ESCOLA DE ENGENHARIA MAUÁ

ESCOLA DE ENGENHARIA MAUÁ FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA ELÉTRICA ETE 101 Edição 2004 Revista e Elaborada pelo Prof. Rodrigo Cutri Sob coordenação do Prof. Mário Pagliaricci

NORMAS E RECOMENDAÇÕES Os alunos de cada turma serão divididos em equipes. O que será feito pelo professor na primeira aula de laboratório. Os alunos escolherão o critério para esse agrupamento, o qual será mantido durante a realização de todos os trabalhos do ano letivo. Cada equipe é responsável, sob todos os pontos de vista pelo equipamento que manuseia. Cada elemento da equipe deverá chegar a aula de laboratório conhecendo o trabalho (assunto da experiência) que vai executar. Para tanto deve antecipadamente estudar o assunto. Será permitida a entrada em aula os alunos que tiverem um atraso justificado máximo de 5 à 10 minutos. LABORATÓRIO ETE 101 2

Índice Medições e Erros (EXP 1 )... 4 Medições e Erros Exercícios (EXP 2 )... 12 Multimetros / Resistores / Lei De Ohm (EXP 3 )... 14 Associação De Resistores / Lei De Kirchhoff (EXP 4 )... 22 Apostila : Introdução À Eletricidade Com Pspice 9.1... 28 Circuitos Lógicos Combinatórios 1 (EXP 5 )... 62 Teorema Da Superposição / Teorema De Norton /Thevenin (EXP 6 )... 68 Circuitos Lógicos Combinatórios_2 (EXP 7 )... 72 Osciloscópio 1 (EXP 8 )... 78 Osciloscópio 2 (EXP 9 )... 90 Portas Lógicas E Comparadores Análise Dc (EXP 10 )... 92 Transistor E Led (EXP 11 )... 98 Transistor Como Chave e Amplificador (EXP 12 )... 101 Ponte De Wheatstone / Relés (EXP 13 )... 106 Relé Comandado Por Desequilibrio De Ponte ( Ldr / Ntc ) (EXP 14 )... 110 Capacitor Excitado Por Degrau (EXP 15 )... 114 Diodo / Diodo Zener / Aplicação (EXP 16 )... 116 Contador Binário De 4 Bits Com Leds / Display (EXP 17 )... 122 Oscilador Chaveado / Contador De Década (EXP 18 )... 126 Contador Binário (EXP 19 )... 130 Flip-Flop Rs / Tipo D / Mux / Demux (EXP 20 )... 132 Bibliografia :... 136 LABORATÓRIO ETE 101 3

EXPERIÊNCIA 1 ESCOLA DE ENGENHARIA MAUA LABORATÓRIO DE FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE INTRODUÇÃO À ELETRICIDADE DEL 485/487 MEDIÇÕES E ERROS TURMA SÉRIE SALA NOME Nº 1.1 DEFINIÇÕES O processo de medição, em geral, envolve a utilização de um instrumento como o meio físico para determinar uma grandeza ou o valor de uma variável. O instrumento atua como extensão da capacidade humana e, em muitos casos, permite que alguém determine o valor de uma quantidade desconhecida, o que não seja realizável apenas pela capacidade humana sem auxilio do meio utilizado. Um instrumento pode então ser definido como o dispositivo de determinação do valor ou grandeza de uma quantidade ou variável, O instrumento eletrônico, como o próprio nome indica, realiza uma função de medição baseado em princípios elétricos ou eletrônicos. Com os avanços tecnológicos, entretanto, a demanda por medidores mais elaborados e mais precisos gera novos desenvolvimentos em projetos e instrumentos e suas aplicações. Pata utilizá-los inteligentemente, os usuários devem compreender seus princípios de funcionamento e saber avaliar sua adequação à aplicação que se pretende realizar. LABORATÓRIO ETE 101 4

E tendência comum ao iniciante aceitar as indicações dos instrumentos de medição sem uma avaliação critica. Ele não está alertado para o fato de que a precisão das indicações não garante necessariamente a exatidão. De fato, uma boa técnica de medição é exercer um contínuo ceticismo em relação à exatidão dos resultados. A boa prática exige, em trabalhos críticos, que o observador deva executar um conjunto de medições independentes, usando instrumentos diferentes ou técnicas diferentes de medições, que não estejam sujeitas aos mesmos erros sistemáticos. E ainda necessário assegurar-se de que os instrumentos estejam operando normalmente, que estejam calibrados com referência a algum padrão conhecido, e que nenhuma influência externa esteja afetando a exatidão da medição. O objetivo deste estudo é rever alguns conceitos estudados no secundário e geralmente não compreendidos. Instrumentos de ponteiro LABORATÓRIO ETE 101 5

