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LABORATÓRIO DE MATERIAIS ELÉTRICOS EXPERIMENTO 1: RESISTORES E RESISTÊNCIAS 1.0) OBJETIVOS Esta prática de laboratório tem como objetivos: identificar os valores nominais de resistores através do código de cores e o uso de ohmímetro; construir resistores de grafite e medição de suas resistências com o uso de ohmímetro; estudar a variação com a temperatura da resistência elétrica de um filamento de lâmpada incandescente. 2.0) RESUMO TEÓRICO Resistor é um componente eletrônico limitador de corrente elétrica, destinado a provocar queda de tensão ou desvio de corrente em um circuito, dissipando energia na forma de calor. Os resistores apresentam-se em diversos valores, tipos (resistores, potenciômetros, trimpots, reostatos, shunts, etc), formas (fios, fitas e trilhas), tamanhos, potências e materiais constituintes (grafite, nicromo, etc). Seu valor, dado em Ohms (Ω), e sua tolerância (erro percentual mínimo e máximo) são indicados no seu corpo através de código de cores (que utiliza faixas pintadas no seu corpo, com as equivalências numéricas dadas na tabela em anexo ao roteiro), onde a potência destes refere-se ao tamanho físico dos mesmos (maior tamanho, maior potência), ou diretamente impresso, sistema que utiliza a impressão do valor ôhmico, potência e tolerância diretamente no corpo do resistor. Este último sistema é usado geralmente em resistores de potência maior que 2W. 3.0) MATERIAL UTILIZADO Para este experimento serão utilizados os seguintes materiais: ohmímetros (02); multímetro usado como amperímetro (01); diversos resistores, potenciômetros e reostatos; lápis tipo 4B ou similar; lâmpada incandescente (tipo pingo d'agua) de tensão nominal 6 V (01); fonte de tensão CC 0-30 V (01); fios de ligação. 4.0) PROCEDIMENTOS PARTE 1: Esta parte visa conhecer os diversos tipos de resistores e identificar a resistência pelo código de cores. 4.1) Para os vários resistores fornecidos, discuta sobre suas formas, material de revestimento, tipos (fixos, variáveis e ajustáveis), valor da resistência e tamanhos. 4.2) A seguir, selecione dois resistores ao acaso, determine suas resistências e tolerâncias com auxílio da tabela de código de cores dada em anexo e certifique os valores de resistência com o auxílio de um ohmímetro. Anote todos os resultados na tabela a seguir. Resistência Sequência de cores Por código Por Ohmímetro Tolerância PARTE 2: Esta parte visa a construção de resistores de grafite. 4.3) Na figura dada ao lado, pinte com um lápis (tipo 4B) apenas o segmento entre as extremidades 1 e 2. A seguir, meça com um ohmímetro a resistência entre estas extremidades e anote o resultado na tabela dada ao lado. 4.4) Pinte agora com um lápis apenas o segmento entre as extremidades 3 e 4. A seguir, meça com o ohmímetro a resistência entre estas extremidades e anote o resultado na tabela dada. 4.5) Pinte com um lápis apenas a emenda entre os segmentos, localizada entre as extremidades 2 e 4. A seguir, meça com o ohmímetro a resistência entre as extremidades 1 e 3 e anote o resultado na tabela dada. 4.6) Pinte agora com um lápis apenas a emenda entre os segmentos, localizada Extremidades Resistência 1 - 2 3 - 4 1 - 3 1 - 4 1 emenda segmento 3 2 4 UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE ENEGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO EXPERIMENTO 1: Resistores e Resistências entre as extremidades 1 e 3. A seguir, meça com o ohmímetro a resistência entre as extremidades 1 e 4 e anote o resultado na tabela dada. PARTE 3: Esta parte visa o estudo da variação da resistência com a temperatura. 4.7) Meça inicialmente a resistência da lâmpada isoladamente, anotando o resultado: Rlâmpada = __________ Ω 4.8) A seguir, monte o circuito fornecido abaixo e anote na tabela dada os valores da corrente I no circuito, medida pelo amperímetro A, para cada valor de tensão na lâmpada pedida, ajustada pelo voltímetro V. 4.9) Para cada par tensão-corrente obtida, calcule, a seguir, a resistência Rcalc do filamento da lâmpada e anote os resultados na tabela dada. 5.0) QUESTÕES 5.1) Determine o valor da resistência e a tolerância para as sequências de cores dadas a seguir: vermelho – roxo – marron – ouro = azul – cinza – laranja – incolor = 5.2) Explique se há coerência nos resultados obtidos nos itens 4.5 e 4.6. R: 5.3) Com o auxílio de um ohmímetro e de um segmento retangular pintado com grafite (por exemplo, item 4.3), explique como se poderia observar o princípio de funcionamento de um potenciômetro. R: 5.4) Com relação à Parte 3, trace o gráfico V x I na grade dada abaixo com os valores de corrente e tensão na lâmpada anotados na tabela da Parte 3. Ligue os pontos plotados no gráfico e explique qual o tipo de material (NTC ou PTC) do filamento da lâmpada, com base no comportamento da curva obtida. R: 5.5) Como comparação, com os valores de corrente obtidas na parte 3, monte uma tabela com as tensões na lâmpada supondo que a resistência do filamento seja constante e igual ao valor obtido no item 4.7. Trace na mesma grade um gráfico V x I com estes dados, compare os gráficos e comente. R: 50 100 150 200 250 I(mA) 5 4 3 2 1 0 V(V) V lamp (V) Ilamp (mA) Rcalc (ΩΩΩΩ) 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 5,0 A V L 6 V I V EXPERIMENTO 1: Resistores e Resistências ANEXO DA 1o PRÁTICA DE LABORATÓRIO CÓDIGO DE CORES PARA DETERMINAR O VALOR NOMINAL DA RESISTÊNCIA DE RESISTORES COMERCIAIS DE BAIXA POTÊNCIA BARRAS DE CORES A PARTIR DE UMA EXTREMIDADE DO CORPO DO RESISTOR DÍGITOS CORES X Y Z T Preto 0 0 0 - Marrom 1 1 1 1% Vermelho 2 2 2 2% Laranja 3 3 3 - Amarelo 4 4 4 - Verde 5 5 5 0,5% Azul 6 6 6 0,25% Roxo 7 7 7 0,1% Cinza 8 8 - 0,05% Branco 9 9 - - Ouro - - -1 5% Prata - - -2 10% Incolor - - - 20% VALORES COMERCIAIS DISPONÍVEIS: Os valores de resistência deste tipo disponíveis no mercado são múltiplos de 10 dos seguintes valores: Tolerância 5% : 1,0 ; 1,1 ; 1,2 ; 1,3 ; 1,5 ; 1,6 ; 1,8 ; 2,0 ; 2,2 ; 2,4 ;2,7 ; 3,0 ; 3,3 ; 3,6 ; 3,9 ; 4,3 ; 4,7 ; 5,1 ; 5,6 ; 6,2 ; 6,8 ; 7,5 ; 8,2 ; 9,1 Tolerância 10% : 1,0 ; 1,2 ;1,5 ; 1,8 ; 2,2 ; 2,7 ; 3,3 ; 3,9 ; 4,7 ; 5,6 ; 6,8 ; 8,2 Tolerância 20% : 1,0 ; 1,5 ; 2,2 ; 3,3 ; 4,7 ; 6,8 OBS: Os resistores que utilizam o código de cores podem ser encontrados em diversos valores de potência: 1/8 W, 1/4 W, 1/2 W, 1 W e 2 W. Nos resistores mais antigos, o tamanho dos mesmos identifica sua potência, porém, nos de fabricação mais recente, as capacidades de dissipação praticamente dobraram para o mesmo tamanho dos antigos. Os resistores de maior potência já vêm com esta especificação em seu corpo. R = [ XY x 10Z ] ΩΩΩΩ ±±±± T % X = dígito mais significativo Y = dígito menos significativo Z = expoente da base T = tolerância X Y Z T LABORATÓRIO DE MATERIAIS ELÉTRICOS EXPERIMENTO 2: CAPACITORES E INDUTORES 1.0) OBJETIVOS Esta prática de laboratório tem como objetivos: 1) Identificar os valores nominais de capacitores de poliéster através de seu código de cores; 2) Construção de capacitores de placas paralelas e leitura das capacitâncias com o uso de medidor de capacitência; 3) Estudo de indutores através da variação do número de espiras, tipo e formato do material do núcleo, e da leitura de suas indutâncias com o uso de medidor de indutância. 2.0) RESUMO TEÓRICO Capacitor é o componente elétrico que armazena energia na forma de campo elétrico e o parâmetro que caracteriza esta propriedade é chamada capacitância. A capacitância C de um capacitor de placasparalelas ideal é proporcional à área A das placas e da permissividade dielétrica ε do meio dielétrico entre as placas, e inversamente proporcional à distância d entre as placas (figura), ou seja: d AC ε=paralelasplacas onde ε = εr εo (εr = permissividade relativa do dielétrico entre as placas e εo = permissividade dielétrica do vácuo = 8,854 x 10-12 F/m). Indutor ou bobina é o componente elétrico que armazena energia na forma de campo magnético e o parâmetro que caracteriza esta propriedade é chamada indutância. A indutância L de um solenóide de camada simples é inversamente proporcional ao seu comprimento mas proporcional ao quadrado do número de espiras N da bobina e proporcional à área A e permeabilidade magnética µ do material do núcleo (figura), ou seja: l ANL 2µ = onde µ = µr µo (µr = permeabilidade magnética relativa do material do núcleo da bobina e µo = permeabilidade magnética do vácuo = 4pi x 10-7 H/m). 3.0) MATERIAL UTILIZADO Para este experimento serão utilizados os seguintes materiais: medidores LCR (03); capacitores comerciais diversos (fixos e variáveis); kit para montagem de capacitor de placas paralelas e folhas dielétricas; kit de bobinas com núcleos cambiáveis (núcleos de madeira e ferro silício em I e U); fios de ligação. 4.0) PROCEDIMENTOS PARTE 1: Esta parte visa conhecer os diversos tipos de capacitores e identificar a capacitância pelo código de cores. 4.1) Para os vários capacitores fornecidos, selecione dois capacitores de poliéster ao acaso, determine suas capacitâncias, tolerâncias e tensão máxima de trabalho com auxílio da tabela de código de cores dada em anexo e verifique os valores de capacitância usando um multímetro tipo LCR. Anote os resultados na tabela a seguir. Capacitância Sequência de cores Por Código Por Medidor Tolerância Tensão Máxima A d placa metálica dielétrico (ε) l N espiras A µ UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE ENEGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO EXPERIMENTO 2: Capacitores e Indutores 4.2) A seguir, discuta sobre formas dos capacitores, tipos (fixos, variáveis e ajustáveis), material dielétrico utilizado, valor da capacitância e tamanhos. PARTE 2: Esta parte visa o estudo da variação de indutâncias. 4.3) Para a bobina de núcleo cambiável fornecida, conecte o medidor LCR nos terminais da mesma referente ao número de 600 espiras; 4.4) A seguir, meça a indutância da bobina para os vários núcleos pedidos na tabela ao lado e anote os valores lidos. 4.5) Conecte o medidor LCR nos terminais da bobina referente ao número de 1200 espiras e repita o procedimento pedido no item 4.4. PARTE 3: Esta parte visa o estudo da constante dielétrica de materiais. 4.6) Para o kit de capacitores de placas paralelas, conecte um medidor LCR nos terminais das placas; 4.7) Meça a capacitância do sistema com apenas as placas (dielétrico ar) e anote o valor lido na tabela ao lado; 4.8) A seguir, coloque entre as placas cada um dos dielétricos pedidos na tabela, meça a capacitância do sistema e anote os valores. 5.0) QUESTÕES 5.1) Determine a capacitância, a tolerância e a tensão máxima para as seqüências de cores dadas a seguir: laranja – branco – vermelho – preto – vermelho = verde – azul – laranja – branco – azul = 5.2) Analisando o valor das indutâncias medidas na Parte 2, obtenha conclusões sobre a variação da indutância, para: 5.2.1) Número de espiras iguais e núcleos diferentes: R: 5.2.2) Núcleos iguais e número de espiras diferentes: R: 5.3) Com relação à Parte 3 do experimento, compare as capacitâncias obtidas com o uso de dielétricos sólidos em relação ao dielétrico ar e obtenha uma conclusão. R: 5.4) Determine a constante dielétrica dos materiais utilizados na Parte 3 do experimento. R: 5.5) Para um capacitor qualquer, sabe-se que Q = C V (onde Q, C e V são, respectivamente, a carga, a capacitância e a tensão do capacitor). O circuito abaixo mostra um capacitor, cujo dielétrico inicialmente empregado é o ar, e em regime permanente. Quando é introduzido um dielétrico sólido no capacitor de constante dielétrica maior que o do ar, explique o que acontece com a carga, a capacitância e a ddp no mesmo em regime permanente se: 5.5.1) A chave k é mantida fechada durante a introdução do dielétrico sólido; R: 5.5.2) A chave k é aberta antes da introdução do dielétrico sólido. R: Dielétrico Capacitância (nF) ar papel comum plástico papel impregnado Indutância (mH) Núcleos 600 esp. 1200 