com 5% de tolerância (amarelo, mínima máxoma ou seja a faixa possível desse resistor será: = 4700 *0,95 = 4465Ω = 4700*1,05 = 4935Ω 4465Ω 4935Ω Lei de Ohm Figura 2 Como já mencionado anteriormente, para os resistores ôhmicos, a lei de Ohm é definida como: I = 3
Alem da lei de Ohm, uma característica fundamental de um resistor é a potência máxima que ele pode dissipar sem prejuízo de sua confiabilidade. A figura 3 mostra, para um resistor de valor específico, a parábola de potência para qualquer resistor com uma certa especificação de potência P max = * I de define a área de operação segura para os dispositivos. Em geral as potências são especificadas em 1/8W, 1/4W, 1/2W, 1W, 5W, 10W, 25W, etc. I 4 P = *I Nesta região a linearidade fica comprometida I = Área de Operação Segura (SOA) I Figura 3 Quando aquecido além de sua capacidade máxima de dissipar calor, os resistores tornam-se não ôhmicos, ou seja perdem a linearidade definida pela relação da lei de Ohm. Assim, é fundamental que a dissipação máxima de potência definida para um resistor não seja ultrapassada, ou seja o resistor deve operar dentro da Área de Operação Segura (SOA - Safe Operation Area) para preservar seu valor e sua funcionalidade em um circuito. TABELA DE COES 4
5 Para facilitar a identificação do valor de um resistor é utilizado um código universal de cores, mostrado na tabela acima e a figura 2 mostra como identificar o valor e atolerância do componente. Nosso primeiro laboratório será a obtenção dos valores reais de um componente via instrumento DMM usado como ohmímetro e a comparação deste valor com o valor nominal definido pelo código de cores do dispositivo. POCEDIMENTO EXPEIMENTAL: 1) Identifique os valores nominais de três resistores utilizando o código de cores inclusive com a tolerância. Se o resistor tiver 5 anéis coloridos, os três primeiros corresponderão a três dígitos e o quarto anel corresponderá a número da potência de 10, o último anel será a tolerância do resistor. 2) Calcule os valores máximo e mínimo de cada resistor do caso acima utilizando a tolerância definida no último anél colorido. 3) Utilizando o DMM como ohmímetro, meça a resistência de cada resistor fornecido comparando o valor real, obtido via instrumento, com a faixa prevista com o uso do código de tolerância. 4) Utilizando um gerador (quatro pilhas em série) monte o circuito abaixo utilizando um dos resistores que você já usou anteriormente. 4 pilhas + x 5) Utilizando o DMM no modo voltímetro, ou seja em paralelo com as pilhas, meça a tensão nos terminais do conjunto de pilhas em olts. (E = ) 6) Utilizando o DMM como amperímetro, ou seja em série com o circuito, meça a corrente que circula no circuito ma escala mais conveniente. ( I = ). A + 4 pilhas x 7) Com os valores que você obteve, ou seja E =, I = e =, verifique se E = *I, ou seja verifique a validade da lei de Ohm. 5
8) epita o procedimento anterior para os outros dois resistores que estão em seu poder. 9) Utilizando o resistor de 1000Ω e 1W, monte o circuito abaixo. 10) Calcule a corrente máxima que o resistor pode operar com base na expressão: 6 2 P max = * I 6) Utilizando o DMM com amperímetro aplique a corrente mais próxima possível ao valor calculado no resistor e verifique o aquecimento do mesmo por efeito Joule. A 30 Fonte Ajustável 1000Ω 1 W ELATÓIO: Faça um relatório de todas as atividades deste laboratório, com observações sobre todas as experiências realizadas. Note que o insucesso também é importante e deve ser reportado uma vez que ele pode indicar os pontos de sua educação técnica que precisam de reforço. Ao final do relatório faça um fechamento conclusivo com comentários gerais de toda a experiência, coloque seu nome (todo o grupo) e assine o documento. egras para a entrega do relatório: Toda vez que o aluno voltar ao laboratório, ele deverá entregar o relatório da experiência realizada na aula anterior. Não será admitida postergação. O aluno que faltar a uma aula de laboratório estará proibido de fazer o relatório relativo a experiência relativa a falta, entretanto o professor de laboratório poderá permitir que se faça a experiência em uma outra aula, desde que sua atuação não fique prejudicada. 6