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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS - UFAM FACULDADE DE TECNOLOGIA – FT DEPARTAMENTO DE ELETRICIDADE CURSO – ENGENHARIA QUÍMICA - EQ RELATÓRIO 8 – LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE GERAL (FTE-008) CIRCUITO RLC EM SÉRIE E PARALELO E FILTROS PASSA-BAIXA E PASSA-ALTA. MANAUS (AMAZONAS) 2016/1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS - UFAM FACULDADE DE TECNOLOGIA - FT DEPARTAMENTO DE ELETRICIDADE - DE CURSO – ENGENHARIA QUÍMICA - EQ RELATÓRIO 8 – LABORATÓRIO DE ELETRICIDADE GERAL (FTE- 008) CIRCUITO RLC EM SÉRIE E PARALELO E FILTROS PASSA-BAIXA E PASSA-ALTA ADRIANA PEREIRA DE SOUZA (21453636) IAGO BRUNO PACHECO FERREIRA (21453635) IGOR MORAES BEZERRA CALIXTO (21456321) VANESSA DE SOUZA LIMA (21453637) MANAUS (AMAZONAS) 2016/1 Relatório 8, de Laboratório de Eletricidade Geral, orientada pelo professor Iury Bessa, com o intuito de obter conhecimentos a respeito de um dos ramos de estudo da Eletricidade Geral, válida para a parcial 1. Relatório 8 – Circuitos RLC em série e em paralelo e filtros passa-baixa e passa-alta. 1.0. Resumo: A atividade prática realizada envolveu a construção de circuitos elétricos em que foram estudados o comportamento de capacitores e indutores associados com resistores. Para isso, foi verificado experimentalmente o comportamento de um circuito RLC em série e em paralelo e foi analisado o funcionamento de um circuito RC atuando como filtro passa-baixa e como filtro passa-alta. SUMÁRIO 1. Circuitos RLC em série e em paralelo e filtros passa-baixa e passa-alta........................1 1.1.Introdução.............................................................................................................................1 1.2.Procedimento Experimental..................................................................................................5 1.2.1.Materiais Necessários..................................................................................................5 1.3.Resultados e Discussão.........................................................................................................6 1.3.1. Circuito RLC-Série.....................................................................................................6 1.3.2. Circuito RLC-Paralelo .............................................................................................10 1.3.3. Filtro passa-baixa e passa-alta...................................................................................12 1.4.Conclusão............................................................................................................................17 1.5.Anexos................................................................................................................................18 1.5.1. Circuito RLC-Série...................................................................................................18 1.5.2. Circuito RLC-Paralelo..............................................................................................26 1.5.3. Filtro passa-baixa e passa-alta..................................................................................31 1.6.Referências.........................................................................................................................39 1 1.1. Introdução: O circuito RLC é um circuito elétrico contendo três componentes, um Resistor (R), um indutor (L), um capacitor (C) conectados em serie ou em paralelo. Esse circuito é chamado de segunda ordem visto que qualquer tensão ou corrente nele pode ser descrita por uma equação diferencial de segunda ordem. Para analisar o circuito, veja abaixo, deve-se lembrar que a tensão total aplicada é a soma vetorial das tensões VC, VRe VL. Figura 1. Circuito RLC-Série Na construção do diagrama vetorial, considera-se como referência a corrente, sendo que neste caso, ela é adiantada de 90º em relação à tensão no capacitor e atrasada 90º em relação à tensão no indutor. Um circuito RLC-paralelo é um circuito elétrico consistindo de um resistor (R), um indutor (L), e um capacitor (C), conectados em paralelo, mostrado na figura abaixo, cuja tensão foi considerada arbitrariamente nula. Figura 2 – Circuito em paralelo Em um circuito em RCL-paralelo, a corrente total fornecida pelo gerador é a soma vetorial das correntes no resistor, capacitor e indutor. 