Relatório Lab. F

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Laboratório F – Osciloscópio e gerador de funções
Por
Filipe Chaves
INTRODUÇÃO
	Na aula realizada no dia 11 de setembro, em laboratório, os principais objetivos das atividades foram introduzir dois novos equipamentos (osciloscópio e o gerador de funções) e, com o uso destes, aparelhos analisar um circuito RC.
DESENVOLVIMENTO
Teoria
Gerador de funções: é um aparelho eletrônico utilizado para gerar sinais elétricos de formas de onda, frequências e amplitude (tensão) diversas. São muito utilizados em laboratórios de eletrônica como fonte de sinal para teste de diversos aparelhos e equipamentos eletrônicos.
	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 vertical comumente mostra a tensão. O monitor é constituído por um "ponto" que periodicamente "varre" a tela da esquerda para a direita. A representação gráfica gerada por um osciloscópio permite a análise de diversas características de um sinal, como:
Amplitude (de tensão): valores máximo (pico positivo), mínimo (pico negativo), pico-a-pico e eficaz, diferenciais de amplitude, componentes contínua e alternada. 
Tempo: período, frequência, diferenciais de tempo num sinal e entre dois sinais, atrasos, desfasamento entre dois sinais, tempos de subida. 
Existência de interferências (ruído) continuadas, perturbações transitórias. 
	Comparação entre entrada e saída de sistemas, nomeadamente para analisar ganhos, desfasamentos, filtragens, retificações, permitindo projetar e depurar os mesmos sistemas. 
	O osciloscópio utilizado no laboratório tem dois canais de entrada de sinal elétrico. Cada canal recebe o sinal proveniente do circuito através de ponteiras (figura abaixo). Cada ponteira tem o ponto de entrada e o ponto comum, o qual servirá de parâmetro para o cálculo das tensões.
	Capacitor: é um componente que armazena 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 duas placas são condutoras e são separadas por um isolante (ou dielétrico). A carga é armazenada na superfície das placas, no limite com o dielétrico. A propriedade que estes dispositivos têm de armazenar energia elétrica sob a forma de um campo eletrostático é chamada de capacitância (C) e é medida pelo quociente da quantidade de carga (Q) armazenada pela diferença de potencial ou tensão (V) que existe entre as placas. A unidade de medida da capacitância é o farad (F).
	Circuito RC: Um circuito RC série (imagem abaixo), é formado por resistores, capacitores e fontes de tensão. 
Figura 2
	Ao colocarmos a chave do circuito acima na posição “a”, a fonte aplica uma diferença de potencial no circuito e o capacitor começa a carregar. Enquanto a diferença de potencial aplicada ao capacitor estiver variando, ou seja, enquanto o capacitor estiver carregando, aparecerá uma corrente elétrica no circuito. Isso acontece durante o período de tempo em que o capacitor se carrega. Depois de carregado, a tensão no capacitor se torna constante (igual à da fonte) e a corrente será nula. 
	Segundo as leis das malhas: Vo = Vr + Vc. Como, no instante inicial, o capacitor está descarregado, Vc = 0 V e Vo = Vr. Quando o capacitor está totalmente carregado, porém, a tensão no capacitor é igual à tensão da fonte (Vc = Vo) e, portanto, Vr = 0 V (corrente cessa).
	Quando passamos a chave para a posição “b”, há um refluxo das cargas armazenadas no capacitor, a corrente inverte o sentido e o capacitor se descarrega. Como não existe bateria ligada ao circuito, pela lei das malhas: Vr = -Vc. A tensão do capacitor varia de Vo até 0 V (capacitor descarregado).
	A tabela abaixo resume as equações que regem a carga e a descarga de um capacitor em um circuito RC.
	Através das equações, vemos que a tensão no capacitor varia de forma exponencial. Os gráficos abaixo ilustram o padrão de variação.
	
Prática
A partir Figura 2, temos que, se comutarmos a chave da posição “a” para a posição “b” regularmente e se o tempo em que a chave permanece em cada posição for o mesmo, teremos uma onda quadrada e a velocidade com que efetuamos essa comutação será a sua frequência.
Na prática, o tempo de carga e descarga de um capacitor é muito pequeno para que a abertura e fechamento da chave sejam feitos manualmente. Dessa forma, utilizamos um gerador de funções, na posição onda quadrada, para fazer o papel de chave eletrônica do circuito.
Para analisar os sinais do gerador de funções e de carga e descarga do capacitor, utilizamos um osciloscópio, que permite observar as variações de tensão nos elementos do circuito ao longo do tempo. O circuito montado é o ilustrado abaixo.
	
	Ligamos o circuito e o osciloscópio nos mostra o seguinte padrão de variação das tensões no circuito.
	Acima vemos a onda quadrada que faz o papel de chave eletrônica. Abaixo o gráfico de carga e descarga do capacitor. 
	É interessante ressaltar que, se formos aumentando a frequência da onda quadrada, chegará o instante em que o capacitor não conseguirá carregar-se totalmente durante o tempo de aplicação da tensão pelo gerador de funções. Dessa forma, o gráfico é o seguinte:
CONCLUSÃO
	No laboratório F foi possível conhecer dois novos instrumentos, o gerador de funções e o osciloscópio, assim como estudar as propriedades de capacitores e de um circuito RC. 
	O gerador de funções é um instrumento que gera tensões de formas de onda, frequências e amplitudes diversas. No nosso experimento, ele fez o papel de chave eletrônica para o circuito. O osciloscópio possibilita a visualização de sinais de tensão ao longo do tempo. Já o capacitor é um componente de um circuito que armazena energia em um campo elétrico, acumulando um desequilíbrio de carga elétrica em suas placas condutoras. A capacitância de um capacitor é dada pela equação C = q/V e é constante para uma determinada geometria. No circuito RC utilizado na prática do laboratório, 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.
Porto Alegre, setembro de 2014