esp. ar madeira ferro V C k R dielétrico sólido EXPERIMENTO 2: Capacitores e Indutores ANEXO DA 2o PRÁTICA DE LABORATÓRIO CÓDIGOS PARA DETERMINAR O VALOR NOMINAL DA CAPACITÂNCIA DE ALGUNS CAPACITORES COMERCIAIS 1) CAPACITORES DE POLIÉSTER: 1.1) Leitura direta do valor da capacitância no corpo do capacitor, em nF. 1.2) Barras de cores a partir da extremidade superior do corpo do capacitor, em pF: DÍGITOS CORES X Y Z T M Preto 0 0 0 20% - Marrom 1 1 1 - - Vermelho 2 2 2 - 250V Laranja 3 3 3 - - Amarelo 4 4 4 - 400V Verde 5 5 5 - - Azul 6 6 6 - 630V Roxo 7 7 7 - - Cinza 8 8 - - - Branco 9 9 - 10% - Ouro - - -1 - - Prata - - -2 - - Incolor - - - - - VALORES COMERCIAIS DISPONÍVEIS: 1,0 ; 1,2 ; 1,5 ; 1,8 ; 2,2 ; 2,7 ; 3,3 ; 3,9 ; 4,7 ; 5,6 ; 6,8 ; 8,2 2) CAPACITORES CERÂMICOS DE DISCO: 2.1) Especificação direta em picofarads (pF): apresentam uma letra para indicação de tolerância: F = 1 % ; H = 2,5 % ; J = 5 % ; K = 10 % ; M = 20 % Exemplo: 5,6 J = 5,6 pF , com tolerância de 5 %. 2.2) Código com três algarismos: XYZ (pF) Onde: XY = dezena ; Z = potência de 10 (10Z) Exemplo: 472 = 47 x 102 pF = 4,7 x 10-9 F = 4,7 nF 2.3) Especificação direta em microfarads (µµµµF): apresentam no corpo ainda a indicação da tensão máxima. Exemplo: .01 250V = 0,01 µF = 10 nF / 250 V 2.4) Letra K simbolizando “ x 103 ”e posição de vírgula, em picofarads (pF): Exemplos: 10K = 10 x 103 pF = 10 nF ; 4K7 = 4,7 x 103 pF = 4,7 nF C = [ XY x 10Z ] pF ±±±± T % X = dígito mais significativo Y = dígito menos significativo Z = expoente da base T = tolerância M = tensão máxima X Y Z T M 5,6 J 472 10K .01 250V 18 V L bimetal Fig. 1 LABORATÓRIO DE MATERIAIS ELÉTRICOS EXPERIMENTO 3: TERMOPAR, BIMETAL E REATÂNCIA INDUTIVA 1.0) OBJETIVOS Esta prática de laboratório tem como objetivos estudar a influência da indutância de uma bobina em um circuito AC, identificar pares termoelétricos e estudar um circuito simples com um dispositivo bimetálico. 2.0) RESUMO TEÓRICO Par termoelétrico (termopar) constitui-se em dois metais diferentes, unidos em duas junções que, submetidas a temperaturas diferentes, desenvolvem uma diferença de potencial elétrica entre os metais do par e uma circulação de corrente. Com a junções mais fria em aberto pode-se fazer uma relação entre a temperatura da junção quente e a tensão surgida e, desse modo, o termopar pode ser empregado como sensor de temperatura, chamados pirômetros. Bimetal é um dispositivo constituído por dois metais soldados de diferentes coeficientes de dilatação térmica, que, ao ser submetido a uma variação de temperatura, sofre um encurvamento devido à dilatação diferente entre os metais do par. Tal efeito é aproveitado em sensores térmicos, tais como os termostatos e relés térmicos. Uma bobina em um circuito elétrico AC representa uma impedância chamada reatância indutiva XL, dada por: XL = 2pifL, que é, portanto, proporcional à indutância da bobina. Logo, alterações construtivasna mesma, tais como tipo de núcleo e número de espiras, influenciam diretamente na reatância indutiva da bobina e, conseqüentemente, nos valores de corrente e defasamento angular entre a tensão da fonte e as correntes do circuito. 3.0) MATERIAL UTILIZADO Para esta prática serão utilizados os seguintes materiais: multímetros (02); resistor de 100Ω/10W; dispositivo bimetálico; fonte CC 0-30 V (01); transformador de múltiplos taps de saída; bobina de núcleo cambiável 600/1200 espiras e núcleo ferromagnético em I e U; osciloscópio (01); lâmpada incandescente (tipo pingo d'agua) de tensão nominal 18 V; fios metálicos diversos (cobre, constantan, nicromo e aço); fósforo ou isqueiro; fios de ligação. 4.0) PROCEDIMENTOS PARTE 1: Esta parte visa medir a tensão gerada por um par termoelétrico dado e identificar a polaridade do par. 4.1) Para cada par termoelétrico fornecido, conecte as extremidades soltas do mesmo ao voltímetro e, a seguir, aqueça por uns instantes (até chegar ao rubro) com um fósforo ou isqueiro a extremidade emendada, anotando o máximo valor da tensão medida na Tab. 1 dada abaixo. A seguir, identifique qual a perna positiva (perna +) e a perna negativa (perna -) do par termoelétrico e anote na Tab. 1. Par termoelétrico ddp (mV ) perna + perna – cobre - cobre cobre - constantan constantan - nicromo nicromo - aço aço - cobre cobre - nicromo Tab. 1 PARTE 2: Esta parte tem como objetivo estudar um circuito simples com dispositivo bimetálico como sensor de temperatura (princípio do termorelé). 4.2) Monte o circuito da Fig. 1, ajustando a fonte CC para fornecer 18 V e o contato elétrico solto do circuito (parafuso) bem próximo da perna metálica. A seguir, aqueça com uma vela ou isqueiro a parte da peça referente ao bimetal até que seja estabelecido o contato elétrico e a lâmpada se acender. Observe o tempo decorrido do início do aquecimento ao acendimento da lâmpada (fechamento do contato). UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE ENEGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO EXPERIMENTO 3 Termopar, bimetal e reatância indutiva 4.3) Espere a peça bimetálica esfriar (voltar à disposição para a temperatura ambiente). Ajuste, então, o contato solto do circuito um pouco mais longe da perna metálica, aqueça novamente a parte da peça referente ao bimetal até que seja fechado o contato elétrico e a lâmpada se acender, observando novamente o tempo decorrido do início do aquecimento ao acendimento da lâmpada. PARTE 3: Esta parte visa o estudo de um circuito AC para verificar o comportamento da reatância indutiva. 4.4) Monte o circuito da Fig. 2 dada abaixo, ajustando a fonte de tensão de entrada vS para fornecer 1,6 V de pico e a bobina para 600 espiras e núcleo de ar. 4.5) Meça, então, a corrente no circuito e anote o resultado na Tab. 2. 4.6) A seguir, introduza na bobina o núcleo ferromagnético no formato O (núcleos I + U), meça novamente a corrente no circuito e anote o resultado na Tab. 2. 