2 Figura 3 - Diagrama vetorial Com o diagrama vetorial percebesse que a corrente no resistor está em fase com a tensão, a corrente no indutor está atrasada de 90° em relação a tensão e a corrente no capacitor adiantada de 90° em relação a tensão. Através do diagrama vetorial pode-se obter o modelo da corrente total fornecida pelo gerador. Através de manipulações matemáticas pode-se obter a frequência de ressonância: Dentro dos estudos de filtros passivos, temos os filtros passa-baixa e passa-alta, que são tipos de circuitos cujo ganho depende da frequência do sinal a eles aplicados. Essa característica permite que eles sejam utilizados para selecionar uma determinada faixa de frequências ou para eliminar sinais indesejáveis, tais como ruídos. Esse circuito é visto na figura abaixo. Figura 4 – Filtro passa-baixa 3 Para ondas senoidais de baixas frequências, a reatância capacitiva assume valores altos em comparação com o valor da resistência. Assim, a tensão de saída será praticamente igual à tensão de entrada. Para altas frequências, a reatância capacitiva assume valores baixos em comparação com o valor nominal da resistência, atenuando a tensão de saída para um valor praticamente nulo. Logo, o filtro permite a passagem de sinais de frequências baixas, sendo por isso denominado filtro passa-baixa (CAPUANO, 1981). Em uma determinada frequência, quando Xc = R, teremos que a tensão de saída é igual à tensão do resistor, que somadas vetorialmente resultam na tensão de entrada. Dessa maneira, podemos escrever: Ve = √𝑉𝑅2 + 𝑉𝑐2 , onde: VR=VS= Vc , Ve = √𝑉𝑠2 + 𝑉𝑠2 = √2𝑉𝑠2 Vs = 𝑉𝑒 √2 Essa frequência, em que a temos a situação anterior descrita, é denominada frequência de corte (fo) e pode ser determinada igualando o valor da reatância com o valor da resistência. Xc = R ou 1 2𝛺∗𝑓𝑐∗𝐶 = R, fc= 1 2𝛺∗𝑅∗𝐶 Já o filtro passa-alta é constituído pelo mesmo circuito RC-Série, somente que, neste caso, a tensão de saída é a obtida pelo resistor. Este circuito é visto na figura abaixo. Figura 5 – Filtro passa-alta. Neste caso, para ondas senoidais de frequências altas, a reatância capacitiva assume valores baixos em comparação com o valor da resistência, dessa maneira a tensão de saída será praticamente igual à tensão de entrada. Já para baixas frequências, a reatância capacitiva assume valores altos em comparação com o valor da resistência, atenuando a tensão de saída para um valor praticamente nulo. Portanto, o filtro permite a passagem de sinais de frequências altas, sendo por isso chamado de filtro passa-alta. Resumidamente, de uma forma geral, pode-se afirmar que existem quatro tipos de filtros: 4 a) Filtro passa-baixas: Permite que os sinais com freqüênciaabaixo de uma freqüência determinada passem para a saída, eliminando todos os sinais com freqüências superiores. b) Filtro passa-altas: Funciona de maneira inversa ao passa-baixas. Deixando passar para a saída apenas os sinais cujas freqüências estejam acima de um certo valor. c) Filtro passa-faixa: Permite a seleção de apenas uma faixa de freqüências, ou seja, apenas essa faixa (intervalo) selecionada passará para a saída do filtro. d) Filtro rejeita-faixa: Atua de forma inversa ao filtro passa-faixa, eliminando os sinais contidos em um determinado intervalo de freqüências definido. 5 1.2. Procedimento Experimental: 1.2.1. Materiais Necessários. Para que a atividade experimental fosse desenvolvida, foram necessários alguns componentes básicos de operação e trabalho. Dentre eles, temos: 1.2.1.1. Circuito RLC-Série. 1.2.1.2. Circuito RLC - Paralelo. 1.2.1.3. Filtros Passa-Baixa e Passa-Alta. Materiais Capacitor Eletrolítico 0,015 μF Osciloscópio. Gerador de Sinais. Resistor de 1 KΩ. Indutor de 3,3 mH Materiais Gerador de Sinais Osciloscópio Indutor(3,3 mH) Resistores (100Ω e 2,2 KΩ) Capacitor Eletrolítico de 0,015 μF Materiais Gerador de Sinais. Osciloscópio. Capacitor Eletrolítico de 0,1 μF. Resistor de 2,2 KΩ 6 1.3.Resultados e Discussão. 1.3.1. Circuito RLC em série. 1) Foi montado o circuito da figura abaixo. Ajustou-se o gerador de sinais para 5Vpp, onda senoidal. 2) Variou-se a frequência do gerador de sinais, conforme o quadro abaixo, mantendo sua tensão de saída em 5Vpp para cada valor de frequência, medindo e anotando a tensão pico a pico no resistor. Quadro 1- Valores Medidos VRpp f(KHz) VRpp (V) 2 0,800 4 1,249 6 1,541 8 1,821 10 2,021 12 2,161 14 2,261 16 2,341 18 2,421 20 2,421 22 2,461 24 2,441 26 2,441 28 2,401 30 2,381 0,015 μF 3,3 mH 7 Quadro 2 – Valores Calculados de VRef, Ief, Z. f(KHz) VRpp (V) VRef (V) Ief (mA) Z (KΩ) 2 0,800 0,282V 0,282mA 6,24KΩ 4 1,249 0,441V 0,441mA 3,99KΩ 6 1,541 0,544V 0,544mA 3,23KΩ 8 1,821 0,643V 0,643mA 2,737KΩ 10 2,021 0,714V 0,714mA 2,464KΩ 12 2,161 0,763V 0,763mA 2,306KΩ 14 2,261 0,799V 0,799mA 2,202KΩ 16 2,341 0,827V 0,827mA 2,128KΩ 18 2,421 0,855V 0,855mA 2,058KΩ 20 2,421 0,855V 0,855mA 2,058KΩ 22 2,461 0,869V 0,869mA 2,025KΩ 24 2,441 0,862V 0,862mA 2,041KΩ 26 2,441 0,862V 0,862mA 2,04 KΩ 28 2,401 0,848V 0,848mA 2,07KΩ 30 2,381 0,841V 0,841mA 2,09KΩ Verifica-se, pelo quadro, que conforme aumenta a frequência, aumenta a VRef e diminui a Vcef. Logo, a tensão eficaz do resistor é diretamente proporcional à frequência. 3) Utilizando o mesmo circuito, ligado ao osciloscópio conforme a figura abaixo, foram medidos e anotados os valores de 2a e de 2b para as frequências do quadro abaixo. Quadro 3 – Valores Medidos de 2a e 2b. 8 f(KHz) 2a 2b 2 8 8 4 10 14 6 11 17 8 10 20 10 11 15 12 18 26 14 15 27 16 7 14 18 9 27 20 6 26 22 4 27 24 2 26 26 2 26 28 2 26 30 4 12 Através dos cálculos contidos nos anexos, pudemos obter os valores do ângulo de defasagem, dados pelo quadro 4 abaixo: Quadro 4 – Valores Calculados de Δϴ f(KHz) 2a 2b Δϴ 2 8 8 90º 4 10 14 45,5º 6 11 17 40,32º 8 10 20 30º 10 11 15 47,16º 12 18 26 43,81º 14 15 27 33,74º 16 7 14 30º 18 9 27 19,47º 20 6 26 13,34º 22 4 27 8,51º 24 2 26 4,41º 9 26 2 26 4,41º 28 2 26 4,41º 30 4 12 19,47º Observa-se que quando a frequência aumenta o ângulo de defasagem no capacitor diminui isto porque a impedância de um capacitor diminui à medida que a sua frequência aumenta. Conclui-se que à medida que o ângulo de defasagem diminui quando a impedância diminui. 