Técnicas Digitais para Computação Laboratório: AP03 Turma: A Nomes: Miller Biazus 187984 Raphael de Leon Ferreira Lupchinski 191942 INTRODUÇÃO No laboratório 3 foram propostas algumas atividades, como: Interação com o osciloscópio, bem como visualização de suas formas de ondas a partir de dois canais (CH1 e CH2); Ajustar os circuitos propostos na protoboard, usand fonte geradora de ondas quadradas com tensão de 0 a 10 volts nos dois circuitos, e tensão de 0 a 4 para apenas o primeiro circuito, com frequência aprox. de 1kHz; Registrar sinais de entrada e saída; Calcular o valor do capacitor em todos os casos. *Circuitos propostos para a aula prática EXPERIMENTO Primeiramente, vale ressaltar que todo o experimento foi feito usando-se uma frequência de 1kHz (grandeza que pode ser descrita pela equação ϝ = 1 / T ). O osciloscópio nos gerava automaticamente gráficos bi-dimensionais visíveis para as diferenças de potencial.
Representação fotográfica do primeiro circuito proposto Uma observação importante é que, tendo em vista que à medida que mais cargas vão se acumulando no capacitor, maior é a oposição do capacitor à corrente. Usamos, no experimento, CH1 como entrada e CH2 como saída. O tempo de carga τ do primeiro capacitor (o que é usado apenas no primeiro circuito), carregado com uma variação de 6,72V, é de 120µs, onde τ = RC (resistência vezes capacitância). Taxa de crescimento da carga no capacitor no momento de carregamento
A fórmula geral do experimento é τ = RC, que será ajustada para o cálculo da capacitância: C = τ / R Com um capacitor, carregando Experimentos foram feitos ao atingir 67% da capacidade do capacitor Segundo sugerido, calculamos e medimos primeiramente os valores na subida da onda sobre o capacitor. Tempo para carregar (Vin) =120µs (quando carregado com uma variação de 6,72V). Resistência = 1200Ω Capacitância = 0,10µF No descarregamento, os resultados foram os seguintes: Tempo para descarregar (Vcap) =132µs (quando carregado com uma variação de 6,72V) Resistência=1200Ω Capacitância =0,11µF Equações que definem a curva de descarga: VC = VR = VF * (e^(-1/ RC)) I=Vf/R * (e^(-1/ RC))
Com um capacitor, descarregando Na média o capacitor possui uma capacitância de 0,105F. De 0 a 4V: 2,68(tensão a 67%) Tempo para carregar (Vin) =184µs Resistência=1200 Capacitância=0,153 F Com um capacitor, carregando, de 0 a 4V Analogamente, calculamos para o segundo capacitor. Tempo para carregar (Vin) =184µs (quando carregado com uma variação de 6,72V). Resistência = 1200Ω Capacitância = 0,15µF
Com dois capacitores, carregando Com dois capacitores, descarregando No descarregamento: Tempo para descarregar (Vcap) =212µs (quando carregado com uma variação de 6,72V) Resistência=1200Ω Capacitância =0,17µF A ligação em paralelo dos capacitores aumenta a capacitância total do circuito pois aumenta a área de placas recebendo cargas. Como todos os capacitores estão sujeitos a mesma tensão: V1 = V2 = V Contudo, cada capacitor carrega independentemente do outro, e a capacidade de carga aumenta e, assim, a capacitância equivalente dos dois capacitores em paralelo é dada pela soma das capacitâncias dos capacitores.
OBSERVAÇÕES IMPORTANTES 1ª: De acordo com uma interdependência entre a corrente que atravessa o capacitor e a variação de tensão: i = C * (V / τ) De fato, pode-se claramente perceber uma estrita relação, e conclue-se que: Quanto mais rápido variar a tensão sobre o capacitor, maior será a corrente que o atravessa. Em variações de tensões num intervalo de tempo ínfimo, a corrente no capacitor tende ao infinito. Ora, já não se pode obter correntes infinitas, a conclusão é de que a tensão nos terminais do capacitor não pode mudar instantaneamente, já que se a variação do tempo for 0 (denominador=0), a corrente tende ao infinito. 2ª: Quando o período (T) entra na casa dos ns (nanossegundos), a freqüência aumenta inversamente, segundo a regra em que f = 1/T. Assim sendo, a freqüência atinge a casa dos GHz (Gigahertz), impossibilitando o correto funcionamento do capacitor, não o permitindo carregar/descarregar em tempo hábil. 3ª: Basicamente todos os elementos de um circuito integrado possuem fatores R e/ou C, como por exemplo, um fio, que possui uma resistência muito pequena, podendo ser desprezada para fins de cálculo. Capacitores possuem fatores de C (capacitância) assim como transistores e portas lógicas. Portas lógicas, em especial, além de capacitância, possuem uma resistência pequena. Outros elementos, como uma fonte de tensão possuem uma resistência interna, que embora seja pequena, interfere significantemente no valor da corrente do circuito. 4ª: Com a alteração da voltagem, a constante de tempo não muda, já que a fórmula é interpretada como e^(-t/(r*c)), e não se tem uma variável voltagem na fórmula. Percebemos, tanto no laboratório quanto em pesquisas posteriores, que ao se fazer um curto-circuito nos terminais de um capacitor carregado, o mesmo irá descarregar-se instantaneamente, e para o controle de tempo de descarga liga-se um resistor em paralelo com o capacitor. Dificuldades: Para este experimento, foi mais complicado a adaptação ao osciloscópio, mas após uma boa explicação do professor, o trabalho de gerar os gráficos se tornou mais fácil. A sugestão é que se mantenham, em todos os laboratórios, se possível, uma explicação breve do uso do programa, mas mais aprofundado do que está explicado no.pdf.