Deflexão de fim de escala Precisão : é a propriedade do instrumento fornecer o valor mais próximo possível do valor real da grandeza. Esta relacionado com o número de algarismos significativos que podem ser obtidos. Deve-se atentar que geralmente a precisão de um instrumento é dada em porcentagem de seu valor máximo (fim de escala) assim devemos levar esse fato em consideração ao efetuarmos qualquer medida. Ex : 100 V ( fim de escala ) Precisão : 1% Se lermos 90 V qual o intervalo de confiança para a medida? Intervalo de confiança corresponde ao intervalo correspondente a faixa de valores aceitáveis à medida dentro da precisão realizada. Assim, 90 V +- 1% de 100 V, logo 89 à 91 V, observamos que qto mais perto do fim de escala for efetuada a leitura menor o erro percentual da medida. 1 ) Prefixos : são termos que indicam ordem de grandeza 10 12 - T Terá 10 9 G Giga 10 6 M Mega 10 3 k Kilo 10-3 m mili 10-6 - µ - micro 10-9 - η - nano 10-12 p pico 10-15 f femto 10-18 a atto 2 ) Unidades : em engenharia elétrica utilizam-se quase que exclusivamente as unidades do sistema internacional ( exceções : KWhora killowatt-hora ), entretanto pela necessidade de comunicação com engenheiros de outras áreas é necessário aprender a transformar unidades, esta transformação é muito simples e consiste em substituir as unidades uma a uma : exemplos a) a cotação do ouro é 375 dólares/onça transformar em real/grama, sabe-se que 1 lb = 16 onças = 453 g, 1 dólar = 1,12 reais LABORATÓRIO ETE 101 6

375 US$ / oz = 375 * 1,12 R$ / (1/16) lb = 14,8 R$ / g b) C=0,18 Kg/(HP.h) transformar em Kg/J 1 HP =746 W C= 0,18 Kg / (HP.h) * 1 Kg / (746 J/s. 3600 s) = 67.10-9 Kg/J c) 1,2.10 6 Kcal/h transformar em W 1 cal = 4,186 J 1 W = 1 J/s 1,2.10 6 Kcal/h * 4,186 J / 3600 s = 1390 kw d) ρ Cu = 17,5 * 10-3 Ω.mm 2 / m transformar em Ω.m 17,5 * 10-3 Ω.mm 2 / m * 10-6 m 2 /1 mm 2 = 17,5 ηω.m 3) Algarismos significativos calcular o volume da chapa : ( desenhar a figura ) Altura : 1221 mm / Largura : 1,3 mm / Comprimento : 215 mm Ao escrecer um número é muito comum indicar algarismos que não tem o mínimo significado. Vamos analisar este problema através do exemplo abaixo : 1º Processo : (incerteza ) V = 1221 * 215 * 1,3 = 341269,5 = 0,34*10 6 mm 3 2º Processo : ( correto mas muito trabalhoso ) 1221 1220,5 < x < 1221,5 215 214,5 < y < 215,5 1,3 1,25 < z < 1,35 Vmin = 1220,5 * 214,5 * 1,25 = 327246,5625 Vmax = 1221,5 * 215,5 * 1,35 = 355364,8875 327246,5625 < V < 355364,8875 resp. 0,34 * 10 6 mm 3 ( 2 algarismos significativos [ pior dado] ) LABORATÓRIO ETE 101 7