4.7) Ajuste agora a bobina para 1200 espiras e núcleo novamente de ar. 4.8) A seguir, meça a corrente no circuito, anotando o resultado na Tab. 2, e desenhe na grade dada as formas de onda da tensão de entrada vS e da tensão no resistor de 100 Ω. 4.9) Introduza agora na bobina o núcleo ferromagnético no formato O. Meça a corrente no circuito, anotando o resultado na Tab. 2, e desenhe na grade dada apenas a forma de onda da tensão no resistor de 100 Ω. 5.0) QUESTÕES 5.1) Com relação à Parte 2, explique que aplicação prática teria o ajuste da distância entre o contato solto (parafuso) e a perna da peça metálica. R: 5.2) Com base na Tab. 2, explique se estão coerentes as mudanças ocorridas no valor da corrente no circuito, quando o núcleo era alterado de ar para ferromagnético em O. R: 5.3) Com base na Tab. 2, explique se estão coerentes as mudanças ocorridas no valor da corrente no circuito, quando o número de espiras da bobina era alterado de 600 para 1200 espiras. R: 5.4) Observando as formas de onda de tensões obtidas na Parte 3, explique qual a causa do defasamento angular entre a tensão de entrada vS e a tensão no resistor de 100 Ω, R: 5.5) Com base os dados obtidos na Tab. 2, calcule o valor da indutância da bobina para 1200 espiras e núcleo ferromagnético em O. Compare o resultado com o valor medido na Parte 2 do Experimento 2. R: volts/div = _______ ms/div = _______ 1200 esp. 600 esp. 1200 esp. Núcleo I (mA) I (mA) ar Tab. 2 vS A 100 Ω 10 W 600/1200 espiras Fig. 2 canal 2 do osciloscópio canal 1 do osciloscópio canal refer. do osciloscópio LABORATÓRIO DE MATERIAIS ELÉTRICOS EXPERIMENTO 4: CARACTERÍSTICA TENSÃO-CORRENTE DO DIODO DE JUNÇÃO PN E CIRCUITOS RETIFICADORES COM DIODOS 1.0) OBJETIVOS Esta prática de laboratório tem como objetivos estudar o comportamento em polarização direta e reversa de diodos de junção PN comum e visualizar o comportamento dos circuitos retificadores de meia onda e onda completa. 2.0) RESUMO TEÓRICO Diodos (símbolo esquemático, Fig. 1-a) são dispositivos eletrônicos cujo comportamento de sua corrente ID em função da ddp VD (VD = VAK = VA – VK) aplicada aos seus terminais (característica tensão-corrente ou V-I) é mostrado na Fig. 1-b. Por esta figura observa-se, então, que o diodo possui uma característica retificadora, isto é, quando em polarização direta (ou seja, quando VA > VK) e a partir de uma certa tensão de limiar Vγ (VD > Vγ), o diodo conduz facilmente correntes utilizáveis e de forma exponencial, e, quando em corte e em polarização reversa (isto é, quando VD ≤ Vγ e quando VA ≤ VK) praticamente não conduz corrente. Logo, o diodo de junção comporta-se como uma chave liga-desliga. Circuitos retificadores são aqueles que convertem sinais de tensão AC, que geralmente se dispõe, em um sinal de tensão DC, que a maioria dos circuitos eletrônicos requer. Os tipos mais comuns empregam diodos e são classificados como os de meia onda e os de onda completa. 3.0) MATERIAL UTILIZADO Para esta prática serão utilizados os seguintes materiais: diodos 1N4004 (06); fonte CC variável (01); fonte AC Bender; multímetros (02); osciloscópio duplo canal (02); resistores de 100Ω/10W (01) e 1 kΩ (02); capacitores eletrolíticos de 50 (02) e 1000 µF (01); transformador de múltiplos taps de saída; potenciômetro de 10 kΩ (01); cabos para osciloscópio (03); fios de ligação. 4.0) PROCEDIMENTOS PARTE 1: Esta parte visa o estudo da característica tensão-corrente de um diodo de junção PN comum. 4.1) Monte o circuito da Fig. 2 (polarização direta). Com a fonte CC, ajuste a tensão no diodo (voltímetro V), nos valores pedidos na tabela abaixo, meça a corrente no diodo (amperímetro A) e preencha a tabela com estes dados. VD (V) 0,0 0,3 0,5 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 ID (mA) 4.2) A seguir, monte o circuito da Fig. 3 (polarização reversa) e varie a ddp nos terminais do diodo entre 0 e 30 V. Caso seja observado uma corrente reversa, anote o seu valor para a ddp de 30 V: IR = ____________ . PARTE 2: Esta parte visa o estudo de um circuito retificador de meia onda. 4.3) Monte o circuito da Fig. 4 (retificador de meia-onda), sem conectar o capacitor. Ajuste a fonte de entrada vS para fornecer 4 V de pico. A seguir, meça no osciloscópio o período da tensão de entrada vS : T = ___________ ms. 4.4) Ajuste convenientemente a varredura de tempo do osciloscópio e meça ângulo de condução do circuito: φi = ___________ ms Vγ VD ID Fig. 1 pol. reversa pol. direta (b) (a) A K VA VK VD ID 100 Ω 10W A K D V V 100 Ω 10W D V V A K A Fig. 3 Fig. 2 A UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE ENEGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃOEXPERIMENTO 4: Característica tensão-corrente do diodo de junção pn e circuitos retificadores com diodos 4.5) A seguir, ajuste convenientemente a varredura de amplitude e tempo no osciloscópio, anotando estes dados, e desenhe, na grade dada, as formas de onda da tensão da fonte de entrada vS e da tensão no resistor de 1 kΩ. 4.6) Finalmente, conecte os capacitores ao circuito, na seguinte ordem: 50 e 1000 µF. Desenhe a seguir, na mesma grade, a forma de onda da tensão no resistor de 1 kΩ para apenas o capacitor de 1000 µF. PARTE 3: Esta parte visa o estudo de um circuito retificador de onda completa em ponte. 4.7) Monte o circuito da Fig. 5 (retificador de onda completa em ponte) sem conectar o capacitor (chave aberta). Ajuste a fonte de entrada vS para fornecer 17 V de pico e um valor qualquer de resistência no potenciômetro. 4.8) A seguir, utilizando apenas um canal do osciloscópio, ajuste convenientemente a varredura de amplitude e tempo no osciloscópio, anotando estes dados, e desenhe, na grade dada, a forma de onda da tensão da fonte vS e depois a forma de onda da tensão na carga (conjunto resistor- potenciômetro). 4.9) Em seguida, conecte o capacitor e varie o potenciômetro. Observe as mudanças na forma de onda da tensão na carga. Desenhe, então, na mesma grade dada apenas esta onda de tensão para o valor máximo do potenciômetro. 