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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA MAICON DIONE KLEIN Turma: A No. Cartão: 268544 Relatório de Eletricidade 2018/1 Aula Prática - F Professor: Fausto Bastos Libano Porto Alegre 2018/1 RESUMO Nesta prática de laboratório foi explicado o funcionamento e método de utilização de um osciloscópio e um gerador de funções. Com a ajuda destes equipamentos foi possível visualizar o comportamento das ondas geradas por um circuito RC (composto por um resistor e um capacitor), circuito RL (composto por um resistor e um indutor) e por um circuito RLC (composto por um indutor, dois resistores e um capacitor). Palavras-chave: Osciloscópio; Gerador de funções; Circuito RC; Circuito RL; Circuito RLC. SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO........................................................................................4 2 PRÁTICA DE LABORATÓRIO............................................................6 3 RESULTADOS OBTIDOS.....................................................................7 4 CONCLUSÃO........................................................................................11 5 ANEXO...................................................................................................12 4 1 INTRODUÇÃO Gerador de Funções é um aparelho eletrônico utilizado para gerar sinais elétricos de formas de onda, frequência (de alguns Hz a dezenas de MHz) e amplitudes (tensão) diversas. São muito utilizados em laboratórios de eletrônica como fonte de sinal para teste de diversos aparelhos e equipamentos eletrônicos. Deve gerar sinais senoidais, triangulares, quadrados, dente-de-serra, com sweep (frequência variável), todos com diversas frequências e amplitudes. Gera voltagens variáveis com o tempo, que podem ter valores positivos ou negativos em relação a uma referência denominada GND ou terra. A ferramenta offset do gerador de funções funciona como uma fonte de voltagem ajustável associada em série com o sinal variável no tempo que é produzido pelo gerador. Se movermos o botão no sentido horário estaremos movendo a nossa função a partir do centro na direção positiva. Deste modo é possível mudar os valores da voltagem máxima e da mínima. Osciloscópio é um instrumento de medida eletrônico que cria um gráfico bidimensional visível de uma ou mais diferenças de potencial. O eixo horizontal do monitor normalmente representa o tempo, tornando o instrumento útil para mostrar sinais periódicos. O eixo comumente mostra a tensão. O monitor é constituído por um “ponto” que periodicamente “varre” a tela da esquerda para a direita. A forma de funcionamento do osciloscópio é através de elétrons livres que são gerados por efeito termiônico e um feixe é acelerado em direção as placas deflectoras. Diferentes voltagens aplicadas nas placas deslocam o feixe que atinge a tela alvo, que é feita de material fosforescente. A tela do osciloscópio é dividida em quadrados de aproximadamente 1cm de lado. O osciloscópio permite a análise de diversas características de um sinal, como a Amplitude de Tensão (valores máximos e mínimos, pico-a-pico, componentes contínua e alternada), Tempo (período, frequência, diferenciais de tempo num sinal e entre dois sinais, atrasos, defasagem), Existência de Interferências (ruídos) continuadas, perturbações transitórias. Figura 1. Gerador de Funções e Osciloscópio utilizados na prática de laboratório. 5 Capacitor é um componente que pode armazenar energia num campo elétrico, acumulando um desequilíbrio interno de carga elétrica. Os formatos típicos consistem em dois eletrodos ou placas que armazenam cargas opostas. Estas placas são condutoras e são separadas por um isolante (ou dielétrico). A carga fica armazenada na superfície das placas. A propriedade deste dispositivo de armazenar energia elétrica sob a forma de um campo eletrostático é chamada de capacitância (C), que tem como unidade de medida o farad (F), sendo que é medida pelo quociente da quantidade de carga (Q) armazenada pela diferença de potencial ou tensão (V) que existe entre as placas. Indutor, também conhecido como solenoide ou bobina, é um componente elétrico capaz de armazenar energia em um campo magnético gerado pela corrente que o circula. Essa capacidade é chamada de indutância e é medida em Henrys (H), a indutância é um parâmetro dos circuitos circulares que relaciona a tensão induzida por um campo magnético variável à corrente responsável pelo campo. O indutor se opõe a variações instantâneas da corrente que flui através dele, a fim de manter o seu campo magnético constante. 