3º Processo (muito trabalhoso) 1221,x * 215,x = 262xxx,xx 262xxx,xx * 1,3x = 33xxx,xxxx 0,33*10 6 mm 3 4º Processo 1º variante : efetuam-se os cálculos sem nenhum arredondamento e dá-se a resposta com o nº de algarismos significativos do pior dado. 2º variante : consideram-se os dados exatos faz-se as contas com 4 significativos e dá-se a resposta com 3. 2 significativos 99 10 erro 1 à 10 % 3 significativos 999 100 erro 0,1 à 1 % 4 significativos 9999 10000 erro 0,01 à 0,1 % O número de algarismos significativos com que o resultado é expresso é indicador da precisão de uma medida. Algarismos significativos contêm informações sobre a magnitude e a precisão de uma variável. Quanto maior o número de algarismos significativos, maior a precisão da medição. Por exemplo, se o valor nominal de um resistor é 68 0, na resistência real deve aproximarse mais de 68 O do que de 67 O ou de 69 0. Se o valor nominal for 68,0 0, isto significa que a resistência real deve estar mais próxima de 68,0 O do que de 67,9 O ou de 68,1 O. Na especificação 68 0, há dois algarismos significativos enquanto em 68,0 O há três. A última especificação com mais algarismos significativos expressa uma medida de maior precisão do que a primeira. Entretanto nem sempre o número total de dígitos representa a precisão da medida. Por exemplo, a população de uma cidade de 380000 habitantes é registrada com seis algarismos. Se todos os algarismos fossem significativos, o número registrado indicaria que a população varia entre 379.999 e 380.001 habitantes. Contudo o significado do registro acima é que a população está mais próxima LABORATÓRIO ETE 101 8

de 380.000 do que de 370.000 ou 396.000 habitantes. Neste caso, a população expressa possui apenas dois algarismos significativos. Como, então, poderemos expressar números elevados? Uma notação tecnicamente mais correta emprega potências de dez, 38 x l0 4 ou 3,8 x 10 5. Isto significa que a medida que expressa a população só tem dois algarismos significativos. Incertezas causadas por zeros antes da vírgula decimal podem ser evitadas pela utilização da notação científica de potências de dez. Referir-se à velocidade da luz como 300.000 km/s não cria dúvidas para pensar com base técnica. Mas 3,0 x 10 5 km/s não deixa dúvida alguma. É costumeiro registrarmos uma medição com todos os dígitos que nos possibilita aproximar ao máximo do valor verdadeiro. Por exemplo, a indicação de um voltímetro é 117,1 V. Isto indica que a tensão lida pelo observador é mais próxima de 117,1 V do que de 117,0 V ou 117,2 V. Outra maneira de expressar este resultado é através do erro possível. A tensão de 117,1 V pode ser expressa como 117,1 ± 0,05 V, significando que na verdade ela está contida no intervalo compreendido entre 117,05 V e 117,15 V. Quando várias medições independentes são feitas com o intuito de se obter a melhor resposta (o mais próximo possível do valor verdadeiro), o resultado pode ser expresso pela média aritmética dos resultados obtidos, associada a uma faixa de erros possíveis como o máximo desvio da média. O Exemplo esclarece melhor. Quatro observadores distintos fizeram quatro medidas independentes de tensões e obtiveram 117.02 V. 117,11 V, 117,08V e 117,03 V. Calcule (a) a tensão média; (b) a faixa de erro. SOLUÇÃO (a) Tensão média = (V1+V2+V3+V4)/N =117,02± 117.11 + 117.08 + 117,03 = 117,06V 4 (b) Faixa de erro = Vmax Vmed = 117,11 117,06 = 0,05V portanto Vmed-Vmím = 117,06 117,02 = 0,04V Faixa de erro média = 0,05+0.04 = +-0045 = ±0,05 V 2 LABORATÓRIO ETE 101 9

Quando dois ou mais resultados de medições com graus diferentes de exatidão são acrescentados, o resultado é tão exato quanto o menos exato dos dois. Veja o Exemplo Dois resístores, R1, e R2, são ligados em série, Através de um multímetro digital. foram obtidos os seguintes valores de resisténcia: R1 = 18,70 Ohms e R2 = 3,624 Ohms. Calcule a resistência total e expresse o resultado com o número correto de algarismos significativos. Rtotal, = 22,3 Ohms = 18,70 (três algarismos significativos) = 3,6240 (quatro algarismos significativos) = R1, + R2 = 22,3240 (cinco algarismos significativos) A resposta correta é Bibliografia : Notas de Aula ; Instrumentação Eletrônica Moderna e Técnicas de Medição ; Helfrick, Cooper, Prentice-Hall, 1994 LABORATÓRIO ETE 101 10

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EXPERIÊNCIA 2 ESCOLA DE ENGENHARIA MAUA LABORATÓRIO DE FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE INTRODUÇÃO À ELETRICIDADE DEL 485/487 MEDIÇÕES E ERROS - EXERCÍCIOS TURMA SÉRIE SALA NOME Nº 1) Você realizou uma medição em duas escalas diferentes : 83,1 V - escala 100 V - Precisão 1% Fundo Escala 80 V - escala 250 V - Precisão 1% Fundo Escala Qual a medida com menor intervalo de erro? Por que? 2) Qual o intervalo de confiança de uma leitura de 40 A quando utilizada uma escala de 200 A Precisão 2.5 %? A escala utilizada foi adequada, sendo que no aparelho temos as escalas de 50,100 e 200 A? LABORATÓRIO ETE 101 12

