1. OBJETIVOS UNIVERSIDADE SÃO MARCOS FACULDADE DE ENGENHARIA DE TELECOMUNICAÇÕES LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE I MÓDULO 2 POTENCIÔMETRO PARTE TEÓRICA Uma vez completado este módulo, deveremos estar capacitados para: a) Identificar o circuito elétrico vinculado a um potenciômetro, mostrando as conexões dos terminais e do contato deslizante. b) Utilizar o princípio da divisão de tensão para determinar a tensão de um potenciômetro a vazio. c) Calcular a resistência equivalente de um potenciômetro. 2. NOÇÕES TEÓRICAS Na Figura 1(a) podemos observar o símbolo de um potenciômetro. Figura 1(a) O potenciômetro se constitui de um resistor que tem terminais em seus extremos e possui uma forma circular, tal como está mostrado na Figura 1(b). Figura 1(b)
O terminal central está conectado a um contato deslizante que se move pelo resistor. A Figura 1(c) apresenta o potenciômetro representado de outra maneira visando ilustrar que é um resistor. Figura 1(c) Este potenciômetro tem um valor de 1.000 Ω entre os terminais A e B. O terminal C está conectado a uma seta que pode ser movida fazendo um contato com o resistor. A resistência R CB entre os terminais C e B é de 500 Ω. O restante do total de 1.000 Ω se constitui na resistência de 500 Ω R AC entre C e A. Na Figura 1(c), o contato deslizante está no centro do potenciômetro. Na Figura 1(d) o contato deslizante moveu-se para cima, fazendo com que a resistência R CB entre C e B seja de 250 Ω. O restante do total de 1.000 Ω é R AC que tem um valor de 750 Ω. A relação é sempre: R T = R AC + R CB Figura 1(d) 2
Na Figura 2(a), os terminais dos extremos do potenciômetro estão conectados a uma fonte de tensão, tal como uma bateria ou uma fonte de alimentação eletrônica. A corrente circula pelo circuito e a queda de tensão V AB é de 12 V Figura 2(a) O contato deslizante é o central. A queda de tensão V AC é de 6 V e queda de tensão V CB também é de 6 V. Estas quedas de tensões podem ser calculadas pelo princípio da divisão de tensão. R AC 500 V AC = ---------------- x V AB = ---------------- x 12 = 6 V R AC + R CB 500 + 500 R CB 500 V CB = ---------------- x V AB = ---------------- x 12 = 6 V R AC + R CB 500 + 500 O contato deslizante do potenciômetro se locomove de 320, desde o terminal B, para poder variar a resistência desde 0 Ω até o valor da resistência total, que neste exemplo é de 1.000 Ω. Na Figura 2(b), o contato deslizante sofreu um deslocamento para cima, fazendo com que a resistência R AC fosse de 800 Ω, o que equivale a 80% da rotação total do contato deslizante desde o início. O valor correspondente a 80% da resistência total é: R AC = 80% x 1.000 = 800 Ω R CB = 1.000 800 = 200 Ω Figura 2(b) 3
A tensão de saída, que é V AC, é novamente calculada através do princípio da divisão das tensões. R AC 800 800 V AC = ---------------- x V AB = ---------------- x 12 = ---------- x 12 = 0,8 x 12 = 9,6 V R AC + R CB 800 + 200 1.000 A tensão de saída pode ser representada num gráfico em função dos graus de rotação do contato deslizante ou em função do percentual da resistência total. A Figura 3 apresenta o gráfico da tensão de saída alocada no eixo vertical e o percentual da resistência total posta no eixo horizontal. Figura 3 Em 0% da resistência, a tensão de saída é de 0 V. Em 50%, a tensão de saída é de 50% do total de 12 V. Em 60%, a tensão é de 60% da tensão total. Esta é a relação entre a tensão total e a resistência para todos os valores. Estes valores produzem um gráfico linear como vemos na Figura 3. 2.1 POTENCIÔMETRO COM CARGA Em certas ocasiões podemos utilizar o potenciômetro sem carga tal como foi visto anteriormente, mas também podemos vir a utilizá-lo como o mostrado na Figura 4(a). Figura 4(a) 4
O resistor de carga converte o circuito em um circuito série-paralelo. O extremo superior do potenciômetro, que é R CB, está em série com o extremo inferior R AC que está em paralelo com o resistor de carga R L. Devido ao fato de haver somente dois resistores em paralelo, para podermos calcular a resistência equivalente podemos usar o método da soma-produto. O potenciômetro foi movido de forma que seu contato deslizante tenha percorrido 50% de sua rotação total, o que corresponde a 50% da resistência do potenciômetro. R AC = 50% x 1.000 = 0,50 x 1.000 = 500 Ω Quando conectarmos uma carga, R AC passa a ter um novo valor devido ao fato da resistência de carga ter sido colocada em paralelo a ela. R AC x R CB 500 x 500 R AC = ---------------- = ---------------- = 250 Ω R AC + R CB 500 + 500 Na Figura 4(b) está representado o novo circuito equivalente. O circuito paralelo que contém o resistor de carga é agora representado por um único resistor equivalente. 2.2 TENSÃO DE SAÍDA Figura 4(b) O método da divisão de tensão novamente é utilizado para determinar a tensão de saída. R AC 250 250 V OUT = V AC = ---------------- x V AB = ---------------- x 12 = -------- x 12 = 4 V R AC + R CB 250 + 500 750 A tensão de saída será de 6 V quando o contato deslizante estiver no centro do potenciômetro e a vazio, e apresentará uma queda para 4 V quando for conectada uma carga de 500 Ω. Esse valor está indicado no gráfico da curva inferior da Figura 5, com uma rotação de 50%. Quando o contato deslizante for rotacionado em 80% do valor total, a resistência da parte inferior do potenciômetro será de: R AC = 80% x 1.000 = 0,80 x 1.000 = 800 Ω 5
A nova resistência com a carga de 500 Ω será: R AC x R CB 800 x 500 R AC = ---------------- = ---------------- = 308 Ω R AC + R CB 800 + 500 Através do método da divisão de tensão, teremos que a tensão de saída será: R AC 308 308 V OUT = V AC = ---------------- x V AB = ---------------- x 12 = -------- x 12 = 7,3 V R AC + R CB 308 + 500 508 Este valor também está indicado na região não linear do gráfico da Figura 5. 3. TESTE Figura 5 3.1 Desenhe o circuito elétrico da parte interna do potenciômetro. 3.2 A tensão de saída de um potenciômetro com carga é igual a tensão de entrada multiplicada pelo percentual de rotação? 3.3 Podemos concluir que é verdadeiro quando a saída tiver uma resistência de carga? 3.4 Demonstre que a tensão de saída de um potenciômetro de 3.000 Ω com uma rotação de 30% e uma tensão de entrada de 5 V é de 1,5 V a vazio, e que será de 1,1 V quando tiver uma resistência de carga de 1.800 Ω. Agora estamos preparados para começar as atividades de aprendizagem no laboratório em Potenciômetros. Referência: EB 102 Circuitos de Corrente Contínua II DEGEM SYSTEMS (Antecedentes Teóricos) Apostila Traduzida pelo Professor Carlos Henrique Faria 6