4) Para o circuito da figura mostrada na seção acima, variou-se a frequência do gerador de sinais até obter 2a=0 . Anotou-se o valor dessa frequência no quadro abaixo. Fo (KHz) 23,0 10 1.3.2. Circuito RLC em paralelo. 1) Foi montado o circuito da figura abaixo. Ajustou-se o gerador de sinais para 5Vpp, onda senoidal. 2) Variou-se a frequência do gerador de sinais, conforme o quadro abaixo. Para cada valor ajustado, mediu-se e foi anotado a tensão pico a pico no resistor de 100 Ω. Quadro 5 – Valores Medidos de V1pp. f(KHz) V1pp (V) 10 4,521 11 4,601 12 4,641 13 4,721 14 4,801 15 4,801 16 4,841 17 4,841 18 4,841 19 4,881 20 4,881 Com os valores da tensão de pico a pico no resistor de 100Ω pudemos obter os valores de tensão eficaz no resistor através dos cálculos contidos no anexo com diferentes frequências. E com os valores da tensão eficaz (V1ef) em cada frequência pode-se calcular também o valor eficaz das correntes (Ief) juntamente com a impedância (Z) em cada frequência, dados obtidos no quadro 6 abaixo: 0,015 μF 3,3 mH 11 Quadro 6 – Valores calculados de V1ef , Ief.e Z. f(KHz) V1pp (V) V1ef Ief. Z 10 4,521 1,598 0,01598 110,638 11 4,601 1,626 0,01626 108,7733 12 4,641 1,640 0,0164 107,805 13 4,721 1,668 0,01668 105,995 14 4,801 1,697 0,01697 104,184 15 4,801 1697 0,01697 104,184 16 4,841 1,711 0,01711 103,331 17 4,841 1,711 0,01711 103,331 18 4,841 1,711 0,01711 103,331 19 4,881 1,725 0,01726 102,433 20 4,881 1,725 0,01726 102,433 Nota-se que com o aumento da frequência V1ef e Ief também aumenta. Entretanto a impedância diminui à medida que a frequência aumenta, pois o circuito esta ligado em paralelo e a impediência será dada pela divisão da V1ef pela corrente de eficiência para cada frequência (Z = Vef / Ief) e para valores maiores de corrente tem-se uma impedância menor. 12 1.3.3. Filtros passa-baixa e passa-alta. 1) Foi montado o circuito da figura abaixo. Ajustou-se o gerador de sinais para 2Vpp, onda senoidal. Operou-se de forma a obter o circuito da imagem acima, com o resistor de 2200 Ω associado ao capacitor de 0,1 μF, . 2) Variou-se a frequência do gerador de sinais, conforme o quadro abaixo. Com a varredura ligada, mediu-se e anotou-se a tensão de saída. Quadro 7 – Valores medidos da Vspp (V). f(Hz) Vspp (V) 200 2,081 600 2,081 1000 2,041 1400 1,961 1800 1,921 2200 1,881 2600 1,761 3000 1,721 Percebe-se que, conforme aumenta a frequência aplicada, menor será a tensão pico a pico de saída e por consequência da tensão eficaz como está mostrado no quadro abaixo. 13 Quadro 8 – Valores calculados de V1ef . f(Hz) Vspp (V) Vsef (V) 200 2,081 0,736 600 2,081 0,736 1000 2,041 0,721 1400 1,961 0,693 1800 1,921 0,679 2200 1,881 0,665 2600 1,761 0,623 3000 1,721 0,608 3) Com a varredura desligada, mediram-se e foram anotados os valores 2a e 2b. Quadro 9 – Valores medidos 2a e 2b. f(Hz) 2a 2b 200 1 11 600 1 11 1000 2 11 1400 3 11 1800 4 11 2200 5 10 2600 6 10 3000 5 10 A seguir, pudemos obter o valor de defasagem, dados em graus(º), obtidos pela relação Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 , sendo que os valores obtidos crescem conforme aumenta a frequência aplicada. Logo, a defasagem entre corrrente e capacitor aumenta conforme cresce o valor de frequência. Quadro 10 – Valores calculados de Defasagem. f(Hz) 2a 2b Δϴ 200 1 11 5,216º 600 1 11 5,216º 14 1000 2 11 10,476º 1400 3 11 15,827º 1800 4 11 21,324º 2200 5 10 30,000º 2600 6 10 36,870º 3000 5 10 30,000º 4) Montou-se o circuito da figura abaixo. Ajustou-se o gerador de sinais para 2 Vpp, onda senoidal. 5) Repetiram-se os itens 2 e 3, preenchendo o quadro abaixo. Quadro 11 – Valores medidos da Vspp (V). f(Hz) Vspp (V) 200 0,1 600 0,264 1000 0,432 1400 0,584 1800 0,728 2200 0,860 2600 0,960 3000 1,081 A seguir foi calculada a tensão de saída eficaz, a partir dos valores do quadro acima. Percebe- se, que os valores obtidos são dados em mV, sendo, portanto, valores considerados pequenos. Conforme aumenta a frequência, aumenta a Vsef. Quadro 12 – Valores calculados da Vsef (mV). 15 f(Hz) Vspp (V) Vsef (mV) 200 0,1 35,35 600 0,264 93,324 1000 0,432 152,712 1400 0,584 206,444 1800 0,728 257,348 2200 0,860 304,01 2600 0,960 339,36 3000 1,081 382,134 Segue abaixo o quadro 13, que mostra os valores obtidos de 2a e de 2b, obtidos a partir da figura de Lisaijous. Quadro 13 - Valores medidos de 2a e de 2b. f(Hz) 2a 2b 200 9 11 600 9 11 1000 9 11 1400 9 11 1800 9 11 2200 9 11 2600 9 11 3000 9 11 Abaixo, seguem os valores de defasagem obtidos a partir da relação Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 . Neste caso, a defasagem não varia, pois estamos avaliando um circuito onde a tensão de saída está sobre o resistor, não tendo variação assim. 