Roteiro_Laboratorio_04

Prévia do material em texto

Faculdade de Tecnologia de São José dos Campos 
 
Lab EME - Exp 02 - 100730.doc Pag. 1 / 11 Nome:____________________________ 
 
Laboratório de EME – Experimento nº 02 
 
Circuitos RC-série e RL-série – Regime senoidal 
 
Objetivos: 
1. Estudar a defasagem entre a corrente e a tensão senoidais, i(t) e v(t), em função da 
freqüência, em circuitos RC-série e RL-série 
2. Medir a impedância série em várias freqüências de operação 
3. Estudar, opcionalmente, circuitos RC-paralelo e RL-paralelo. 
 
Material necessário: 
1. Gerador de Funções, Minipa, modelo MFG-4220 
2. Osciloscópio, Agilent, modelo DSO-3062-A 
3. Console DeLorenzo 
4. Placa DeLorenzo DL-3155-M07 
 
Pré-requisitos: 
1. Compromisso com as “Regras de Segurança em Laboratório” 
2. Execução do Experimento nº 01 – EME 
3. Conhecimento dos fundamentos de tensões e correntes alternadas senoidais em 
circuitos RC-série e RL-série 
 
Procedimento Experimental: 
 
1. Compromisso: Declaro que li e entendi as “Regras de Segurança em Laboratório” e 
comprometo-me a zelar pela minha segurança pessoal, a de meus colegas e a das 
instalações e equipamentos. Ass.: __________________________________________ 
 
Faculdade de Tecnologia de São José dos Campos 
 
Lab EME - Exp 02 - 100730.doc Pag. 2 / 11 Nome:____________________________ 
2. Medição de tensão e corrente em um circuito RC-série (usando um osciloscópio): 
2.1. Você já conhece o circuito da Seção 1 da Placa DeLorenzo DL-3155-M07, 
mostrado abaixo. 
 
 
2.2. Considere o circuito abaixo, correspondente à Seção 4 da Placa. Uma tensão 
senoidal v(t) = Vmax sen(ωt) será aplicada entre os terminais 2 e terra. Este sinal 
senoidal será obtido da saída do circuito da Seção 1 desta mesma placa, 
mostrado no item 2.1 acima. 
 
 
Similarmente ao que você viu no Experimento 01, se a resistência R3 for muito 
menor que a impedância do ramo série R1C1, a tensão nos terminais do resistor será 
muito menor que a tensão nos terminais do circuito série, de maneira que a tensão 
entre os terminais 2 e 4 será praticamente igual à tensão v(t) aplicada. 
 
Faculdade de Tecnologia de São José dos Campos 
 
Lab EME - Exp 02 - 100730.doc Pag. 3 / 11 Nome:____________________________ 
A condição acima é comumente utilizada na prática quando se deseja medir a 
corrente i(t) que circula pelo ramo R1C1. Como o ramo estudado e o resistor R3 estão 
em série, a corrente é a mesma por ambos. Mede-se a tensão vR3(t) nos terminais de 
R3, que dividida por R3 é a própria corrente i(t). (Lembre-se de que um amperímetro 
ideal tem resistência nula. Na prática, sua resistência deve ser bem menor que as 
demais impedâncias do ramo do circuito em estudo.) 
 
2.3. Usaremos o osciloscópio para medir a tensão e a corrente no ramo série R1C1, 
de acordo com os princípios acima. Observe o esquema do circuito abaixo, 
composto das Seções 1 e 4 da Placa. O sinal de saída da Seção 1 é aplicado à 
entrada (terminal 2) do circuito da Seção 4. O canal 1 (CH1) do osciloscópio 
mede a tensão aplicada v(t) – que é praticamente igual à tensão vRC(t) no ramo 
série R1C1 quando o contato da chave S1 está para a esquerda – e o canal 2 
(CH2) mede a tensão vR3(t) em R3. CUIDADO: os terminais de terra (jacaré) 
dos canais 1 e 2 devem ser conectados sempre no mesmo ponto. 
 
 
Faculdade de Tecnologia de São José dos Campos 
 
Lab EME - Exp 02 - 100730.doc Pag. 4 / 11 Nome:____________________________ 
2.3.1. Os valores dos componentes nesta Seção 4 da Placa são: 
2.3.1.1. R1 = R2 = 1 kΩ 
2.3.1.2. C1 = C2 = 1 µF = 10
-6
F 
2.3.1.3. R3 = 10 Ω 
2.4. Ligue o Console DeLorenzo na tomada 220V, instale a Placa e ligue o 
interruptor. Faça as conexões entre os circuitos das Seções 1 e 4 conforme o 
esquema acima, com a chave S1 para a esquerda. 
2.5. Ligue o gerador de funções (cabo de força 
na tomada 110V, interruptor liga-desliga). 
Gire o botão de controle de Amplitude 
para a posição de mínimo sinal (MIN). 
Selecione a forma de onda senoidal e a 
faixa de freqüência de 1 kHz. 
 