5.0) QUESTÕES 5.1) Com base nos dados obtidos na tabela do item 4.1, determine um modelo em condução para o diodo empregado. Vγ = ___________ V ; Rf = ___________ Ω 5.2) Sabe-se que um amperímetro tem uma queda de tensão típica de 0,2 V e um voltímetro conduz uma corrente típica de 1 µA. Analise o montante das correntes e tensões envolvidos nos circuitos das Figs. 2 e 3 e explique as razões para a escolha do local da ligação do amperímetro nestes circuitos. R: 5.3) Com relação à Parte 2, determine a tensão de limiar do diodo empregado com os dados coletados. R: 5.4) Para o retificador de meia-onda visto na Fig. 4, considere que o diodo modelado como ideal e desenhe as formas de onda da tensão da fonte e no diodo sem o capacitor conectado no circuito. canal 1 do oscilosc. Canal ref. do osciloscópio canal 2 do oscilosc. volts/div = _______ ms/div = _______ A K D 1 kΩ Fig. 4 C vS Fig. 5 volts/div = ______ ms/div = ______ canal ref. do osciloscópio D2 1 kΩ 50 µF A K K A A K K A D1 D4 canal 1 do oscilosc. canal 1 do oscilosc. 10 kΩ vS D3 LABORATÓRIO DE MATERIAIS ELÉTRICOS EXPERIMENTO 5: PORTAS LÓGICAS AND E OR, GRAMPO E DETETOR DE PICO POSITIVOS, GRAMPEADOR CC, ZENER E LED 1.0) OBJETIVOS Esta prática de laboratório tem como objetivos estudar alguns circuitos simples implementados com diodos: grampo de diodo positivo, detetor de pico positivo, grampeador CC e portas lógicas AND e OR. Esta prática tem como objetivo estudar também o comportamento do diodo Zener na ruptura e dos diodos LED´s em condução. 2.0) RESUMO TEÓRICO Portas lógicas são circuitos digitais. Portas OR apresentam em sua saída nível alto de tensão (em torno de 5 V), quando pelo menos uma de suas entradas tiver também nível alto (5 V). Portas AND apresentam nível de saída alto quando todos os níveis de entradas forem alto. Circuitos grampo são empregados para limitar um sinal, acima ou abaixo de um valor de referência (limitadores). Detetores de pico são usados para verificar se um sinal ultrapassa um nível de referência. Grampeador CC é um circuito que adiciona um nível CC constante a um sinal de tensão. Zeners são diodos de finalidade específica, otimizados para trabalhar, além das regiões de condução e corte de um diodo de junção comum, também na região de ruptura. Nesta última região, o Zener comporta-se como um regulador de tensão, porque sofre grandes variações de corrente com pequenas variações de ddp entre seus terminais. LED´s são um outro tipo de diodo de finalidade específica, que, quando em condução, emitem radiação (luz) devido à recombinação de portadores minoritários injetados. São, então, usados para emitir avisos luminosos, controlar outros circuitos por acoplamento óptico com um fotodiodo ou fototransistor, etc. 3.0) MATERIAL UTILIZADO Os materiais necessários ao experimento são: LED´s infravermelho, vermelho, verde, azul e bicolor (01 de cada); Zener 5V1 1W (01); fonte CC 0-30 V (05); multímetros (03); resistores: 120Ω (02), 10 kΩ, 1 kΩ e 100Ω/10W (01 de cada); diodo 1N4004 (03); capacitor 50 µF (01); transformador de múltiplos taps; osciloscópio; fios de ligação. 4.0) PROCEDIMENTOS PARTE 1: Esta parte visa o estudo de portas lógicas OR e AND simples, implementada com diodos. 4.1) Monte o circuito da Fig. 1 (porta OR). A seguir, ajuste o valor de tensão das fontes V1 e V2 , tal como pedido na tabela dada ao lado do circuito, e anote o valor da tensão de saída Vo. 4.2) Repita o mesmo procedimento do item 4.1 para o circuito da Fig. 2 (porta AND). PARTE 2: Esta parte visa o estudo do grampo de diodo positivo, detetor de pico positivo e grampeador CC. 4.3) Monte o circuito da Fig. 3 (grampo positivo), ajustando a fonte de entrada vS para fornecer 17 V de pico. V1 (V) V2 (V) Vo (V) 0 0 5 0 0 5 5 5 A K A K D2 V1 V2 120 Ω 120 Ω 10 kΩ D1 Vo Fig. 1 K A D2 V1 V2 120 Ω 120 Ω 10 kΩ D1 Vo Fig. 2 K A 5 V V1 (V) V2 (V) Vo (V) 0 0 5 0 0 5 5 5 V V UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE ENEGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO EXPERIMENTO 5: Portas lógicas AND e OR, grampo e detetor de pico positivos, grampeador CC, Zener e LED 4.4) Ajuste convenientemente a varredura de amplitude e tempo no osciloscópio, anotando estes dados. Com auxílio dos dois canais do osciloscópio, desenhe na grade dada as formas de onda da entrada vS e da saída vo . A seguir, varie a tensão da fonte CC e observe o comportamento da saída vo . 4.5) Inverta o diodo do circuito (detetor de pico positivo) e apenas observe a forma de onda da saída vo obtida. 4.6) Monte o circuito da Fig. 4 (grampeador CC) ajustando a fonte de entrada vS para fornecer 6,8 V de pico e, com auxílio dos dois canais do osciloscópio, desenhe na grade dada as formas de onda da entrada vS e da saída vo . PARTE 3: Esta parte visa o estudo do diodo Zener na região de ruptura e do diodo LED em condução. 4.7) Monte o circuito da Fig. 5 (Zener em polarização reversa) e, variando a fonte de entrada V, preencha a Tab. 1 com os valores de corrente ou tensão pedidos na tabela. VDZ (V) 0,0 4,0 IDZ (mA) 10 30 60 90 120 150 Tab. 1 4.8) Monte o circuito da Fig. 6 (polarização direta do diodo LED), usando inicialmente o LED vermelho, e preencha a Tab. 2. A seguir, troque o LED vermelho pelo LED verde e preencha novamente a Tab. 2. 4.9) Para finalizar, faça testes com os LED's infravermelho, azul e bicolor, apenas para verificação. LED VD (V) 0,0 0,7 1,0 1,3 Vermelho ID (mA) 5 20 40 60 LED VD (V) 0,0 1,0 1,4 1,7 Verde ID (mA) 5 20 40 60 Tab. 2 5.0) QUESTÕES 5.1) Com base na Tab. 1, obtenha um modelo para o Zener na ruptura: VZ = ______ V ; RZ = _______ Ω 5.2) Com base na Tab. 2, obtenha um modelo para o LED verde em condução: Vγ = ______ V ; Rf = _____ Ω 5.3) Para o circuito da Fig. 3, obter a forma de onda da tensão vD no diodo com base nos resultados obtidos. R: volts/div = ______ ms/div = ______ Fig. 3 canal ref. do osciloscópio A K canal 1 do oscilosc. canal 2 do oscilosc. vo D 10 V 10 kΩ vS K A volts/div = ______ ms/div = ______ Fig. 4canal ref. do osciloscópio canal 1 do oscilosc. canal 2 do oscilosc. vo D 50 µF vS Fig. 6 Fig. 5 100 Ω 10 W V V LED A K 100 Ω 10W V V DZ 5V1 1W K A A A LABORATÓRIO DE MATERIAIS ELÉTRICOS EXPERIMENTO 6: REGULADOR ZENER,LDR,TERMISTOR E FOTOTRANSISTOR 1.0) OBJETIVOS Esta prática de laboratório tem como objetivos o estudo de circuitos elétricos com termistor, fototransistor e regulador de tensão Zener simples, além de estudos de resistências apresentadas por um LDR e um termistor. 