3) Escreva os nº utilizando os prefixos : 1500 V 0,0001 A 3.000.000 Ω 1.000.000.000 Hz 4) Você possui dois resistores em série : R1=2,5 Ω e R2= 1,51 Ω qual a resistência total ( calcule com o nº adequado de algarismos significativos )? 5) Para o cálculo de queda de tensão em uma resistência de 35,68 Ω, é registrada uma corrente de 3,18 A. Calcule a queda de tensão no resistor com o nº adequado de algarismos significativos. 6) A área de um andar térreo de um prédio é de 5.000 m 2. Calcule esta área em ft 2. 7) A velocidade máxima permitida é de 60 Km/hora. Calcule em (a) milhas/hora (b) ft/s. LABORATÓRIO ETE 101 13

EXPERIÊNCIA 3 ESCOLA DE ENGENHARIA MAUA LABORATÓRIO DE FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE INTRODUÇÃO À ELETRICIDADE DEL 485/487 MEDIDAS ELÉTRICAS BÁSICAS / MULTIMETROS RESISTORES / LEI DE OHM TURMA SÉRIE SALA NOME Nº A teoria à ser passada nesta aula corresponde aos capítulos 1 (Resistores ), 2 ( Ohmimetro ), 3 ( Voltímetro ), 4 ( Amperímetro ) e 5 ( Lei de Ohm ) do Livro Laboratório de Eletricidade e Eletrônica Capuano. 1) Faça a leitura de cada resistor e anote o valor nominal, o valor medido, a tolerância e a escala utilizada. Valor Nominal (Ω) Valor Medido (Ω) Tolerância Escala LABORATÓRIO ETE 101 14

2) Utilizando o circuito da fig. abaixo preencha a tabela à seguir : R1 = Ω R2 = Ω Lampada Tensão (V) I (ma) I (ma) I(mA) 0 2 4 6 8 10 2) Com os valores obtidos levante o gráfico V=f(I) para cada bipolo. LABORATÓRIO ETE 101 15

4) Qual o comportamento observado em cada gráfico? A Lei de Ohm é válida para ambos? EXPERIÊNCIA : RESISTORES / LEI DE OHM QTD MATERIAL UTILIZADO 01 Fonte DC 0 10 V 01 Mutlitmetro analógico 05 Resistores ( 47k, 1k, 2k2, 10k Ohms ) 1/4 W - ( 100 Ohms 1 W ) 01 Lâmpada 12 V 3 W 01 Placa Universal Fios e Cabos LABORATÓRIO ETE 101 16

O "retângulo" com terminais é uma representação simbólica para os resistores de valores fixos tanto na Europa como no Reino Unido; a representação em "linha quebrada" (zig-zag) é usada nas Américas e Japão. Como os valores ôhmicos dos resistores podem ser reconhecidos pelas cores das faixas em suas superfícies? Simples, cada cor e sua posição no corpo do resistor representa um número, de acordo com o seguinte esquema, COR --- NÚMERO : PRETO MARROM VERMELHO LARANJA AMARELO VERDE AZUL VIOLETA CINZA BRANCO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A PRIMEIRA FAIXA em um resistor é interpretada como o PRIMEIRO DÍGITO do valor ôhmico da resistência do resistor. Para o resistor mostrado abaixo, a primeira faixa é amarela, assim o primeiro dígito é 4: A SEGUNDA FAIXA dá o SEGUNDO DÍGITO. Essa é uma faixa violeta, então o segundo dígito é 7. A TERCEIRA FAIXA é chamada de MULTIPLICADOR e não é interpretada do mesmo modo. O número associado à cor do multiplicador nos informa quantos "zeros" devem ser colocados após os dígitos que já temos. Aqui, uma faixa vermelha nos diz que devemos acrescentar 2 zeros. O valor ôhmico desse resistor é então 4 7 00 ohms, quer dizer, 4 700 Ω ou 4,7 k Ω. Verifique novamente, nosso exemplo, para confirmar que você entendeu realmente o código de cores dados pelas três primeiras faixas coloridas no corpo do resistor. A QUARTA FAIXA (se existir), um pouco mais afastada das outras três, é a faixa de tolerância. Ela nos informa a precisão do valor real da resistência em relação ao valor lido pelo código de cores. Isso é expresso em termos de porcentagem. A maioria dos resistores obtidos nas lojas LABORATÓRIO ETE 101 17