16 Quadro 14 – Valores calculados de defasagem. f(Hz) 2a 2b Δϴ 200 9 11 54,903º 600 9 11 54,903º 1000 9 11 54,903º 1400 9 11 54,903º 1800 9 11 54,903º 2200 9 11 54,903º 2600 9 11 54,903º 3000 9 11 54,903º 17 1.4.Conclusão. O experimento realizado em um circuito RLC em série permitiu verificar o comportamento da tensão em cada um de seus elementos, da frequência de ressonância, da impedância, reatância indutiva e capacitiva, a corrente e também calcular a largura de banda e fator de qualidade. Constatou-se que conforme a frequência aumenta a reatância indutiva (XL) também aumenta, enquanto a reatância capacitiva (XC) diminui. Confirmamos experimentalmente que durante a frequência de ressonância em um circuito RLC, ocorre a máxima amplitude de corrente. Em suma, este experimento serviu como bom exemplificador do estudo de circuitos com corrente alternada, podendo ser otimizado adotando-se outros métodos para certas medidas e/ou abrindo mão de mais critério e cautela na coleta dos dados. Neste experimento foi possível a partir dos cálculos obtidos confirmar qualitativamente os fenômenos pertinentes aos circuitos RLC. Foi possível observa no circuito RLC os efeitos da resistência para a ressonância, a diminuição da impedância em um circuito em paralelo e o aumento da tensão e corrente eficaz com o aumento da frequência. A partir da análise experimental do funcionamento do filtro passa-baixa e passa-alta, compreende-se que estes tipos de filtros são distintos de acordo com a composição do circuito. No filtro passa-baixa, obtivemos valores decrescentes de tensão de saída eficaz conforme aumentava a frequência, sendo assim grandezas inversamente proporcionais. Quanto aos valores de defasagem, conforme aumentava a frequência, maior a mesma ficava. Já no filtro passa-alta, a tensão de saída eficaz aumentava conforme aumentávamos o valor da frequência, indicando grandezas diretamente proporcionais. Já o valor de defasagem permaneceu constante independentemente do valor de frequência aplicada. Por fim, entendemos que estes tipos de filtros são fundamentais para entender diversos tipos de sinais, comuns na eletricidade. 18 1.5.Anexos. 1.5.1. Circuito RLC- Em série. 1) Calcule o valor eficaz das tensões no resistor , preenchendo o quadro abaixo: Cálculos: Para VRpp = 0,800V, temos: VRef = 0,3535 * (VRpp), VRef = 0,282V Para VRpp = 1,249V, temos: VRef = 0,3535 * (VRpp), VRef = 0,441V Para VRpp = 1,541V, temos: VRef = 0,3535 * (VRpp), VRef = 0,544V Para VRpp = 1,821V, temos: VRef = 0,3535 * (VRpp), VRef = 0,643V Para VRpp = 2,021V, temos: VRef = 0,3535 * (VRpp), VRef = 0,714V Para VRpp = 2,161V, temos: VRef = 0,3535 * (VRpp), VRef = 0,763V Para VRpp = 2,261V, temos: VRef = 0,3535 * (VCpp), VRef = 0,799V Para VRpp = 2,341V, temos: VRef = 0,3535 * (VCpp), VRef = 0,827V Para VRpp = 2,421V, temos: VRef = 0,3535 * (VCpp), VRef = 0,855V Para VRpp = 2,421V, temos: VRef = 0,3535 * (VCpp), VRef = 0,855V Para VRpp = 2,461V, temos: VRef = 0,3535 * (VCpp), VRef = 0,869V Para VRpp = 2,441V, temos: VRef = 0,3535 * (VCpp), VRef = 0,862V Para VRpp = 2,441V, temos: VRef = 0,3535 * (VCpp), VRef = 0,862V Para VRpp = 2,401V, temos: VRef = 0,3535 * (VCpp), VRef = 0,848V Para VRpp = 2,381V, temos: VRef = 0,3535 * (VCpp), VRef = 0,841V Quadro 1 – Valores Medidos de VRpp e calculados VRef. f(KHz) VRpp (V) VRef (V) 2 0,800 0,282V 4 1,249 0,441V 6 1,541 0,544V 8 1,821 0,643V 10 2,021 0,714V 12 2,161 0,763V 14 2,261 0,799V 16 2,341 0,827V 18 2,421 0,855V 20 2,421 0,855V 22 2,461 0,869V 24 2,441 0,862V 19 26 2,441 0,862V 28 2,401 0,848V 30 2,381 0,841V 2) Calcule o valor eficaz das correntes, utilizando Ief= 𝑽𝒓𝒆𝒇 𝑹 , preenchendo o quadro abaixo. Cálculos: Dado: R=1KΩ. Para VRef= 0,282V, temos: Ief= 𝑉𝑟𝑒𝑓 𝑅 , Ief= 𝑉𝑟𝑒𝑓 1𝑘𝛺 , Ief= 0,282mA Para VRef= 0,441V, temos: Ief= 𝑉𝑟𝑒𝑓 𝑅 , Ief= 0,441 1𝑘𝛺 , Ief= 0,441mA Para VRef= 0,544V, temos: Ief= 𝑉𝑟𝑒𝑓 𝑅 , Ief= 0,544 1𝑘𝛺 , Ief= 0,544mA Para VRef=0,643 V, temos: Ief= 𝑉𝑟𝑒𝑓 𝑅 , Ief= 0,643 1𝑘𝛺 , Ief= 0,643mA Para VRef=0,714 V, temos: Ief= 𝑉𝑟𝑒𝑓 𝑅 , Ief= 0,714 1𝑘𝛺 , Ief= 0,714mA Para VRef=0,763 V, temos: Ief= 𝑉𝑟𝑒𝑓 𝑅 , Ief= 0,763 1𝑘𝛺 , Ief= 0,763mA Para VRef=0,799V, temos: Ief= 𝑉𝑟𝑒𝑓 𝑅 , Ief= 0,799 1𝑘𝛺 , Ief= 0,799mA Para VRef= 0,827V, temos: Ief= 𝑉𝑟𝑒𝑓 𝑅 , Ief= 𝑉𝑟𝑒𝑓 1𝑘𝛺 , Ief= 0,827mA Para VRef= 0,855V, temos: Ief= 𝑉𝑟𝑒𝑓 𝑅 , Ief= 0,855 1𝑘𝛺 , Ief= 0,855mA Para VRef=0,855 V, temos: Ief= 𝑉𝑟𝑒𝑓 𝑅 , Ief= 0,855 1𝑘𝛺 , Ief= 0,855mA Para VRef=0,869 V, temos: Ief= 𝑉𝑟𝑒𝑓 𝑅 , Ief= 0,869 1𝑘𝛺 , Ief= 0,869mA Para VRef= 0,862V, temos: Ief= 𝑉𝑟𝑒𝑓 𝑅 , Ief= 0,862V 1𝑘𝛺 , Ief= 0,862mA Para VRef= 0,848V, temos: Ief= 𝑉𝑟𝑒𝑓 𝑅 , Ief= 0,848V 1𝑘𝛺 , Ief= 0,848mA Para VRef= 0,841V, temos: Ief= 𝑉𝑟𝑒𝑓 𝑅 , Ief= 0,841V 1𝑘𝛺 , Ief= 0,841mA Quadro 2 – Valores calculados de corrente eficaz. f(KHz) VRpp (V) VRef (V) Ief (A) 2 0,800 0,282V 0,282mA 4 1,249 0,441V 0,441mA 6 1,541 0,544V 0,544mA 8 1,821 0,643V 0,643mA 20 10 2,021 0,714V 0,714mA 12 2,161 0,763V 0,763mA 14 2,261 0,799V 0,799mA 16 2,341 0,827V 0,827mA 18 2,421 0,855V 0,855mA 20 2,421 0,855V 0,855mA 22 2,461 0,869V 0,869mA 24 2,441 0,862V 0,862mA 26 2,441 0,862V 0,862mA28 2,401 0,848V 0,848mA 30 2,381 