2.0) RESUMO TEÓRICO Devido ao comportamento como fonte de tensão DC fixa na região de ruptura, uma das principais aplicações dos diodos Zener são em circuitos reguladores de tensão. Para obter este efeito, as variações de tensão de entrada e de carga devem, contudo, ser tais que sejam respeitadas os limites de corrente mínima e máxima do Zener na ruptura. Certos dispositivos semicondutores são construídos de modo a ter grande sensibilidade a um determinado tipo de energia incidente. Termistor (sensível à variações de temperatura) e LDR (sensível à variações de luminosidade) são dispositivos semicondutores tipo resistores NTC. Fototransistor é um outro componente semicondutor, porém ativo (transistor), cuja condução depende da quantidade de energia luminosa incidente na sua junção coletor-base. 3.0) MATERIAL UTILIZADO Os materiais necessários à esta prática são: LED´s azul e bicolor (01 de cada); diodo Zener 5V1 (01); fonte CC variável (03); multímetros (02); resistores: 100 Ω/10 W (02), 1 kΩ (01) e 47 Ω (01); termistor: 400 Ω (01); LDR (01); fototransistor TIL 78 (01); lâmpada 5V; fonte AC Bender; capacitor 1000 µF (01); diodo comum 1N4004 (01); osciloscópio (01); soldador (01); cabos para osciloscópio (02); fios de ligação. 4.0) PROCEDIMENTOS PARTE 1: Esta parte visa o estudo de um projeto de regulador de tensão simples com Zener. Deseja-se construir uma fonte de tensão que forneça em torno de 5 V contínuos de saída e que possa alimentar uma carga RL que pode operar a vazio ou dissipar uma potência máxima de 250 mW. 4.1) Com base nestes dados iniciais, determine, então, as resistências mínima e máxima da carga: RLMIN = ___________ Ω RLMAX = ___________ Ω 4.2) Primeiramente, tentar-se-á construir esta fonte com um retificador de meia onda, dado na Fig. 1. Monte, então, este circuito e ajuste a fonte AC de entrada para fornecer 6 V de pico. Visualizando no osciloscópio as formas de onda da tensão de saída VS do retificador de meia onda para as resistências mínima e máxima da carga, observe, então, que este circuito não está sendo eficiente em atender as exigências de projeto da fonte, pois não consegue fornecer satisfatoriamente uma tensão contínua de saída em torno de 5 V para todos os valores de carga. 4.3) A segunda tentativa será aproveitar o retificador de meia onda e empregar um diodo Zener para regular a tensão de saída. Para tanto, será empregado um Zener cujas especificações são: VZ = 5,1 V , PZ = 1 W e IZK = 30 mA. Com estes dados, calcule então a corrente máxima IZM do Zener na ruptura: IZM = ________ mA 4.4) O circuito retificador com Zener é dado na Fig. 2. Monte, então, este circuito e ajuste a fonte AC de entrada para fornecer 12 V de pico. Para as resistências mínima e máxima da carga, visualize no osciloscópio, então, as formas de onda da tensão VS de saída do retificador de meia onda (canal 1) e anote os valores mínimo (VSMIN) e máximo (VSMAX) deste sinal de tensão: VSMIN = ________ (V) ; VSMAX = ________ (V) vS A K 1N4004 1000 µF RLMIN canal 2 do oscilosc. canal ref. do oscilosc. K A 47 Ω 5V1 1 W Fig. 2 VS canal 1 do oscilosc. vS A K 1N4004 1000 µF RLMIN canal 1 do oscilosc. canal ref. do oscilosc. Fig. 1 VS UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE ENEGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO EXPERIMENTO 6: Regulador zener, LDR, termistor e fototransistor 4.5) A seguir, visualize no osciloscópio as formas de onda da tensão na carga RL (canal 2) para as resistências mínima e máxima da carga. Observe, então, que este circuito está sendo eficiente em atender as exigências de projeto da fonte, pois consegue regular satisfatoriamente a tensão de saída em torno de 5 V para todos os valores de carga. PARTE 2: Esta parte visa a medição de resistências de um LDR perante mudanças na energia luminosa incidente, e ainda o estudo de um circuito simples de detecção de variação de luminosidade. 4.6) Meça a resistência do LDR dado, na presença de luz (exemplo: luz ambiente) e na ausência de luz (cobrindo-o com um pano ou anteparo) e anote os resultados na Tab. 1. 4.7) Monte o circuito da Fig. 3, aproximando a lâmpada acesa do fototransistor (TIL 78). Meça a corrente lida no amperímetro e anote na Tab. 2. A seguir, afaste a lâmpada do fototransistor e novamente anote na Tab. 2 a corrente lida pelo amperímetro. PARTE 3: Esta parte visa a medição da resistência de um termistor perante mudanças de temperatura e ainda o estudo de um circuito simples de monitoramento visual de temperatura com um termistor como sensor térmico. 4.8) Meça a resistência do termistor NTC de Ramb ≈ 20 Ω na temperatura ambiente e anote o resultado na Tab. 3. A seguir, use a ponta de um soldador para provocar um leve aquecimento no termistor (tocando a ponta de solda em um dos terminais do termistor), meça novamente sua resistência e anote o valor também na Tab. 3. 4.9) Monte o circuito da Fig. 4 ao lado e anote na Tab. 4 a cor predominante que está sendo emitida pelo LED bicolor na temperatura ambiente (isto é, sem aquecimento do termistor). 4.10) A seguir, aproxime do termistor a ponta de solda ou toque a ponta num dos fios terminais do termistor. Espere até que o LED bicolor sofra uma mudança de cor, retire a ponta de solda e anote novamente na Tab. 4 a cor predominante que está sendo emitida agora pelo LED bicolor. 