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Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus Apucarana Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica Disciplina FX64B – Física Experimental 2 Prof. Rodrigo A. F. Pereira Instrumentos de Medição Experimento 2 Measuring Instruments Experiment 2 João Donizete Delfino Júnior, Leonardo Hayashida Simão, Lucas França Lopes, Winner Zavolski Queiroz Universidade Tecnológica Federal do Paraná Apucarana-PR, Brasil joao.junior.197@gmail.com thehayashid@gmail.com lucas.lopes.96@hotmail.com winner@alunos.utfpr.edu.br Resumo — Neste segundo experimento prático tivemos como análise de estudo o osciloscópio e o gerador de funções, que são instrumentos de medições, onde nos familiarizamos com o manuseio e ajuste dos mesmos. Os experimentos referentes a esses dois tipos de instrumentos foram realizados sob supervisão do professor, onde aprendemos os seguintes propósitos, ajustar e a identificar as funções no painel do osciloscópio e do gerador de funções, realizar a calibragem das pontas de provas do osciloscópio, verificar o comportamento dos sinais elétricos dos modos Y-T/X-Y, analisar os tipos de acoplamentos e a sincronização dos sistemas de varredura e por fim realizamos as operações matemáticas entre tensões elétricas. Com base nestes procedimentos chegamos a um conhecimento aprofundado sobre este assunto, que pode ser visto neste relatório. Palavras Chave: Osciloscópio, gerador de funções, instrumentos Abstract — In this second practical experiment we had as study analysis the oscilloscope and the function generator, which are instruments of measurement, where we become familiar with the handling and adjustment of the same. Experiments concerning these two types of instruments were carried out under the supervision of the teacher, where we learned the following purposes, to adjust and to identify the functions in the oscilloscope panel and of the function generator, to perform the calibration of the probes of the oscilloscope, to verify the behavior of the electrical signals of the YT / XY modes, analyze the types of couplings and the synchronization of the scanning systems and finally perform the mathematical operations between electrical voltages. Based on these procedures we come to an in-depth knowledge on this subject, which can be seen in this report. Keywords: Oscilloscope, function generator, instruments I. INTRODUÇÃO O osciloscópio é um instrumento de medição eletrônico que permite reproduzir graficamente sinais de diferença de potencial (tensão) que variam no tempo. Neste caso, o eixo Y representa a amplitude do sinal (tensão) e o eixo X representa o tempo, a intensidade (ou brilho) é representado pelo eixo Z. rodrigopereira Highlight rodrigopereira Typewriter Nota: 9,0 rodrigopereira Typewriter Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus Apucarana Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica Disciplina FX64B – Física Experimental 2 Prof. Rodrigo A. F. Pereira Figura 1 – Eixos X,Y e Z de um osciloscópio. Fonte <https://goo.gl/8RUXSY> O instrumento consiste em um tubo de raios catódicos que possibilita as medidas de corrente de tensão elétrica através das deflexões de um estreito feixe eletrônico. Na posição em que o feixe eletrônico incide sobre uma tela fluorescente, ele produz pontos luminosos em seu display. Podem ser feitas medidas precisas de tensão e de tempo através dos deslocamentos deste ponto, e também podem ser produzidos gráficos estabilizados de tensões periódicas [1]. As grandezas que o osciloscópio pode medir são: período e frequência, amplitude (tensão) e defasagem. Se um sinal se repete numa determinada quantidade de tempo, ele tem uma frequência. Esta grandeza, a frequência (f), é medida em Hertz (Hz) e ela representa o número de vezes que o sinal se repete por segundo. Do mesmo modo, um sinal periódico tem um período (T), que é o tempo que o sinal leva a completar um ciclo. Através do osciloscópio pode-se medir amplitudes de sinais, nomeadamente amplitudes de pico e pico-a-pico (Vpp). O