apostila_eletronica_2009
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Universidade Federal de Lavras Departamento de Ciência da Computação GUIA DE AULAS PRÁTICAS DE ELETRÔNICA BÁSICA Wilian Soares Lacerda João Carlos Giacomin Lavras, março de 2009 Lacerda, Wilian Soares Guia de Aulas Práticas de Eletrônica Básica / Wilian Soares Lacerda, João Carlos Giacomin. -- Lavras : UFLA/Departamento de Ciência da Computação , 2009. 123 p. : il. 1. Eletrônica. 2. Transistor. 3. Amplificador operacional. I. Lacerda, W. S. II. Universidade Federal de Lavras. III. Título. CDD-621.381092 Ficha Catalográfica Preparada pela Divisão de Processos Técnicos da Biblioteca Central da UFLA Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Índice Índice..........................................................................................................................3 Regras do Laboratório..............................................................................................4 Equipamentos utilizados nas aulas práticas ..........................................................6 1a PRÁTICA..............................................................................................................10 2a PRÁTICA.............................................................................................................14 3a PRÁTICA.............................................................................................................18 4a PRÁTICA..............................................................................................................22 5a PRÁTICA.............................................................................................................27 6a PRÁTICA.............................................................................................................31 7a PRÁTICA..............................................................................................................35 8a PRÁTICA.............................................................................................................38 9a PRÁTICA.............................................................................................................41 10a PRÁTICA...........................................................................................................45 11a PRÁTICA...........................................................................................................48 12a PRÁTICA...........................................................................................................53 ANEXOS ...................................................................................................................60 Anexos: A - Código de cores para resistores B - Catálogo do diodo 1N4007 C - Catálogo do diodo 1N4148 D - Catálogo de diodos Zener E - Catálogo do transistor BC547 F - Catálogo do transistor 2N2222 G - Catálogo amplificador operacional 741 H - Manual multímetro UNI-T , UT83 I - Manual multímetro Minipa , ET2055 J - Manual osciloscópio Minipa , MO-1222 K - Manual gerador de funções Minipa , MFG4201 L - MultiSim – WEWB 4 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Regras do Laboratório Algumas normas deverão ser seguidas pelos usuários do Laboratório de Eletrônica do DCC-UFLA no desenvolvimento das aulas práticas, bem como na elaboração dos relatórios. O atraso máximo permitido aos alunos será de 20 minutos; após esta tolerância, o aluno poderá entrar na sala e fazer a prática, mas ficará com registro de falta na aula. A ausência do aluno no laboratório implica em nota zero na experiência correspondente. A experiência prática é realizada pelos alunos divididos em grupos. O número de alunos por grupo é de no máximo três e mínimo 2. O número máximo de grupos é 10 devido a quantidade de instrumentos e materiais disponíveis. A experiência deve ser conduzida com cautela, atenção e organização. Cada grupo deve trazer o roteiro da experiência e as preparações individuais. O grupo deve zelar pela conservação dos materiais e dos equipamentos do laboratório. O manuseio adequado e consciente dos equipamentos pelo grupo será verificado e avaliado pelo professor. Após o término da experiência, cada grupo deve reorganizar a bancada utilizada, e os materiais e equipamentos de empréstimo deverão ser devolvidos ao professor. Deve ser apresentado um relatório por aluno para cada experiência. A apresentação do relatório deve ser feita ao final da aula ou a critério do professor. O relatório deverá conter: • Cálculos e outras informações solicitadas no guia de aula prática, como especificação e características de componentes ou elaboração de projetos. • Resultados da Experiência obtidos conforme PROCEDIMENTOS SOLICITADOS NO ROTEIRO, acrescidos de COMENTÁRIOS E OBSERVAÇÕES. • CONCLUSÕES (Síntese da experiência, principais resultados e conclusões, dificuldades e recomendações para melhoria da experiência.) A Nota total das aulas práticas será a soma das notas obtidas nos relatórios, somada à nota do trabalho