0,841V 0,841mA 3) Calcule a impedância para cada caso, utilizando Z= 𝑽𝒆𝒇 𝑰𝒆𝒇 , preenchendo o quadro abaixo. Dado: Vef =0,3535*(Vpp) = 0,3535*(5V) = 1,768 V Cálculos: Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768𝑉 0,282mA , Z= 6,24kΩ Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768𝑉 0,441mA , Z= 3,99kΩ Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768𝑉 0,544mA , Z= 3,23kΩ Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768𝑉 0,643mA , Z= 2,737kΩ Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768𝑉 0,714mA , Z= 2,464kΩ Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768𝑉 0,763mA , Z= 2,306kΩ Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768𝑉 0,799mA , Z= 2,202kΩ Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768𝑉 0,827mA , Z= 2,128kΩ Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768𝑉 0,855mA , Z= 2,058kΩ Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768𝑉 0,855mA , Z= 2,058kΩ Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768𝑉 0,869mA , Z= 2,025kΩ Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768𝑉 0,862mA , Z= 2,041kΩ Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768𝑉 0,862mA , Z= 2,041kΩ 21 Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768𝑉 0,848mA , Z= 2,070kΩ Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768𝑉 0,841mA , Z= 2,090kΩ Quadro 3 – Valores calculados de impedância. f(KHz) VRpp (V) VRef (V) Ief (A) Z(Ω) 2 0,800 0,282V 0,282mA 6,24KΩ 4 1,249 0,441V 0,441mA 3,99KΩ 6 1,541 0,544V 0,544mA 3,23KΩ 8 1,821 0,643V 0,643mA 2,737KΩ 10 2,021 0,714V 0,714mA 2,464KΩ 12 2,161 0,763V 0,763mA 2,306KΩ 14 2,261 0,799V 0,799mA 2,202KΩ 16 2,341 0,827V 0,827mA 2,128KΩ 18 2,421 0,855V 0,855mA 2,058KΩ 20 2,421 0,855V 0,855mA 2,058KΩ 22 2,461 0,869V 0,869mA 2,025KΩ 24 2,441 0,862V 0,862mA 2,041KΩ 26 2,441 0,862V 0,862mA 2,04 KΩ 28 2,401 0,848V 0,848mA 2,07KΩ 30 2,381 0,841V 0,841mA 2,09KΩ 4) Calcule a defasagem entre tensão e corrente no circuito da figura abaixo, preenchendo o quadro a seguir. 0,015 μF 3,3 mH 22 Cálculos: Δϴ = arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ = arc sen 8 8 , Δϴ = 90º Δϴ = arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ = arc sen 10 14 , Δϴ = 45.5º Δϴ = arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ = arc sen 11 17 , Δϴ = 40,32º Δϴ = arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ = arc sen 10 20 , Δϴ = 30º Δϴ = arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ = arc sen 11 15 , Δϴ = 47,16º Δϴ = arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ = arc sen 18 26 , Δϴ = 43,81º Δϴ = arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ = arc sen 15 27 , Δϴ = 33,74º Δϴ = arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ = arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ = 30º Δϴ = arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ = arc sen 9 27 , Δϴ =19,47º Δϴ = arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ = arc sen 6 26 , Δϴ = 13,34º Δϴ = arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ = arc sen 4 27 , Δϴ = 8,51º Δϴ = arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ = arc sen 2 26 , Δϴ = 4,41º Δϴ = arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ = arc sen 2 26 , Δϴ = 4,41º Δϴ = arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ = arc sen 2 26 , Δϴ = 4,41º Δϴ = arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ = arc sen 4 12 , Δϴ = 19,47º Quadro 4 – Valores calculados de defasagem. f(KHz) 2a 2b Δϴ 2 8 8 90º 4 10 14 45,5º 6 11 17 40,32º 8 10 20 30º 10 11 15 47,16º 12 18 26 43,81º 14 15 27 33,74º 16 7 14 30º 18 9 27 19,47º 20 6 26 13,34º 23 22 4 27 8,51º 24 2 26 4,41º 26 2 26 4,41º 28 2 26 4,41º 30 4 12 19,47º 5) Construa os gráficos Z=f(f), Ief= f(f) e Δϴ = f(f). y = -0,0915x + 4,1098 R² = 0,5173 0 1 2 3 4 5 6 7 0 5 10 15 20 25 30 35 Im p e d ân ic a (Z ) Frequência (f) Z(KΩ) Z(KΩ) Linear (Z(KΩ)) y = 0,017x + 0,4617 R² = 0,7151 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 5 10 15 20 25 30 35 Ie f( m A ) f(KHz) Ief Ief Linear (Ief) 24 6) Determine a frequência de ressonância e as frequências de corte inferior e superior do gráfico Ief= f(f). Frequência de ressonância: fo = 1 2𝜋√𝐿𝐶 = 1 2𝜋√0,015𝑢𝐹.3,3𝑚𝐻 = 22,62kHz Io = 0,869mA I = 𝐼𝑜 √2 = 0,869𝑚𝐴 √2 = 0,614mA A partir do gráfico e das Io e I: fcs = 24,375Hz fci = 6,25Hz 7) A partir dos dados obtidos na questão anterior, determine a Largura de Banda. LB = fcs - fci LB = 24,375Hz – 6,25Hz LB = 18,125Hz y = -2,7754x + 69,863 R² = 0,6414 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 5 10 15 20 25 Δ θ f(kHz) Ângulo de Defasagem (Δθ) Δθ Linear (Δθ) 25 8) Calcule VRef, VLef e VCef na frequência de ressonância para o circuito da figura abaixo. Cálculos: Cálculo da frequência de ressonância: fo = 1 2𝜋∗√𝐿𝐶 = 1 2𝜋∗√0,02∗1∗10^−7 = 1 2,81∗10^−4 = 3558,7 Hz Cálculo das reatâncias em fo: Xc = 1 2𝜋∗𝑓𝑜𝐶 = 1 2𝜋∗3558,7∗1∗10^−7 = 1 2,236∗10^−3 = 447,2 Ω XL= 2π*fo*L = 2π*3558,7*0,02 = 447,2 Ω Cálculo de Impedância: Z= √𝑅2 + (𝑋𝑐 − 𝑋𝐿)2 Z= √2202 + (447,2 − 447,2)2 Z= √48400 Z= 220 Ω Cálculo da corrente eficaz: Ief= 𝑉𝑒𝑓 𝑍 = 5 220 = 22,7 mA Cálculo das tensões: VCef = XcIef = 447,2*0,0227 = 10,15 V VLef = XLIef = 447,2*0,0227 = 10,15 V VRef = RIef = 220*0,0227 = 5 V 26 1.5.2. Circuito RLC – Em paralelo. 