 
2.5.1. Ajuste a freqüência do gerador de 
funções em 500 Hz (utilize o ajuste 
fino). 
 
 
 
 
2.5.2. Com o cabo coaxial, conecte o sinal de saída do gerador de funções à 
entrada do circuito acima. 
2.6. Ligue o Osciloscópio (cabo de força na tomada 110V, interrupor POWER). 
2.6.1. Conecte uma ponta de prova no terminal de entrada do canal 1 (CH1). 
2.6.2. Conecte os terminais de medida da ponta de prova no terminal de saída 
do circuito da Seção 1 da Placa: garra-jacaré ao terra e ponta-gancho ao 
terminal OUT. 
 
Faculdade de Tecnologia de São José dos Campos 
 
Lab EME - Exp 02 - 100730.doc Pag. 5 / 11 Nome:____________________________ 
2.6.3. Ajuste a escala vertical do canal 1 em 1 V/div, e a escala horizontal em 
1 ms/div. 
2.7. Aumente a amplitude do sinal no gerador de funções até 6 Vp-p (amplitude pico-
a-pico). 
2.8. Conecte a ponta de prova do canal 2 nos terminais do resistor R3, conforme a 
figura acima (terminais 4 e terra). 
2.8.1. Aperte o botão Auto Scale para selecionar escalas adequadas para medição 
de vRC(t) e vR3(t) nos canais CH1 e CH2 respectivamente. Desloque 
verticalmente ambas as formas de onda de maneira a colocá-las no centro 
da tela, e aumente as sensibilidades de ambas as escalas, para que ambas as 
formas de onda ocupem pelo menos 3-4 divisões pico-a-pico. Esboce as 
formas de onda na figura abaixo, anotando os valores das escalas. Use uma 
linha cheia para vRC(t) e uma linha tracejada vR3(t). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Escala 
Vertical 
CH1 = 
 
Escala 
Vertical 
CH2 = 
 
Escala 
horizontal = 
 
 
 
Faculdade de Tecnologia de São José dos Campos 
 
Lab EME - Exp 02 - 100730.doc Pag. 6 / 11 Nome:____________________________ 
2.9. Observe a defasagem entre a tensão no circuito RC-série (CH1) e a corrente 
(CH2). Amplie a escala horizontal de maneira a ter aproximadamente 
2 períodos do sinal senoidal na tela. Meça o tempo entre o instante em que a 
tensão cruza o eixo horizontal e o ponto correspondente na forma de onda da 
corrente. 
A corrente está 
( ) atrasada 
( ) adiantada 
em relação à tensão. 
A defasagem corresponde a 
 ms. 
 graus. 
 
3. Estudo da impedância RC-série em função da freqüência: 
3.1. Anote as medidas de tensão de pico no ramo RC-série, tensão de pico do 
resistor R3, corrente de pico, e defasagem φ da corrente em relação à tensão na 
tabela abaixo, para os 4 valores de freqüência indicados. Calcule os valores do 
módulo da impedância RC-série em cada caso pelo quociente entre tensão e 
corrente. Compare com os valores esperados do módulo e da fase da 
impedância, ( )22 /1 CRZRC ω+= e 




−
=
R
X Carctanϕ . Indique as unidades 
de medida. 
f VRC,p-p VR3,p-p IRC,p-p φ 
ZRC = 
VRC/IRC 
ZRC 
esperado 
φ 
esperado 
(Hz) ( ) ( ) ( ) (graus) ( ) ( ) ( ) 
500 
 
1000 
 
4000 
 
10000 
 
 
 
Faculdade de Tecnologia de São José dos Campos 
 
Lab EME - Exp 02 - 100730.doc Pag. 7 / 11 Nome:____________________________ 
3.2. Comente os resultados obtidos: ______________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 _______________________________________________________________4. Circuito RC-paralelo: (Opcional. Você pode pular este item, se desejar.) 
4.1. Comute a chave S1 para a direita, de maneira a conectar em série com R3 o 
circuito R2C2-paralelo. 
4.2. Repita as medidas acima para o circuito RC-paralelo. Compare com os valores 
esperados do módulo e da fase da impedância (escreva suas expressões nos 
quadros abaixo). 
ZRC = φ = 
 
f VRC,p-p VR3,p-p IRC,p-p φ 
ZRC = 
VRC/IRC 
ZRC 
esperado 
φ 
esperado 
(Hz) ( ) ( ) ( ) (graus) ( ) ( ) ( ) 
500 
 