5.0) QUESTÕES 5.1) Para o regulador com Zener (Fig. 2), considere os valores teóricos do Zener na ruptura (VZ , IZK e IZM), as resistências de carga mínima (RLMIN) e máxima (RLMAX) e os valores mínimo (VSMIN) e máximo (VSMAX) da tensão de saída do retificador de meia onda (VS) obtidas. Determine, então, a faixa de valores que deve ter o resistor de desacoplamento (RS) e explique se o resistor adotado (47 Ω) está corretamente dimensionado. R: 5.2) Explique se os resultados obtidos nas Tabs. 1 e 3 estão coerentes com o esperado. R: 5.3) Com base nos resultados obtidos na Tab. 2, explique o funcionamento do circuito da Fig. 3. R: 5.4) Com base nos resultados obtidos na Tab. 4, explique o funcionamento do circuito da Fig. 4. R: Temperatura Rtermistor (ΩΩΩΩ) ambiente. com aquecimento Tab. 3 LDR RLDR (ΩΩΩΩ) presença de luz ausência de luz Tab. 1 Circ. da Fig. 3 I (mA) lâmpada perto lâmp. afastada Tab. 2 temperatura cor predominante ambiente com aquecimento Tab. 4 A 6 V 100 Ω LED azul A K E B C TIL 78 Fig. 3 I 5 V Fig. 4 4 V NTC 60 Ω T 100 Ω LED bicolor A A K red green LABORATÓRIO DE MATERIAIS ELÉTRICOS EXPERIMENTO 7: CONFIGURAÇÕES BC,EC E CC DO TBJ 1.0) OBJETIVOS Esta prática de laboratório tem como objetivos o estudo de características tensão-corrente de saída de um TBJ nas configurações base e emissor comum, e o estudo da configuração coletor comum como casador de impedâncias. 2.0) RESUMO TEÓRICO O transistor bipolar de junção (TBJ) é formado por três substratos que constiuem duas junções PN, de forma a constituir-se em dois diodos: emissor (JE) e coletor (JC), e ainda em dois tipos: NPN e PNP (Fig 1). Os substratos são chamados de emissor(E), base (B) e coletor (C). Possuem, então, seis variáveis: correntes de emissor (IE), base (IB) e coletor (IC), e tensões emissor-base (VEB), coletor-base (VCB) e emissor-coletor (VCE). No funcionamento do TBJ se distinguem principalmente três regiões de operação: ativa direta (JE em condução e JC no corte), saturação (JE e JC em condução) e bloqueio (JE e JC no corte). São conectados em três configurações: base comum (CB), emissor comum (CE) e coletor comum (CC), cujas características V-I de saída (Figs. 2 e 3) demonstram seu funcionamento. 3.0) MATERIAL UTILIZADO Os materiais são: fonte CC (05); multímetros (06); TBJ's BC547, BC548, BC557 (01); resistores: 2,2 kΩ (02), 1 kΩ, 10 kΩ, 100 kΩ, 100 Ω e 33 kΩ (01); gerador de função (01), capacitor de 220 nF (01); fios de ligação. 4.0) PROCEDIMENTOS PARTE 1: Esta parte visa o estudo de um TBJ na configuração Base Comum (BC), nos seguintes aspectos: 4.1) Característica V-I de saída: monte o circuito da Fig. 4. A seguir, varie a fonte VEE para ajustar a corrente de emissor (IE) nos valores pedidos. Para cada valor de IE fixado, varie VCC para ajustar os valores pedidos da ddp entre a base e o coletor (VBC) e preencha a Tab. 1 com os valores medidos da corrente de coletor (IC). 4.2) Reta de carga: a seguir, ajuste a fonte VCC em 9 V. Através de VEE , ajuste novamente os valores pedidos da corrente de emissor (IE) e anote, na Tab. 2, os valores da corrente de coletor (IC) e ddp entre base e coletor (VBC). IE (mA) IE (mA) IC (mA) VBC (V) VBC (V ) 5,0 10,0 0,0 -0,7 1,0 -0,5 2,0 0,0 3,0 4,0 4,0 7,0 5,0 Tab. 1 Tab. 2 PARTE 2: Esta parte visa o estudo de um TBJ na configuração Emissor Comum (EC), nos seguintes aspectos: 4.3) Característica V-I de saída: monte o circuito da Fig. 5. A seguir, varie a fonte VBB para ajustar os valores de corrente de base (IB). Para cada IB fixado, varie a fonte VCC para ajustar os valores pedidos da ddp entre o coletor e o emissor (VCE) e preencha a parte superior da Tab. 3 com os valores medidos da corrente de coletor (IC). E B C A V VEE VCC Fig. 4 BC557 A 2,2 kΩ 2,2 kΩ Fig. 1: Simbologias E C B PNP E C B NPN VCE (V) IC IB1 = 0 IB2 IB3 IB4 reta de carga Fig. 3: Emissor comum 0,3 corte ativo direto saturação IC IE1 = 0 VBC (V) IE2 IE3 IE4 Fig. 2: Base comum - 0,5 saturação ativo direto corte reta de carga ≈ - 0,8 UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE ENEGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO EXPERIMENTO 7: Configurações BC, EC e CC do TBJ 4.4) Reta de carga: a seguir, ajuste a fonte VCC em 3 V e, através de da fonte VBB , ajuste novamente os valores pedidos da corrente de base (IB) e anote, na parte inferior da Tab. 3, os valores medidos da corrente de coletor (IC) e ddp entre coletor e emissor (VCE). IB (mA) VCE (V ) 0,00 0,03 0,07 0,10 1,0 3,0 5,0 7,0 IC (mA) VCE (V ) Tab. 3 PARTE 3: Esta parte visa o estudo do TBJ na configuração Coletor Comum (CC) como casador de impedância. 4.5) Seja uma fonte de sinal de aúdio hipotética, formada por um gerador de sinal senoidal de 2 VPP de amplitude e de freqüência 2 kHz, em série com um capacitor de 220 nF, que representa sua impedância interna de saída (valor da reatância ≈ 360 Ω para f = 2 kHz). Deseja-se utilizar um auto-falante (FTE) de 8 Ω como carga pra esta fonte. 4.6) Inicilamente, monte o circuito da Fig. 6 (gerador de função vS ligado diretamente ao FTE) e observe o volume de áudio emitido. Considere este volume como sendo alto. 4.7) A seguir, monte o circuito da Fig. 7 (fonte hipotética alimentando o FTE) e observe o volume do áudio emitido. Descreva, então, este volume como sendo alto ou baixo, em comparação ao verificado no item 4.6: __________ . 4.8) Finalmente, monte o circuito da Fig. 8 (TBJ ligado na configuração coletor comum empregado como casador de impedância entre a fonte hipotética e o FTE), e observe o volume do áudio emitido. Descreva, então, este volume como sendo alto ou baixo, em comparação ao verificado no item 4.6: ___________ . 