relat_8_F..

Prévia do material em texto

UNESP UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
 	Faculdade de Engenharia de Bauru
 Campus de Bauru
Experimento VIII
Familiarização com o Osciloscópio da Tektronix - TDS 2010 – Medidas das Características da Tensão Alternada, Retificador de Meia Onda e Retificados de Onda Completa
Professora: Lígia de Oliveira Ruggiero
Bauru
2011
1 - OBJETIVOS:
	O experimento tem por objetivo apresentar noções sobre as características de uma tensão/ corrente alternada, retificador de meia onda e retificador de onda completa
2 – MATERIAIS UTILIZADOS:
Osciloscópio 
Marca: Tektronix , Modelo: TDS 210
Fonte variável de tensão contínua e alternada 
Marca: Leybold
Multímetro 
Marca: Dawer, Modelo: DM 2020
Diodos de Silício 1N4007
Resistor (270 Ω )
Capacitor ( 33 µF, 6800 µF)
Cabo banana-banana
Suporte para resistor e capacitor
3 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: 
Parte I – Familiarização com o osciloscópio da Tektronix – TDS 210
Montamos o sistema da figura 1, onde temos uma fonte de tensão alternada ligada a um osciloscópio.
Figura 1: Fonte de tensão alternada ligada a um osciloscópio
Escolhemos um dos valores da tensão da fonte ( 2V) e desenhamos a forma de onda observada na tela do osciloscópio e identificamos a tensão de pico-pico (Vpp), a tensão de pico (Vp) e o período (T). Colocamos os valores desses parâmetros na[ tabela 1].
Medimos a tensão de saída da fonte, com o multímetro. Colocamos o resultado na [tabela 1].
Calculamos a tensão eficaz (Vrms), tensão média (Vm) e a frequência (f) da fonte de onda apresentadas na tela do osciloscópio.
Parte II- Retificador de meia onda
Montamos o sistema da figura 2 que representa um circuito com uma fonte de tensão alternada, um diodo e um resistor, tendo como instrumento de medida de tensão versus tempo, o osciloscópio. Este equipamento é ligado em paraleleo ao componete em que quer registrar a forma de onda.
Figura 2: Sistema para registrar as formas de onda de entrada e sobre o diodo
Escolhemos um dos valores da tensão da fonte (2V) e registramos em uma folha de papel milimetrado as formas de onda de entrada e sobre o diodo. Fizemos uma análise do comportamento da tensão sobre o diodo, tendo como base a tensão de entrada.
Montamos o sistema da figura 3.
Figura 3: Sistema para registrar as formas de onda de entrada e sobre o resistor
Para o mesmo valor de tensão de entrada escolhidos a cima (2V), registramos em um papel milimetrado as formas de onda de entrada e sobre o resistor. Fizemos uma análise do comportamento da tensão sobre o resistor, tendo como base as formas de onda da tensão de entrada e sobre o resistor.
Parte III- Retificador de onda completa
Montamos o circuito da figura 4.
Figura 4: Retificador de onda completa – circuito de diodos em ponte
Utilizando o osciloscópio, desenhamos as formas de onda das tensões: da fonte, colocando o valor da tensão pico-pico (Vpp) e período (T), e a tensão sobre o resistor, colocando a amplitude do sinal (VR), o período (TR) e o tempo em que o diodo não conduz (t nc).
Analisamos o comportamento da tensão sobre o resistor, tendo como base a tensão de saída da fonte e as características do diodo.
Parte IV- Transformar corrente alternada em corrente contínua, com intensidade constante
Acoplamos um capacitor eletrolítico de capacitância (33 µF) em paralelo com o resistor da figura da parte III e , utilizando o osciloscópio, desenhamos a forma de onda sobre o capacitor, colocando tempo em que o capacitor carrega (tc), tempo de descarga do capacitor (tdesc) e a tensão de “ripple”. 
Mudamos o valor da capacitância ( 6800 µF) e repitimos o experimento da parte IV.
Calculamos a constante de tempo RC para as 2 capacitâncias e fizemos uma análise do comportamento das formas de onda registradas nesses 2 momentos diferentes, tendo como base o tempo de descarga do capacitor, as características do diodo, e o conceito da constante de tempo RC.
Fonte: Roteiro de Aula de Laboratório de Física III.
4 – DADOS, RESULTADOS E DISCUSSÃO:
Parte I:
A escala utilizada no osciloscópio foi de 1,0 V para o eixo vertical e 2,5 ms para o eixo horizontal.
Tabela 1 – Dados da fonte
	Vpp (V)
	Vp (V)
	T (s)
	Vrms (V) Calculada
	V (V) multímetro
	Vm (V)
	f (Hz)
	5,5
	2,75
	16,9
	1,94
	1,92 ± 0,01
	1,75
	0,06
Onde Vpp corresponde à tensão de pico a pico; Vp a tensão de pico, cujo módulo é a metade de Vpp; T o período da onda, Vm a tensão média, f frequência e V a tensão medida no multímetro.
Como visto, podemos calcular a tensão eficaz (Vrms) e a tensão média (Vm) a partir do valor da tensão de pico (Vp), e calcular a frequência através do período (T), ambos foram encontrados com o auxilio da onda encontrada no [gráfico 1].
Para calcular a tensão eficaz, a tensão média e a frequência utilizamos a seguintes equações:
 Vrms= Vp = 1,94 V
 √2
 Vm = 2 * Vp = 1,75 V
 п 
 