6 2. PRÁTICA DE LABORATÓRIO Iniciamos a prática de laboratório utilizando o circuito da Figura 2 juntamente com o gerador e o osciloscópio. Figura 2.Circuito RC utilizado na prática. O gerador de funções foi ajustado para uma onda quadrada de 10𝑉𝑝𝑝, com nível baixo de 0V. Partindo do repouso, com capacitor descarregado, a corrente no capacitor é dada inicialmente pela expressão: 𝐼𝑐 = 10𝑉 𝑅⁄ . Ao final de um certo tempo o capacitor atingirá 10V, neste instante a corrente 𝐼𝑐 será nula. Com o capacitor previamente carregado, vimos no osciloscópio que havia um decréscimo na tensão do capacitor, até se tornar nula. Após foi utilizado um circuito RL no qual foi medida a tensão através do osciloscópio. Figura 3. Circuito RL utilizado na atividade. Por fim, um circuito RLC foi utilizado para medir tensões utilizando o osciloscópio e observamos o comportamento das ondas. Figura 4. Circuito RLC utilizado. 7 3. RESULTADOS OBTIDOS A partir dos 3 (três) diferentes circuitos utilizados, os seguintes comportamentos de ondas foram observados: Circuito 𝑅𝐶1: observando a tensão sobre o resistor, verificamos a variação de corrente no circuito. No circuito RC (resistência e capacitor) é possível visualizar no canal 1 (no sistema) onda de forma quadrática, para uma frequência de 100Hz. No canal 2 (capacitor) é possível perceber que o carregamento do capacitor não é instantâneo, assim como a descarga. Figura 5. Ondas formadas pelo circuito RC. Figura 6. Monitor do osciloscópio mostrando o comportamento de onda gerado. 8 Figura 7. Placa de circuito RC. Circuito 𝑅𝐶2: neste circuito obtivemos uma forma de onda quadrática no canal 1 (no sistema) e no canal 2 (resistor) foi possível visualizar a inversão de tensão. Figura 8. Ondas observadas no osciloscópio para o circuito RC2. Figura 9. Placa de circuito com as ligações utilizadas. 9 Circuito RL: neste circuito foi feita a ligação do indutor no canal 1 e do resistor no canal 2. Foram observadas ondas com inversão de corrente no canal, enquanto no canal 2 (resistor) é possível observar o aumento e diminuição de tensão. Figura 10. Ondas observadas no circuito RL. Figura 11. Placa de circuito utilizada. Circuito RLC: A forma de onda observada no canal 1 (no sistema) foi quadrática. Já a onda observada para o canal 2 (indutor) caracterizava inversão de corrente. 10 Figura 12. Ondas observadas para o circuito RLC. Figura 13. Circuito utilizado para sistemaRLC. Nesta etapa foi observado que, diferente da inversão de corrente que ocorreu nos outros circuitos, a onda formada possuía uma peculiaridade sinalizada na Figura 12. Este circuito demonstra que quando tivermos dois componentes armazenando energia (capacitor e indutor), podem ocorrer oscilações, devido a troca de energia entre eles, no caso com perdas devido ao circuito ser dissipativo. 11 4 CONCLUSÃO Na prática de laboratório F podemos conhecer novos equipamentos bem como estudar as propriedades de capacitores, indutores e resistores nos circuitos montados. No circuito RC montado foi possível verificar o padrão exponencial de carga e descarga de um capacitor sujeito a um sinal de tensão em forma de onda quadrada. Também observamos que, para pequenos períodos da onda quadrada, o capacitor começa o processo de descarga antes de conseguir carregar-se totalmente. No circuito RL foi possível observar o comportamento do indutor, que gerou uma forma de onda com inversão de corrente. Já no circuito RLC utilizado, ficou demonstrado que quando tivermos dois componentes armazenando energia (capacitor e indutor), podem ocorrer oscilações, devido a troca de energia entre eles, no caso com perdas devido ao circuito ser dissipativo.