1000 
 
4000 
 
10000 
 
 
4.3. Comente os resultados obtidos: ______________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 
Faculdade de Tecnologia de São José dos Campos 
 
Lab EME - Exp 02 - 100730.doc Pag. 8 / 11 Nome:____________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 
5. Medição de tensão e corrente em um circuito RL-série: 
5.1. Utilizando, agora, o circuito da Seção 6 da Placa, conecte-o conforme a figura 
abaixo, utilizando o sinal do circuito da Seção 1, como de costume. Posicione a 
chave S1 para a esquerda. 
 
5.2. Aperte o botão Auto Scale para selecionar escalas adequadas para medição de 
vRL(t) e vR3(t) nos canais CH1 e CH2 respectivamente. 
5.3. Ajuste no gerador de sinais a amplitude da tensão de entrada (CH1) para 4 Vp-p. 
5.4. Desloque verticalmente ambas as formas de onda de maneira a colocá-las no 
centro da tela, e aumente as sensibilidades de ambas as escalas, para que ambas 
 
Faculdade de Tecnologia de São José dos Campos 
 
Lab EME - Exp 02 - 100730.doc Pag. 9 / 11 Nome:____________________________ 
as formas de onda ocupem pelo menos 3-4 divisões pico-a-pico. Esboce as 
formas de onda na figura abaixo, anotando os valores das escalas. Use uma 
linha cheia para vRL(t) e uma linha tracejada vR3(t). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Escala 
Vertical 
CH1 = 
 
Escala 
Vertical 
CH2 = 
 
Escala 
horizontal = 
 
 
5.5. Observe a defasagem entre a tensão no circuito RL-série (CH1) e a corrente 
(CH2). Amplie a escala horizontal de maneira a ter aproximadamente 
2 períodos do sinal senoidal na tela. Meça o tempo entre o instante em que a 
tensão cruza o eixo horizontal e o ponto correspondente na forma de onda da 
corrente. 
A corrente está 
( ) atrasada 
( ) adiantada 
em relação à tensão. 
A defasagem corresponde a 
 ms. 
 graus. 
 
 
Faculdade de Tecnologia de São José dos Campos 
 
Lab EME - Exp 02 - 100730.doc Pag. 10 / 11 Nome:____________________________ 
6. Estudo da impedância RL-série em função da freqüência: 
6.1. Anote as medidas de tensão de pico no ramo RL-série, tensão de pico do 
resistor R3, corrente de pico, e defasagem φ da corrente em relação à tensão na 
tabela abaixo, para os 4 valores de freqüência indicados. Calcule os valores do 
módulo da impedância RL-série em cada caso pelo quociente entre tensão e 
corrente. Compare com os valores esperados do módulo e da fase da 
impedância, ( )22 LRZRL ω+= e 





=
R
X Larctanϕ . Indique as unidades de 
medida. 
f VRL,p-p VR3,p-p IRL,p-p φ 
ZRL= 
VRL/IRL 
ZRL 
esperado 
φ 
esperado 
(Hz) ( ) ( ) ( ) (graus) ( ) ( ) ( ) 
2000 
 
6000 
 
10000 
 
20000 
 
 
6.2. Comente os resultados obtidos: ______________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 
7. Circuito RL-paralelo: (Opcional. Você pode pular este item, se desejar.) 
7.1. Comute a chave S1 para a direita, de maneira a conectar em série com R3 o 
circuito R2L2-paralelo. 
 
Faculdade de Tecnologia de São José dos Campos 
 
Lab EME - Exp 02 - 100730.doc Pag. 11 / 11 Nome:____________________________ 
7.2. Repita as medidas acima para o circuito RL-paralelo. Compare com os valores 
esperados do módulo e da fase da impedância (escreva suas expressões nos 
quadros abaixo). 
 
ZRL = φ = 
 
f VRL,p-p VR3,p-p IRL,p-p φ 
ZRL = 
VRL/IRL 
ZRL 
esperado 
φ 
esperado 
(Hz) ( ) ( ) ( ) (graus) ( ) ( ) ( ) 
2000 
 
6000 
 
10000 
 
20000 
 
 
7.3. Comente os resultados obtidos: ______________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 _______________________________________________________________ 
 
8. Desconecte todos os cabos e pontas de provas, guarde-os, e desligue os 
equipamentos.