apresentam uma faixa de cor prata, indicando que o valor real da resistência está dentro da tolerância dos 10% do valor nominal. A codificação em cores, para a tolerância é a seguinte: COR MARROM VERMELHO OURO PRATA TOLERÂNCIA + ou 1% + ou 2% + ou 5% + ou 10% Nosso resistor apresenta uma quarta faixa de cor OURO. Isso significa que o valor nominal que encontramos 4 700 Ω tem uma tolerância de 5% para mais ou para menos. Ora, 5% de 4 700 Ω são 235 Ω então, o valor real de nosso resistor pode ser qualquer um dentro da seguinte faixa de valores: 4 700 Ω - 235 Ω = 4 465 Ω e 4 700 Ω + 235 Ω = 4 935 Ω. A ausência da quarta faixa indica uma tolerância de 20%. Quando você for ler em voz alta um valor ôhmico de resistor (a pedido de seu professor), procure a faixa de tolerância, normalmente prata e segure o resistor com essa faixa mantida do lado direito. Valores de resistências podem ser lidos rapidamente e com precisão, isso não é difícil, mas requer prática! Padrões E12 e E24 Se você já tem alguma experiência na montagem de circuitos, terá notado que os resistores têm comumente valores como 2,2 (Ω, kω ou MΩ), 3,3 (Ω, kω ou MΩ) ou 4,7 (Ω, kω ou MΩ) e não encontra no mercado valores igualmente espaçados tais como 2, 3, 4, 5 etc. Os fabricantes não produzem resistores com esses valores ôhmicos nominais. Por que será? A resposta, pelo menos em parte tem algo a ver com a precisão expressas pelas porcentagens. Na tabela abaixo indicamos os valores encontrados nos denominados padrões E12 e E24, um para aqueles com tolerância de 10% e outro para a tolerância de 5%: LABORATÓRIO ETE 101 18

Os resistores são fabricados com resistências nominais de valores múltiplos desses vistos nas tabelas, por exemplo, 1,2Ω 12Ω 120Ω 1200Ω etc. Considere os valores adjacentes 100Ω e 120Ω do padrão E12; 100 é múltiplo de 10 e 120 é múltiplo de 12. Ora, como esse padrão é para tolerância de 10%, teremos: 10% de 100Ω = 10Ω e 10% de 120Ω = 12Ω. Assim sendo, os resistores marcados como 100Ω poderão ter qualquer valor entre 90Ω e 110Ω e os marcados como 120Ω poderão ter qualquer valor entre 108Ω e 132Ω. Essas duas faixas de alcances se sobrepõem, mas só ligeiramente; só 2Ω, entre 108Ω e 110Ω. Os padrões E12 e E24 são projetados para cobrir todos os valores de resistência, com o mínimo de sobreposição entre eles. LABORATÓRIO ETE 101 19

A ilustração a seguir mostra dois modelos de multímetro digitais. O da esquerda, um típico, tem suas funções e alcances selecionadas mediante uma chave (ligada a um grande botão no meio do aparelho). O da direita, mais sofisticado, não é necessário selecionar nenhum alcance, apenas a função. Ele, automaticamente seleciona um alcance adequado. Comentemos o primeiro modelo. Mediante o acionamento do botão central, que pode assumir diversas posições, você tem que escolher aquela que convém para a adequada medição. Se esse botão foi dirigido para o setor V= e aponta para a faixa dos 20V (como na ilustração) então, 20V é a tensão máxima que pode ser medida. Para os circuitos experimentais com os quais trabalharemos essa é a seleção indicada para medidas de tensões. Em algumas situações poderemos utilizar o alcance 2V ou ainda 200 mv. LABORATÓRIO ETE 101 20

As faixas de tensões para fontes de polaridade fixa (pilhas, baterias e fontes de alimentação) estão no setor indicado com V=. Nossos projetos iniciais trabalharão com esse tipo de alimentação. Leituras de tensões alternadas (AC) devem ser feitas com o máximo de cuidado e o botão central deve ser levado para o setor V~. LABORATÓRIO ETE 101 21