1) Calcule o valor eficaz das tensões do resistor de 100Ω, preenchendo o quadro abaixo. Cálculos: Para V1pp =4,521 V, temos: V1ef = 0,3535 * (4,521 V), V1ef =1,598V Para V1pp = 4,601V, temos: V1ef = 0,3535 * (4,601V), V1ef =1,626V Para V1pp = 4,641 V, temos: V1ef = 0,3535 * (4,641 V), V1ef = 1,640V Para V1pp = 4,721V, temos: V1ef = 0,3535 * (4,721V), V1ef = 1,668V Para V1pp = 4,801V, temos: V1ef = 0,3535 * (4,801V), V1ef =1,697V Para V1pp = 4,801V, temos: V1ef = 0,3535 * (4,801V), V1ef = 1,697V Para V1pp =4,841 V, temos: V1ef = 0,3535 * (4,841 V), V1ef = 1,711V Para V1pp = 4,841V, temos: V1ef = 0,3535 * (4,841 V), V1ef = 1,711V Para V1pp = 4,841V, temos: V1ef = 0,3535 * (4,841 V), V1ef = 1,771V Para V1pp = 4,881V, temos: V1ef = 0,3535 * (4,881V), V1ef = 1,725V Para V1pp = 4,881V, temos: V1ef = 0,3535 * (4,881V), V1ef = 1,725V Quadro 1 – Valores calculados de V1ef f(KHz) V1pp (V) V1ef 10 4,521 1,598 11 4,601 1,626 12 4,641 1,640 13 4,721 1,668 14 4,801 1,697 15 4,801 1697 16 4,841 1,711 17 4,841 1,711 18 4,841 1,711 19 4,881 1,725 20 4,881 1,725 2. Calcule o valor eficaz das correntes no circuito, utilizando Ief= 𝑽𝟏𝒆𝒇 𝟏𝟎𝟎 , preenchendo o quadro abaixo. Cálculos: Para V1ef= 1,598V, temos: Ief= 𝑉1𝑒𝑓 100 = 1,598 100 = 0,01598A = 15,98mA 27 Para V1ef= 1,626V, temos: Ief= 𝑉1𝑒𝑓 100 = 1,626 100 = 0,01626A = 16,26mA Para V1ef= 1,640V, temos: Ief= 𝑉1𝑒𝑓 100 = 1,640 100 = 0,0164A = 16,40mA Para V1ef= 1,668V, temos: Ief= 𝑉1𝑒𝑓 100 = 1,668 100 = 0,01668A = 16,68mA Para V1ef= 1,697V, temos: Ief= 𝑉1𝑒𝑓 100 = 1,697 100 = 0,01697A= 16,97mA Para V1ef= 1,697V, temos: Ief= 𝑉1𝑒𝑓 100 = 1,697 100 = 0,01697A = 16,97mA Para V1ef= 1,711V, temos: Ief= 𝑉1𝑒𝑓 100 = 1,711 100 = 0,01711A = 17,11mA Para V1ef= 1,711V, temos: Ief= 𝑉1𝑒𝑓 100 = 1,711 100 = 0,01711A = 17,11mA Para V1ef= 1,711V, temos: Ief= 𝑉1𝑒𝑓 100 = 1,711 100 = 0,01711A = 17,11mA Para V1ef= 1,725V, temos: Ief= 𝑉1𝑒𝑓 100 = 1,725 100 = 0,01726A= 17,26mA Para V1ef= 1,725V, temos: Ief= 𝑉1𝑒𝑓 100 = 1,725 100 = 0,01726A= 17,26mA Quadro 2 – Valores calculados de corrente eficaz.f(KHz) V1pp (V) V1ef (V) Ief(A) 10 4,521 1,598 0,01598 11 4,601 1,626 0,01626 12 4,641 1,640 0,0164 13 4,721 1,668 0,01668 14 4,801 1,697 0,01697 15 4,801 1697 0,01697 16 4,841 1,711 0,01711 17 4,841 1,711 0,01711 18 4,841 1,711 0,01711 19 4,881 1,725 0,01726 20 4,881 1,725 0,01726 3) Calcule a impedância para cada caso, utilizando Z= 𝑽𝒆𝒇 𝑰𝒆𝒇 , preenchendo o quadro abaixo. Dado: Vef = 0,3535*(Vpp) = 0,3535*(5,00 V) = 1,768 V Cálculos: Para Ief=0,01598A, temos: Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768 0,01598 , Z= 110,638Ω 28 Para Ief=0,01626A, temos: Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768 0,01626 , Z= 108,733Ω Para Ief= 0,0164A, temos: Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768 0,0164 , Z= 107,805Ω Para Ief= 0,01668A, temos: Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768 0,01668 , Z= 105,995Ω Para Ief=0,01697A, temos: Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768 0,01697 , Z= 104,184Ω Para Ief= 0,01697A, temos: Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768 0,01697 , Z= 104,184Ω Para Ief= 0,01711A, temos: Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768 0,01711 , Z= 103,331Ω Para Ief= 0,01711A, temos: Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768 0,01711 , Z= 103,331Ω Para Ief= 0,01711A, temos: Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768 0,01711 , Z= 103,331Ω Para Ief= 0,01726A, temos: Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768 0,01726 , Z= 102,433Ω Para Ief= 0,01726A, temos: Z= 𝑉𝑒𝑓 𝐼𝑒𝑓 , Z= 1,768 0,01726 , Z= 102,433Ω Quadro 3 – Valores calculados de impedância. f(KHz) V1pp (V) V1ef (V) Ief (A) Z(Ω) 10 4,521 1,598 0,01598 110,638 11 4,601 1,626 0,01626 108,7733 12 4,641 1,640 0,0164 107,805 13 4,721 1,668 0,01668 105,995 14 4,801 1,697 0,01697 104,184 15 4,801 1697 0,01697 104,184 16 4,841 1,711 0,01711 103,331 17 4,841 1,711 0,01711 103,331 18 4,841 1,711 0,01711 103,331 19 4,881 1,725 0,01726 102,433 20 4,881 1,725 0,01726 102,433 29 5) Determine a frequência de ressonância no gráfico Z=f(f). Para cálculo da frequência de ressonância temos: fo= 𝟏 𝟐𝝅√𝑳𝑪 fo= 𝟏 𝟐𝝅√𝟏𝟎.𝟏𝟎−𝟑.𝟎,𝟎𝟏.𝟏𝟎−𝟔 = 15,923KHz 6) Calcule a impedância de ressonância do circuito da figura abaixo, quando a chave S estiver aberta e quando estiver fechada. Discuta os resultados. y = -0,7817x + 116,86 R² = 0,8667 100 102 104 106 108 110 112 0 5 10 15 20 25 im p e d âc ia (Ω ) frequência(KHz) Z=f(f) 0,01598 0,01626 0,0164 0,01668 0,01697 0,01697 0,01711 0,01711 0,01711 0,01726 0,01726 y = 0,0001x + 0,0161 0,015 0,0155 0,016 0,0165 0,017 0,0175 0,018 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 C o rr en te E fi ca z (I ef ) Frequência (f) (KHz) Corrente Eficaz x Frequência 30 Quando a chave esta aberta o circuito esta em série e quando a chave esta fechada o circuito esta em paralelo. Quando a chave estiver aberta- série fo= 𝟏 𝟐𝝅√𝟐𝟎.𝟏𝟎−𝟑.𝟎,𝟏.𝟏𝟎−𝟔 = 3,56KHz Xc= 𝟏 𝟐𝝅.𝟑,𝟓𝟔.𝟏𝟎𝟑.𝟎𝟏.