 f = 1 = 0,06 Hz
 T
Parte II:
A escala utilizada no osciloscópio foi de 1,0 V para o eixo vertical e 2,5 ms para o eixo horizontal.
 Tabela 2 – Retificador de meia onda
	VR (V)
	Vpol (mV)
	tpol (μs)
	2,2
	680
	480
Onde VR é a tensão de pico sobre o resistor, Vpol é a tensão de polarização e tpol é o tempo de polarização.
Com o auxilio do osciloscópio pudemos visualisar como as ondas se comportam sobre o diodo e sobre o resistor. Essas ondas foram descritas no [gráfico 1] e no [gráfico 2] respectivamente.
Interpretando o [gráfico 2] podemos averiguar que o comportamento é o esperado, sendo que já conhecemos o comportamento do diodo. Na primeira parte do ciclo da onda de entrada o diodo está polarizado diretamente, portanto, até atingir a tensão de polarização de 680 mV a tensão permanece a mesma, enquanto que para o resistor, temos a diferença entre a tensão de entrada e a tensão sobre o diodo. Esse tempo que o diodo demora para atingir a tensão de polarização é o tempo de polarização e o sue valor é de 480 μs.
Na segunda parte do ciclo o diodo está polarizado reversamente, portanto, não há corrente no circuito, assim, a tensão sobre o diodo é igual a tensão de entrada, logo não há queda de tensão nenhuma sobre o resistor e toda a tensão da fonte fica sobre o diodo.
Parte III:	
A escala utilizada no osciloscópio foi de 1,0 V para o eixo vertical e 2,5 ms para o eixo horizontal.
Tabela 3 – Valores medidos no retificador de onda completa
	Fonte
	Resistor
	Vf (V)
	Vpp (V)
	T (ms)
	VR (V)
	TR (ms)
	tnc (ms)
	2,0
	6,0
	16,5
	1,6
	7,5
	2,0
Onde para a onda de tensão da fonte, Vf é a tensão da fonte, Vpp é a tensão pico-pico, T é o período da onda e para a onda de tensão sobre o resistor,VR é a tensão sobre o restistor, TR é o período da onda e tnc é o tempo que o diodo não conduz.
Em ambos os semi-ciclos da onda de entrada há condução de elétrons através da carga, e a onda é somente positiva, pois através dos dois caminhos possíveis a corrente passa por ele no mesmo sentido. Por isso a cada ciclo da onda de entrada há dois ciclos de onda na carga. O tempo que não há tensão sobre a carga é o período que não flui corrente pela ponte devido à barreira de potencial dos diodos, esse tempo, como visto, é de aproximadamente 2,0ms.
Parte IV:
- Capacitor 1 (33µF)
Table 2 - Tensão e tempo de carga e descarga do capacitor 1
	tc (ms)
	tdesc (ms)
	Vripple (V)
	2,5
	6,0 
	(1,6 – 0,4) = 1,2
Com este capacitor de 33µF, observamos a forma de onda da tensão sobre a carga como descrita no gráfico 3. O período desta onda é igual ao período da onda sem o capacitor, pois a constante RC é menor que o período da onda, porém sua forma bem é diferente, pois quando a tensão entre os terminais do resistor e capacitor(que estão ligados em paralelo) está decaindo o capacitor descarrega aos poucos, o que mantém certa quantidade de energia entre os terminais da carga. Isso faz com haja uma menor variação sobre o resistor.
-Capacitor 3 (6800µF)
Table 4 - Tensão e tempo de carga e descarga do capacitor 3
	tc (ms)
	tdesc (ms)
	Vripple (V)
	Vmax (V)
	----
	----
	0
	1,5
Usando um capacitor de 6800 µF aumentamos expressivamente a constante RC. Assim o tempo de descarga do capacitor é bem maior que o período da onda, isso garante que sempre haja uma tensão constante na carga. Podemos dizer então que a tensão alternada foi transformada em tensão contínua.
Vimos neste experimento que quando utilizamos quatro diodos em ponte podemos retificar uma onda completa, fazendo com que os dois semiciclos da tensão sobre o resistor sejam positivos.
Ao colocarmos um capacitor em paralelo com o resistor conseguimos minimizar a queda de tensão, quanto maior for o RC, menor será a queda, até um momento em que a queda é praticamente nula, tornando a tensão constante, tendo assim então, a transformação de corrente alternada em corrente contínua.
Todos os formatos de onda analisados se comportaram como esperado
5 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos S. A., 2009, v. 3.
Ruggiero, Lígia de Oliveira. Roteiro de Aula de Laboratório de Física III.