EXPERIÊNCIA 4 ESCOLA DE ENGENHARIA MAUA LABORATÓRIO DE FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA ELÉTRICA LABORATÓRIO DE INTRODUÇÃO À ELETRICIDADE DEL 485/487 ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES / LEI DE KIRCHHOFF TURMA SÉRIE SALA NOME Nº 1) Determine a resistência série total do circuito R1 = Ω R2 = Ω R3 = Ω Rtotal = Ω O que você observa? 2)Determinar a tensão em cada resistor. Ir1 = A Vr1 = V Ir2 = A Vr2 = V Ir3 = A Vr3 = V It = A Vt = V LABORATÓRIO ETE 101 22

Ir1 = Ir2 = Ir3 = A A A Vr1 = Vr2 = Vr3 = V V V O que você observa? 3)Determine a resistência paralela total do circuito O que você observa? It = A Vt = V R1 = Ω R2 = Ω R3 = Ω Rtotal = Ω O que você observa? 4)Determinar a tensão/corrente em cada resistor. Ir1 = A Vr1 = V Ir2 = A Vr2 = V Ir3 = A Vr3 = V It = A Vt = V O que você observa? LABORATÓRIO ETE 101 23

5)Meça a tensão em cada elemento, meça a corrente em cada ramo. IA = A VR1 = V IB = A VR2 = V IC = A VR3 = V 6) Aplique a 1º e 2º Leis de Kirchhoff e conclua. EXPERIÊNCIA : ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES / LEI DE KIRCHHOFF QTD MATERIAL UTILIZADO 01 Fonte DC 0 10 V 01 Mutlitmetro analógico 03 Resistores ( 820, 1k, 2k2 ) 1 W 01 Suporte p/ pilhas 01 Placa Universal Fios e Cabos 03 Pilhas 1.5 V (G) NOTA Uma fórmula alternativa para o cálculo da resistência total paralela para dois resistores é: 1/R total = 1/R 1 + 1/R 2. Apesar de aritmeticamente ser mais trabalhosa para cálculos mentais, ela é mais geral, pois pode ser estendida a mais de dois resistores. Para o cálculo da resistência total de 4 resistores (iguais ou não) em paralelo teremos: 1/R total = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3 + 1/R 4 LABORATÓRIO ETE 101 24

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PROF. RODRIGO CUTRI LABORATÓRIO ETE 101 26

Indíce : APOSTILA : Introdução à Eletricidade com Pspice... 28 Desenhando um esquema de um circuito elétrico... 29 Simulando o circuito... 39 DC SWEEP (Variando parâmetros p/ obter a Curva de Transferência).... 44 Teorema da Superposição e Proporcionalidade... 56 A função de transferência (Transfer Function)... 56 Medindo a resistência equivalente do circuito... 59 AC SWEEP (Variando a freqüência ) (2º volume )Erro! Indicador não definido. LABORATÓRIO ETE 101 27

APOSTILA : Introdução à Eletricidade com Pspice 9.1 O Objetivo presente é iniciar o aluno no uso do software Pspice, permitindo-o desenhar e analisar circuitos em corrente contínua (DC), levantar curvas características de componentes e analisá-las, não é possível dar um curso completo de Pspice nem de todos os seus recursos, o aprendizado virá com o uso constante e a utilização nos anos posteriores à 2º série. O pacote Microsim é um software de simulação desenvolvido pela Microsim Corporation. Ele é composto pelos principais programas:.microsim Schematics: onde é feita a edição do circuito;.microsim Pspice: responsável pela compilação e interpretação;.microsim Probe: visualização gráfica dos resultados obtidos;.microsim Stimulus Editor: edição dos estímulos de entrada Basicamente os arquivos são gerenciados pelo Design Manager que é automaticamente aberto quando qualquer outro programa é aberto. LABORATÓRIO ETE 101 28

Desenhando um esquema de um circuito elétrico Para iniciar devemos ir ao menu de programas e procurar pela pasta Pspice > Schematics : A seguinte tela se abrirá : LABORATÓRIO ETE 101 29

Esta tela também é chamada de folha e é nela que iremos desenhar nossos circuitos. Instruções Gerais : - O Microsim PSpice não distingue entre caracteres maiúsculos e minúsculos. - O nome de um campo deve começar com uma letra, mas os caracteres que se seguem podem ser letras, números ou: "$", "_", "*" ou "%". Nomes podem ter 131 caracteres. - O número de um campo pode ser inteiro ou real. Números inteiros e reais podem ser seguidos por um expoente inteiro(7e-6, 2.136e3) ou um fator de escala simbólico(7u, 2.136K). Veja a tabela dos fatores de escala: Símbolo Forma exponencial F 1E-15 P 1E-12 N 1E-9 U 1E-6 M 1E-3 K MEG 1E3 1E6 LABORATÓRIO ETE 101 30