𝟏𝟎−𝟔 = 447, 4 Ω Xl = 2π.3,56.103. 20.10-3= 447,4Ω Z= √(𝟎)𝟐 + (𝟒𝟒𝟕, 𝟒 − 𝟒𝟒𝟕, 𝟒)𝟐 = 0Ω Quando a chave estiver fechada – paralelo fo= 𝟏 𝟐𝝅√𝟐𝟎.𝟏𝟎−𝟑.𝟎,𝟏.𝟏𝟎−𝟔 = 3,56KHz Xc= 𝟏 𝟐𝝅.𝟑,𝟓𝟔.𝟏𝟎𝟑.𝟎𝟏.𝟏𝟎−𝟔 = 447, 4 Ω Xl = 2π.3,56.103. 20.10-3= 447,4Ω Z= 𝟏 √ 𝟏 𝑹𝟐 +( 𝟏 𝑿𝒄 − 𝟏 𝑿𝒍 ) 𝟐 = 𝟏 √𝟏.𝟏𝟎−𝟔+(𝟐,𝟐𝟑𝟓.𝟏𝟎𝟑−𝟐,𝟐𝟑𝟓.𝟏𝟎𝟑)𝟐 = 1000Ω Nota-se através dos cálculos realizados que para a chave aberta o circuito torna-se em serie, então o resistor está em curto circuito e a reatância capacitiva juntamente com a reatância indutivas são as mesmas o que acaba resultando em uma impedância nula. Já quando a chave estiver fechada o circuito está em paralelo e a impedância se dará pela formula Z= 𝟏 √ 𝟏 𝑹𝟐 +( 𝟏 𝑿𝒄 − 𝟏 𝑿𝒍 ) 𝟐 para impedância em paralelo. 31 1.5.3. Filtro Passa-Baixa e Passa-Alta. 1) Calcule o valor eficaz das tensões de saída e o ângulo de defasagem, preenchendo os quadros abaixo. Cálculos da Vsef – Filtro Passa-Baixa. Para Vspp = 2,081 V, temos: Vsef = 0,3535*(Vspp) = 0,3535*( 2,081V) = 0,736 V Para Vspp = 2,081 V, temos: Vsef = 0,3535*(Vspp) = 0,3535*(2,081V) = 0,736 V Para Vspp = 2,041 V, temos: Vsef = 0,3535*(Vspp) = 0,3535*(2,041 V) = 0,721 V Para Vspp = 1,961 V, temos: Vsef = 0,3535*(Vspp) = 0,3535*(1,961 V) = 0,693 V Para Vspp = 1,921 V, temos: Vsef = 0,3535*(Vspp) = 0,3535*(1,921 V) = 0,679 V Para Vspp = 1,881 V, temos: Vsef = 0,3535*(Vspp) = 0,3535*(1,881 V) = 0,665 V Para Vspp = 1,761 V, temos: Vsef = 0,3535*(Vspp) = 0,3535*(1,761 V) = 0,623V Para Vspp = 1,721 V, temos: Vsef = 0,3535*(Vspp) = 0,3535*(1,721 V) = 0,608 V Quadro 1 – Valor eficaz das tensões de saída – Filtro Passa-Baixa. f(Hz) Vspp (V) Vsef (V) 200 2,081 0,736 600 2,081 0,736 1000 2,041 0,721 1400 1,961 0,693 1800 1,921 0,679 2200 1,881 0,665 2600 1,761 0,623 3000 1,721 0,608 Cálculos da defasagem Δϴ- Filtro Passa-Baixa: Para 2a= 1 e 2b=11 , temos: Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ= arc sen 1 11 , Δϴ= 5,216º Para 2a=1 e 2b=11 , temos: Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ= arc sen 1 11 , Δϴ= 5,216º Para 2a=2 e 2b=11 , temos: Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ= arc sen 2 11 , Δϴ= 10,476º Para 2a=3 e 2b=11 , temos: Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ= arc sen 3 11 , Δϴ= 15,827º Para 2a=4 e 2b=11 , temos: Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ= arc sen 4 11 , Δϴ= 21,324º Para 2a=5 e 2b=10 , temos: Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ= arc sen 5 10 , Δϴ= 30,000º 32 Para 2a=6 e 2b=10 , temos: Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ= arc sen 6 10 , Δϴ= 36,870º Para 2a=5 e 2b=10 , temos: Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ= arc sen 5 10 , Δϴ= 30,000º Quadro 2 – Valores calculados de defasagem – Filtro Passa-Baixa. f(Hz) 2a 2b Δϴ 200 1 11 5,216º 600 1 11 5,216º 1000 2 11 10,476º 1400 3 11 15,827º 1800 4 11 21,324º 2200 5 10 30,000º 2600 6 10 36,870º 3000 5 10 30,000º Cálculos da Vsef - Filtro Passa-Alta: Para Vspp = 0,1 V, temos: Vsef = 0,3535*(Vspp) = 0,3535*( 0,1V) = 35,35 mV Para Vspp = 0,264 V, temos: Vsef = 0,3535*(Vspp) = 0,3535*(0,264 V) = 93,324 mV Para Vspp = 0,432 V, temos: Vsef = 0,3535*(Vspp) = 0,3535*(0,432 V) = 152,712 mV Para Vspp = 0,584 V, temos: Vsef = 0,3535*(Vspp) = 0,3535*(0,584 V) = 206,444 mV Para Vspp = 0,728 V, temos: Vsef = 0,3535*(Vspp) = 0,3535*(0,728 V) = 257,348 mV Para Vspp = 0,860 V, temos: Vsef = 0,3535*(Vspp) = 0,3535*(0,860 V) = 304,01 mV Para Vspp = 0,960 V, temos: Vsef = 0,3535*(Vspp) = 0,3535*(0,960 V) = 339,36 mV Para Vspp = 1,081 V, temos: Vsef = 0,3535*(Vspp) = 0,3535*(1,081 V) = 382,134 mV Quadro 3 – Valores calculados de Vsef – Filtro Passa-Alta f(Hz) Vspp (V) Vsef (mV) 200 0,1 35,35 600 0,264 93,324 1000 0,432 152,712 1400 0,584 206,444 1800 0,728 257,348 2200 0,860 304,01 2600 0,960 339,36 3000 1,081 382,134 33 Cálculos da defasagem Δϴ - Filtro Passa-Alta. Para 2a= 9 e 2b=11 , temos: Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ= arc sen 9 11 , Δϴ= 54,903º Para 2a= 9 e 2b=11 , temos: Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ= arc sen 9 11 , Δϴ= 54,903º Para 2a= 9 e 2b=11 , temos: Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ= arc sen 9 11 , Δϴ= 54,903º Para 2a= 9 e 2b=11 , temos: Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ= arc sen 9 11 , Δϴ= 54,903º Para 2a= 9 e 2b=11 , temos: Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ= arcsen 9 11 , Δϴ= 54,903º Para 2a= 9 e 2b=11 , temos: Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ= arc sen 9 11 , Δϴ= 54,903º Para 2a= 9 e 2b=11 , temos: Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ= arc sen 9 11 , Δϴ= 54,903º Para 2a= 9 e 2b=11 , temos: Δϴ= arc sen 2𝑎 2𝑏 , Δϴ= arc sen 9 11 , Δϴ= 54,903º Quadro 4 – Valores calculados de defasagem – Filtro Passa-Alta f(Hz) 2a 2b Δϴ 200 9 11 54,903º 600 9 11 54,903º 1000 9 11 54,903º 1400 9 11 54,903º 1800 9 11 54,903º 2200 9 11 54,903º 2600 9 11 54,903º 3000 9 11 54,903º 2. Construa os gráficos de Vsef = f(f) e Δϴ= f(f) com os valores obtidos nos quadros anteriores. Gráfico 1 - Vsef = f(f) – Quadro 1 – Filtro Passa-Baixa f(Hz) 200 600 1000 1400 1800 2200 2600 3000 