desfasamento representa o atraso, no tempo ou em fase, entre dois sinais de mesma frequência. É importante ressaltar que este conceito se aplica, apenas, a ondas sinusoidais [1]. A partir de um sinal elétrico muitas grandezas físicas podem ser medidas, o osciloscópio é um instrumento obrigatório em qualquer tipo de laboratório e em diversas situações. O osciloscópio nos permite obter valores instantâneos de sinais elétricos rápidos, tensões e correntes elétricas, e ainda frequências e diferenças de fase de oscilações. Os objetivos do experimento são: Identificar as funções do painel do osciloscópio, realizar a calibração de uma ponta de prova do osciloscópio, analisar o comportamento dos sinais elétricos e realizar operações matemáticas entre tensões elétricas. Figura 2 – Osciloscópio Digital II. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Materiais necessários para a realização do experimento: • 01 ponta de prova para osciloscópio; • 02 cabos para gerador de funções BNC/BNC; • 01 chave para ajuste de trimmer de compensação; rodrigopereira Highlight rodrigopereira Highlight rodrigopereira Typewriter para osciloscópios analógicos rodrigopereira Typewriter Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus Apucarana Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica Disciplina FX64B – Física Experimental 2 Prof. Rodrigo A. F. Pereira • 01 gerador de funções de 2 canais; • 01 osciloscópio Tektronix 1000 series. 1. Primeiramente é necessário fazer a compensação da ponta de prova por meio de uma onda quadrada fornecida pelo osciloscópio, ela estará calibra quando a onda quadrada não apresentar nenhuma deformação. 2. Em seguida no canal 1, deve ser colocada uma onda quadrada com 2 Vpp e 1 kHz, e para o canal 2 usa-se um sinal senoidal de 400 Hz e 4 Vp. Depois de ter feito isso, seleciona-se a função autoset para fazer observações. 3. Utiliza-se o osciloscópio no formato X-Y usando o botão UtilityDisplay e toma-se nota do que ocorre. 4. Coloca-se a fonte de sincronismo no canal 1, para em seguida, sincronizar o sinal senoidal utilizando a função trigger. Feito isso, verifica-se se utilizando source no canal 2 é possível parar a onda senoidal na tela. Depois, utiliza-se a função RUN/STOP. 5. Seleciona-se a fonte de sincronismo em linha CA no ambiente Trigger, também se ajusta a senóide para 300Hz e analisa-se o que acontece. 6. No canal Ext Trig conecta-se a mesma senóide do canal 2, selecionando a fonte de sincronismo em EXT e atenta-se ao que ocorre. 7. No canal 1 coloca-se a mesma senóide do canal 2, ajustando as duas formas de onda no zero central. Selecionando a operação A – B em math. Verifica-se qual a amplitude do sinal no monitor. Desfazendo o comando math e selecionando a operação inverter averígua-se o que se sucede. 8. Para fazer a medida de uma onda triangular ajusta-se a frequência para 2 kHz, 2 Vp e com nível de 1 Vcc, mantendo acoplamento - DC. 9. Coloca-se nos canais 1 e 2 uma senóide de 300 Hz e 2 Vpp. Selecionado o formato X-Y no osciloscópio e alterando as frequências proporcionalmente, obtendo as figuras de Lissajous e observando o que ocorre no monitor. III. RESULTADOS E DISCUSSÃO Inicialmente, foi pedido para que fosse feita a compensação da pontade prova. Visto que a ponta de prova já estava devidamente calibrada foi dado início ao experimento em si. A Figura 3 apresenta a onda quadrada gerada pelo osciloscópio. Figura 3 – Onda quadrada gerada pelo osciloscópio. Nos procedimentos referentes ao item 2, foi possível observar duas formas de ondas, sendo uma quadrada (em amarelo) e a outra senoidal (em azul), presentes na Figura 4. Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus Apucarana Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica Disciplina FX64B – Física Experimental 2 Prof. Rodrigo A. F. Pereira Figura 4 – Onda quadrada e onda senoidal fornecida pelo gerador de funções. Quando o osciloscópio foi posto no formato X- Y, o mesmo deixou de mostrar as ondas em função do tempo. A Figura 5 apresenta as duas formas de onda neste novo formato. Figura 5 – Formas de onda do item anterior no formato X-Y. Utilizando os procedimentos do item 4, foi possível comprovar o funcionamento da função RUN/STOP, a qual possibilitou parar a movimentação da onda senoidal na tela. A Figura 6 apresenta os resultados pertinentes a este item. Figura 6 – Ambas as ondas geradas após o uso da função RUN/STOP. Quando a fonte de sincronismo em linha CA no ambiente Trigger foi selecionada e a senoide foi ajustada para 300 Hz, a onda do canal 1(quadrada) começou a se movimentar para a esquerda e a frequência da onda no canal 2 (senoide) ficou maior, podendo ser observada na Figura 7. Figura 7 – Onda quadrada gerada pelo osciloscópio. Quando a onda ligada ao canal 1 foi alterada para as mesmas características da onda do canal 2, as duas ficaram com o mesmo formato, ou seja, mesma amplitude, período e frequência. A Figura 8 apresenta as duas ondas neste mesmo formato. Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus Apucarana Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica Disciplina FX64B – Física Experimental 2 Prof. Rodrigo A. F. Pereira Figura 8 – Ambas as ondas com as mesmas características. Após a utilização do comando Math nas duas ondas com as mesmas características, uma nova onda senoidal foi gerada, a qual podemos observar na Figura 9 em vermelho. Ao desfazer o comando Math, a onda foi defasada em 180º. A Figura 10 demonstra essa defasagem. Figura 9 – Nova onda gerada pelo comando Math. Figura 10 – Onda defasada após desfazer o comando Math. Nos procedimentos referentes ao item 8, a forma de onda triangular presente na Figura 11 foi obtida. Figura 11 – Onda triangular fornecida pelo gerador de funções. Por fim, ao realizar o item 9, obtivemos como resultado a figura de Lissajous presente na Figura 12. Figura 12 – Figura de Lissajous obtida através do osciloscópio. IV. CONCLUSÃO Com a realização de todos os procedimentos referentes ao roteiro seguido, conseguimos nos familiarizar com o ajuste e o manuseio correto de dois instrumentos de medição importante em nossa área de estudo, que são o osciloscópio e o gerador de funções. Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus Apucarana Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica Disciplina FX64B – Física Experimental 2 Prof. Rodrigo A. F. Pereira O gerador de função tem o seu funcionamento muito semelhante à uma bateria, portanto sua diferença de potencial (ddp) pode variar com o tempo. O outro instrumento utilizado, o osciloscópio, funciona como um instrumento de medida de sinais elétricos/eletrônicos, tendo a possibilidade de medir as diferenças de potências (ddp’s) que variam com o tempo. E sabendo manusear corretamente estes dois tipos de instrumentos podemos obter medidas de tensões, períodos, frequências e outras funções. Uma grande dificuldade na vida do engenheiro eletricista é que os fenômenos o qual acontecem nos circuitos eletrônicos ou nos seus componentes são abstratos, isto é, acontece sem podermos enxergar. E de modo consequente todo tipo de resolução ou reparação é realizada abstratamente, a partir de raciocínios. E então que chegamos na importância do osciloscópio acoplado com um gerador de funções, pois a partir destes dois instrumentos as variações de tensão em um circuito eletrônico são transformadas em figuras, mais precisamente em formas de ondas que podem ser vistas através de suas telas, dando a possibilidade de analisar o comportamento do circuito que desejamos reparar. Concluindo, realizamos os procedimentos desejados executando todas as funções pedidas com total êxito, que é resumidamente aprender as funções e o manuseio desses dois tipos de instrumentos de medições, osciloscópio e do gerador de funções, obtendo todas as formas de ondas conforme o esperado. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Mário F. A. ABC DO OSCILOSCÓPIO. Disponível em: <https://www.ft.unicamp.br/~leobravo/TT%20305/O%20Oscilos copio.pdf>. Acesso em: 25 de março de 2018. rodrigopereira Highlight rodrigopereira Highlight rodrigopereira Highlight
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