G T 1E9 1E12 - Letras imediatamente seguindo um número que não são fatores de escala são ignoradas, isso vale também para letras imediatamente seguindo um fator de escala. Por exemplo, 10, 10V, 10Hz e 10A representam o mesmo número. O mesmo pode ser dito para 2.5M, 2.5MA, 2.5Msec e 2.5MOhms. LABORATÓRIO ETE 101 31

Vamos agora inserir os componentes que iremos utilizar : 1) Clique no menu Draw > Get New Part LABORATÓRIO ETE 101 32

A seguinte janela aparecerá: Caso você queira selecionar os componentes e vê-los, clique em Advanced. A seguinte janela se abrirá: LABORATÓRIO ETE 101 33

Para selecionar os componentes pelas bibliotecas, clique em Libraries. A seguinte janela aparecerá: LABORATÓRIO ETE 101 34

Para definir os componetes a serem utilizados siga o exemplo : Em Part Name digite R, você observará a figura de um resistor, a seguir pressione o botão PLACE, você agora poderá colocar o componente sobre sua folha apenas clicando com o mouse. Insira agora os outros componentes que usaremos digitando : - EGND para terra ; - VDC para fonte de tensão contínua ; É obrigatório a presença de um nó "zero", que será o nó de referência ( usualmente o nó de "terra" do circuito), ao qual serão referenciadas todas as tensões calculadas, o "terra" deve sempre ser fixado no circuito. À seguir pressione o botão CLOSE para sair. LABORATÓRIO ETE 101 35

Você deverá ter a seguinte tela agora : Para melhor visualização utilize os botões de Zoom. Vamos agora desenhar as linhas (wires) que ligarão nosso circuito, para isso clique no botão Desenhar Linhas (Draw Wire), o cursor agora passa a ter a forma de um lápis permitindo que você desenhe as linhas clicando com o mouse no ponto inicial e final da ligação, para sair desta função basta pressionar o lado direito de seu mouse. Você deve ter agora o seguinte circuito : Para imprimir o esquema ou gráfico, selecione o menu File > Print Para rotacionar os componentes, selecione o componente e pressione Control+R, ou menu Edit > Rotate LABORATÓRIO ETE 101 36

Vamos agora explicitar os valores dos componentes : 1) Clique 2 vezes sobre o texto 0V uma caixa de diálogo se abrirá permitindo que você altere o valor da fonte de tensão DC, mude o valor para 10 V e pressione OK para confirmar. 2) Vamos agora definir o valor do resistor, clique 2 vezes sobre o texto 1k (valor padrão) uma caixa de diálogo se abrirá permitindo que você altere o valor da resistência, mude o valor para 100 V e pressione OK para confirmar. Uma outra maneira de ajustar os valores dos componentes é clicando duas vezes sobre estes. Por exemplo, ao clicarmos duas vezes sobre um resistor, a seguinte janela aparece: LABORATÓRIO ETE 101 37

Selecione cada característica do componente e faça a alteração.ao alterar os valores clique em Save Attr. Ao término, clique em OK. Para salvar o esquema desenhado vá ao menu Arquivo (Files), Salvar Como (Save As) : Monte agora o seguinte circuito : Utilize os componentes VDC, R, EGND e BUBBLE. clique 2 vezes sobre o componente Bubble, uma caixa de diálogo se abrirá permitindo que você altere o seu texto, ele servirá como um marco de referência para medirmos o valor da tensão nos resistores ( todas as tensões são sempre medidas tendo como referência a terra ). LABORATÓRIO ETE 101 38

Simulando o circuito Vamos rodar agora a simulação do programa afim de sabermos qual o valor das tensões nos nas referências (bubbles), pressione o botão Simulate. A seguinte tela se abrirá : LABORATÓRIO ETE 101 39

Pressione o botão ao lado : Aparecerá então o arquivo contendo os valores das tensões simuladas do circuito : **** 08/10/02 02:10:56 *********** Evaluation PSpice (Nov 1999) ************** * C:\Meus documentos\schematic1.sch **** CIRCUIT DESCRIPTION ****************************************************************************** * Schematics Version 9.1 - Web Update 1 * Sat Aug 10 02:04:55 2002 ** Analysis setup **.OP * From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini:.lib "nom.lib".inc "Schematic1.net" **** INCLUDING Schematic1.net **** * Schematics Netlist * V_V1 $N_0001 0 100 LABORATÓRIO ETE 101 40