Vsef (V) 0,736 0,736 0,721 0,693 0,679 0,665 0,623 0,608 34 Gráfico 2 - Δϴ= f(f) – Quadro 2 – Filtro Passa-Baixa. f(Hz) 200 600 1000 1400 1800 2200 2600 3000 Δϴ 5.216º 5,216º 10,476º 15,827º 21,324º 30,000º 36,870º 30,00º 0,736 0,736 0,721 0,693 0,679 0,665 0,623 0,608 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 200 600 1000 1400 1800 2200 2600 3000 Te n sã o d e sa íd a ef ic az ( V se f) ( V ) Frequência (f) (Hz) Tensão de saída eficaz x Frequência 5,216 5,216 10,476 15,827 21,324 30 36,87 30 Δϴ = 4,7122f - 1,8389 0 5 10 15 20 25 30 35 40 200 600 1000 1400 1800 2200 2600 3000 V al o r d e D ef as ag em ( Δ ϴ ) Frequência (f) (Hz) Valor de Defasagem x Frequência Vsef = -0,0196f+0,7706 fc fc 35 Gráfico 3 - Vsef = f(f) – Quadro 3 – Filtro Passa-Alta f(Hz) 200 600 1000 1400 1800 2200 2600 3000 Vsef (mV) 35,35 93,324 152,712 206,444 257,348 304,01 339,36 382,134 Gráfico 4 - Δϴ= f(f) – Quadro 4 – Filtro Passa-Alta f(Hz) 200 600 1000 1400 1800 2200 2600 3000 Δϴ 54,903º 54,903º 54,903º 54,903º 54,903º 54,903º 54,903º 54,903º 35,35 93,324 152,712 206,444 257,348 304,41 339,36 382,134 Vsef = 49,567f - 1,6683 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 200 600 1000 1400 1800 2200 2600 3000 V se f (m V ) Frequência (Hz) Tensão de Saída Efetiva x Frequência 54,903 54,903 54,903 54,903 54,903 54,903 54,903 54,903 0 10 20 30 40 50 60 200 600 1000 1400 1800 2200 2600 3000 D ef as ag em ( Δ ϴ ) Frequência (f) (Hz) Defasagem x Frequência fc fc 36 3) Calcule a frequência de corte para os circuitos montados, indicando-a nos gráficos da questão 2. Cálculos: 1) Frequência de Corte: fo = 1 2πRC = 1 2π∗(2,2kΩ)∗(0,1μF) = 723,432 Hz. Filtro Passa-Baixa Filtro Passa-Alta. 0,736 0,736 0,721 0,693 0,679 0,665 0,623 0,608 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 200 600 1000 1400 1800 2200 2600 3000 Te n sã o d e sa íd a ef ic az ( V se f) ( V ) Frequência (f) (Hz) Tensão de saída eficaz x Frequência 35,35 93,324 152,712 206,444 257,348 304,41 339,36 382,134 Vsef = 49,567f - 1,6683 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 200 600 1000 1400 1800 2200 2600 3000 V se f (m V ) Frequência (Hz) Tensão de Saída Efetiva x Frequência fo fo fo 37 4) Nos circuitos da parte prática, com a varredura ligada, o osciloscópio mede a tensão de saída, e com ela desligada mede o ângulo de defasagem. Por quê? Resposta: Utilizamos a varredura desligada para medir a defasagem porque serve para melhorar o procedimento nas medidas, desligando-se o estágio de varredura. Nessa situação, não teremos mais a forma de onda na tela e sim sua variação em amplitude, ou seja, um traço vertical, suficiente para identificarmos com maior acurácia a figura de Lissajous e determinar os valores de 2a e de 2b. Figura 11 – Aplicando sinais nas duas entradas com o sincronismo interno desligado. 5. Calcule a tensão de saída do filtro passa-alta da figura abaixo, na frequência de corte numa frequência dez vezes menor e em outra dez vezes maior. Cálculos: 1) Cálculo da frequência de corte: Fc = 1 2𝛺∗𝑅∗𝐶 = 1 2𝛺∗(33𝐾𝛺)∗(0,047𝜇𝐹) = 102,614 Hz 2) Cálculo da Tensão de Saída na frequência de corte: Vs = 𝑉𝑒 √2 = 12 𝑉 √2 = 8,485 Vef 38 3) Cálculo de Vs para f= 𝒇𝒄 𝟏𝟎 =10,261 Hz: Xc = 1 2𝛺∗𝑓∗𝐶 = 1 2𝛺∗(10,261 𝐻𝑧)∗(0,047 𝜇𝐹) = 330,014 KΩ Z= √𝑅2 + 𝑋𝑐2 = √(33000𝛺)2 + (330,014 𝐾𝛺)2 = 331,660 KΩ Ief = 𝑉𝑒𝑓 𝑍 = 12 𝑉 331600Ω = 0,036 mA Vs = Xc*Ief = (330,014 KΩ)*( 0,036 mA) = 11,881 V 4) Cálculo de Vs para f=10*fc= 1026,14 Hz: Xc = 1 2𝛺∗𝑓∗𝐶 = 1 2𝛺∗(1026,1 𝐻𝑧)∗(0,047 𝜇𝐹) = 3300,141 Ω Z= √𝑅2 + 𝑋𝑐2 = √(33000𝛺)2 + (3300,141 𝛺)2 = 33164,604 Ω Ief = 𝑉𝑒𝑓 𝑍 = 12 𝑉 33164,604Ω = 0,362 mA Vs = Xc*Ief = (3300,141 Ω)*( 0,362 mA) = 1,194 V 39 1.6.Referências Bibliográficas. 1) BOYLESTESTAD, ROBERT L. 1998. Introdução a análise de circuitos.8ª. Rio de Janeiro . Editora Prentice-Hall do Brasil. 2) CAPUANO, Francisco Gabriel; MARINO, Maria Aparecida Mendes. Laboratório de Eletricidade e Eletrônica. 24a ed. São Paulo. Érica, 2008. ISBN 978-85-7194-016-1. 3) IRWIN, J. David. Análise de circuitos em engenharia. 4ª ed. [S.I.]: Makron, 2000. 4) EDMINISTER, J.A. Circuitos elétricos. 2ª ed. [S.I.]: Ed. Makron, 1991. 5) ORSINI, Luiz de Queiroz; CONSONNI, Denise. Curso de circuitos elétricos: volume 1. 2. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2002. 286 p. ISBN 85-212-0308-X. 6) HAYT, William Hart; KEMMERLY, Jack E.; DURBIN, Steven M. Análise de circuitos em engenharia. 8. ed. Porto Alegre, RS: AMGH Ed., 2014. xix, 843 p. ISBN 9788580553833. 7) ALEXANDER, Charles K; SADIKU, Matthew N. O. Fundamentos de circuitos elétricos. Porto Alegre, RS: Bookman, 2003. (reimpressão 2006) 857 p.1 CD-ROM em bolso ISBN 85- 363-0249-6 8) DORF, Richard C.; SVOBODA, James A. Introdução aos circuitos elétricos. Rio de Janeiro, RJ: LTC-Livros Técnicos e Científicos, c2008. xxii, 795 p. ISBN 978-85-216-1582-8. 9)JOHNSON, David E.; HILBURN, John L.; JOHNSON, Johnny R. Fundamentos de análise de circuitos elétricos. 4. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC-Livros Técnicos e Científicos, c2000. 539 p. ISBN 8521612389.
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