5.0) QUESTÕES 5.1) Com os dados obtidos na Tab. 1, calcule os ganhos de corrente direta em base comum (αF ) para VBC = 4 V. R: 5.2) Com os dados obtidos na Tab. 2, explique como o TBJ em base comum funciona como uma chave liga-desliga. R: 5.3) Com os dados obtidos na Tab. 3, calcule os ganhos de corrente direta em emissor comum (βF) para VCE = 5 V. R: 5.4) Com os dados obtidos na parte inferior da Tab. 3, explique como o TBJ em emissor comum funciona como uma chave liga-desliga. R: 5.5) Com os resultados obtidos na Parte 3 do experimento, conclua sobre o efeito do TBJ no volume obtido com o casamento de impedância efetuado pelo TBJ em coletor comum. R: E B C V 100 kΩ Fig. 5 VCC 100 Ω VBB BC 548 A A Fig. 6 Fig. 7 Fig. 8 3 V E B C BC547 FTE (8Ω) vS 220 nF fonte de áudio hipotética 33 kΩ vS 220 nF fonte de áudio hipotética FTE (8Ω) vS FTE (8Ω) gerador de função LABORATÓRIO DE MATERIAIS ELÉTRICOS EXPERIMENTO 8: IMPLEMENTAÇÃO DE CIRCUITOS SIMPLES COM TBJ's 1.0) OBJETIVOS Esta prática de laboratório tem como objetivos estudar aplicações de TBJ's comuns como chave liga-desliga (Partes 1 e 3) e também o estudo de um circuito simples com optoacoplador LED-fototransistor (Parte 2). 2.0) RESUMO TEÓRICO O TBJ operando na configuração emissor comum, pode ser empregado como chave liga-desliga controlada por corrente e como amplificador de sinais. O comportamento chave é utilizado através da corrente de base, pois pode-se saturá-lo (IB elevado), comportando-se o mesmo como uma chave fechada devido à pequena tensão de saída (VCE ≈ 0), ou levá-lo ao corte (IB desprezível), comportando-se o mesmo como uma chave aberta devido à pequena corrente de coletor. Nesta configuração, pode-se ainda aproveitar o ganho de corrente direta βF para amplificar sinais de tensão na sua região ativa direta. Um apecto desta aplicação refere-se à inversão de fase que o sinal sofre na saída. Já com o TBJ em coletor comum, o mesmo é aproveitado para acoplar fontes à cargas através de casamento de impedâncias. Osciladores são circuitos que, a partir de uma fonte DC, geram oscilações de tensão na saída. Exemplos de circuitos osciladores são os chamados Flip-Flops, que geram pulsos de tensão em sua saída. Optoacoplador é um dispositivo que associa um LED a um fotodetector, que pode ser um fototransistor. A vantagem deste dispositivo é a isolação elétrica entre os circuitos, porque o único contato entre eles é um feixe de luz. O Relé é um dispositivo eletromecânico contendo uma bobina e alguns contatos que operam nas lógicas normalmente aberto (NA) ou normalmente fechado (NF). Energizando-se sua bobina a partir de um certo valor de corrente elétrica, fecha-se os contatos NA e abre-se os contatos NF, sendo que as consequências destes efeitos dependerá da lógica empregada no circuito. O relé permite o desacoplamento elétrico entre dois circuitos e, assim, pode-se utilizá-lo para o controle de circuitos de grande potência através de um circuito de baixa potência. 3.0) MATERIAL UTILIZADO Os materiais necessários à este experimento são: fonte CC (04); fonte AC Bender; multímetro (01); TBJ's NPN BC548 (01) e BD139 (02), PNP BC558 (01); diodo comum (01); LED infravermelho TIL32 (01); fototransistor TIL78 (01); resistores: 33 kΩ (01), 390 kΩ (01), 10 kΩ (01), 2,2 kΩ (01), 100 Ω/10W (01); capacitor 4,7 µF (01); LDR (02); relé eletromecânico (01); lâmpada de 220 V (01); tomada CA de 220 V; LED amarelo (01); osciloscópio (02); cabos para osciloscópio (03); fios de ligação. 4.0) PROCEDIMENTOSPARTE 1: Visa o estudo de um circuito oscilador fotocontrolado tipo Flip-Flop com TBJ's complementares. 4.1) Monte o circuito da Fig. 1. Na presença de luz ambiente e com o auxílio do osciloscópio, meça e anote o valor da ddp base-emissor (VBE) do BC548 e conclua sobre sua região de operação: VBE = _________ (V) região de operação: __________________ LDR E B C E B C 33 kΩ 390 kΩ 4,7 µF BC548 BC558 3 V Fig. 1 LED vermelho A K canal ref. do osciloscópio canal 1 do osciloscópio UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE ENEGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO EXPERIMENTO 8: Implementação de circuitos com TBJ’s 4.2) A seguir, cubra o LDR com alguma superfície fosca até que o LED comece a piscar. Com o osciloscópio, observe então o comportamento da ddp VCE do BC548, anote o valor desta ddp para quando o LED se acende e determine qual a região de operação em que neste caso se encontra o BC548: VCE = _________ (V) região de operação: __________________ PARTE 2: Esta parte visa o estudo de um circuito optoacoplador, com estágio de ganho de tensão na saída. 4.3) Monte o circuito da Fig. 2, ajustando a fonte senoidal vS para 2 V de pico. A seguir, ajuste o osciloscópio para análise AC e meça a ddp VCE do fototransistor (sinal de entrada, canal 1) e o potencial no catodo no TBJ (saída, canal 2), anotando estas formas de onda na grade. Observe a inversão de fase e amplificação do sinal na saída. PARTE 3: Visa o estudo de um circuito controlador de luminosidade utilizando LDR e relé eletromecânico. 4.4) Monte o circuito da Fig. 3. A seguir, com a presença de luz ambiente incidente no LDR, anote na Tab. 1 o valor da ddp entre o coletor e o emissor (VCE ). 4.5) A seguir, desligue as lâmpadas do laboratório ou cubra o LDR com alguma superfície fosca (ausência de luz), tal que a lâmpada L se acenda. Anote, então, na Tab. 1 o valor da ddp entre o coletor e o emissor (VCE ). 4.6) Com base nos resultados de VCE medidos, determine, para cada caso, a região de operação em que se encontrava o TBJ e anote na Tab. 1. 5.0) QUESTÕES 5.1) Com base nas análises feitas na Parte 1 do experimento, explique o funcionamento do circuito da Fig. 1. R: 5.2) Com base nas formas de onda obtidas no circuito da Fig. 2, calcule o ganho de tensão determinando a razão entre os valores máximos do sinal de saída e do sinal de entrada. R: 5.3) Com base nos dados da Tab. 1, explique o funcionamento do circuito da Fig. 3. R: 5.4) No circuito da Fig. 3, explique a finalidade do diodo comum colocado em paralelo com a bobina do relé. R: volts/div = _____ ms/div = _____ E B C E B C A K 100 Ω 3 V 100 Ω 10 kΩ 2,2 kΩ 8 V vS canal 1 canal 2 canal ref. BC548 Fig. 2 LDR E B C BD139 + 4 V Fig. 3 K A V RELÉ NF NA 220 V (rede elétrica) L - 220V D VCE (V) Região de operação Presença de luz Ausência de luz Tab. 1
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