R_R1 R_R4 R_R5 R_R3 $N_0001 VA 1K VB VA 2K VB 0 2K 0 VA 4K **** RESUMING Schematic1.cir ****.INC "Schematic1.als" **** INCLUDING Schematic1.als **** * Schematics Aliases *.ALIASES V_V1 V1(+=$N_0001 -=0 ) R_R1 R1(1=$N_0001 2=VA ) R_R4 R4(1=VB 2=VA ) R_R5 R5(1=VB 2=0 ) R_R3 R3(1=0 2=VA ) (VA=VA) (VB=VB).ENDALIASES **** RESUMING Schematic1.cir ****.probe.end **** 08/10/02 02:10:56 *********** Evaluation PSpice (Nov 1999) ************** * C:\Meus documentos\schematic1.sch **** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG C ****************************************************************************** NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE ( VA) 66.6670 ( VB) 33.3330 ($N_0001) 100.0000 VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT V_V1-3.333E-02 TOTAL POWER DISSIPATION 3.33E+00 WATTS **** 08/10/02 02:10:56 *********** Evaluation PSpice (Nov 1999) ************** * C:\Meus documentos\schematic1.sch LABORATÓRIO ETE 101 41

**** OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = 27.000 DEG C ****************************************************************************** JOB CONCLUDED TOTAL JOB TIME.01 LABORATÓRIO ETE 101 42

EXERCÍCIOS 1) Determine agora a tensão VA, VB e VC do circuito à seguir : (Gerador de Corrente -> IDC ) VA (V) VB (V) VC (V) 2) Determine agora a tensão VA, VB e VC do circuito à seguir : VA (V) VB (V) VC (V) LABORATÓRIO ETE 101 43

DC SWEEP (Variando parâmetros p/ obter a Curva de Transferência). Até agora para simularmos o circuito com diferentes valores, deveríamos mudar o valor desejado e rodar novamente quantas vezes fossem as analises desejadas, vamos aprender agora como simular o circuito para diferentes valores numa mesma simulação. Vamos desenhar o circuito abaixo : A pergunta é : como varia a tensão Vo quando variamos V1. Vamos abrir o menu Analysis > Setup. LABORATÓRIO ETE 101 44

a seguinte tela se abrirá : Vamos pressionar o botão DC Sweep, a caixa de diálogo aparecerá, preencha-a conforme o indicado e confirme : Acabamos de dizer ao programa para simular a variação de uma fonte de tensão (Voltage Source), indicamos qual fonte sofrerá a variação (Name : V1), escolhemos o tipo de variação (Linear) e definimos os valores inicial, final e o incremento da variação. A seguir feche a tela Analysis Setup, verificando que agora o item DC Sweep está selecionado. LABORATÓRIO ETE 101 45

Vamos rodar agora a simulação do programa afim de sabermos qual o valor da tensão em Vo em função de V1, pressione o botão Simulate. A seguinte tela se abrirá : LABORATÓRIO ETE 101 46

Selecione no Menu Trace > Add Trace Selecione a tensão V(Vo) e confirme : LABORATÓRIO ETE 101 47

Teremos então o gráfico da variação de Vo em função de V1 : Para inserir um novo gráfico no mesmo eixo repita o procedimento ( apenas tenha cuidado para não colocar gráficos com valores máximos muito distantes ou você terá problemas de escala para visualização ). Você também pode plotar o gráfico de funções utilizando as variáveis de tensão e corrente, bastando escrever a expressão na tela Add Trace. LABORATÓRIO ETE 101 48

EXERCÍCIO Plote as tensões Va, Vb e Vc quando a fonte DC varia de 1 à 20 V. Curva Característica do Diodo Componentes : Resistor (R), Fonte Dc (Vdc), marcador (Bubble), Diodo (D1N4148), Terra (EGND) Vamos variar a fonte Dc de 15 V à 15 V, modo Linear, incremento 0.1. Vamos plotar a corrente I(D1). Vamos agora definir o eixo X como sendo a tensão Vd. Entre no menu Plot > Axis Settings LABORATÓRIO ETE 101 49

Agora pressione o botão Axis Variable ( para definirmos qual variável estará representada no eixo x ) : LABORATÓRIO ETE 101 50