prático (os pesos são definidos no início do semestre pelo professor e pelos alunos): Nota = (Peso Relatórios)*(Média Relatórios) + (Peso Trabalho)*(Nota Trabalho) Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -5 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Comportamento na aula Ao iniciar a aula, os alunos deverão retirar os materiais e equipamentos necessários à execução da prática. Ao terminar a aula, o aluno deverá deixar sua bancada em perfeita ordem, observando: • Os bancos deverão ser colocados sob as mesas; • As mesas deverão estar limpas, sem resíduos de borrachas, restos de papel, copos descartáveis, etc.; • Os equipamentos deverão estar desligados e em ordem para o aluno que for utilizar a bancada em seguida; • Os materiais e equipamentos de empréstimo deverão ser adequadamente devolvidos. O manuseio adequado e consciente dos equipamentos pelo grupo será verificado e avaliado pelo professor. Defeitos constatados em componentes, cabos ou equipamentos deverão ser comunicados ao professor para que sejam tomadas providências no sentido de se efetuar a manutenção adequada. Não é permitido fumar, comer ou beber dentro do Laboratório Didático. 6 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Equipamentos utilizados nas aulas práticas Existem alguns equipamentos que serão constantemente utilizados no desenvolvimento das experiências práticas. A seguir eles serão apresentados na ordem de importância pelo uso. Matriz de Contatos Também conhecida como Protoboard, é utilizada como base para se colocar e conectar os componentes da prática. Cada ponto de conexão possui uma ligação metálica. Normalmente estas ligações são interconectadas em grupos de 5 pontos. Apenas os pontos alinhados horizontalmente formam grupos maiores, de 48 interconexões. Normalmente estes são utilizados para alimentação do circuito, isto é, como terminais de +12V, +5V, –12V e 0V (terra). A matriz de contatos apresentada nafigura, possui quatro terminais ligados a fontes de tensão, nas tensões citadas acima. Grupo de 5 Grupo de 48 Fonte de tensão Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -7 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Multímetros Os multímetros são equipamentos destinados a fazer várias medidas elétricas, principalmente medidas de Tensão, de Corrente e de Resistência. Alguns multímetros oferecem medições de capacitância, de indutância, de temperatura e outras. O laboratório de eletrônica do DCC-UFLA disponibiliza para os alunos dois tipos de multímetros, o Minipa ET2055 e o UNIT UT83, mostrados nas figuras abaixo. Para se fazer medições de tensão e resistências, deve-se conectar os cabos preto e vermelho nos terminais COM e VΩ (ou VΩF). Para se fazer medições de corrente elétrica, deve-se conectar os cabos em COM (preto) e mA (vermelho). Mas para correntes acima de 1 A, deve-se colocar o cabo vermelho no terminal 10A. 8 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Gerador de sinais Este é um equipamento utilizado para produzir sinais elétricos alternados de freqüências e amplitudes variadas, sendo possível produzir três tipos de forma de onda: senoidal, triangular ou quadrada. O visor de display (2) indica a freqüência gerada. CONTROLES E INDICADORES Abaixo são indicados os principais dispositivos utilizados na operação deste gerador de sinais. A especificação completa encontra-se em anexo. Chave de liga/desliga (1): Para ligar o instrumento coloque-a em “ON”. Display (2): Display a Led; indica as freqüências da entrada interna ou externa dependendo da posição da chave. Led indicador de Hz kHz (5, 6): Indica quando a leitura está em Hz ou kHz. Dial de Freqüência (7): Este potenciômetro variável seleciona uma freqüência específica dentro de uma escala pré-selecionada. Esta escala está calibrada de 0.2 a 2.0. Controle DC Offset (11): O controle de offset determina a polaridade e magnitude do nível DC da forma de onda de saída. Quando o controle é puxado para frente e centralizado o nível DC da forma de onda de saída será 0Volts. Controle do CMOS Level (12): O potenciômetro do controle de nível CMOS provê um nível de saída CMOS de 5V a 15V quando está puxado, TTL fixo quando na posição empurrado. Controle de amplitude (13): Este controle proverá uma subida de atenuação de 40dB na forma de onda de saída na posição apertada. (Veja as especificações elétricas). Seletor de Range (14): Cada um dos sete botões dá ao operador uma faixa específica de freqüência. Quando um botão é apertado o outro botão anteriormente selecionado é automaticamente liberado. Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -9 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Tecla seletora - 20dB (16): Seleciona a sensibilidade da entrada do contador de freqüência. Pressionada está com 300mVrms (-20dB). Puxada está com 30mVrms. Attenuator (17,18): Seleciona o nível de atenuação –40dB (17) e –20dB (18) na posição apertada. Chave Modo (19): Três botões habilitam o operador a selecionar formas de onda senoidal, triangular e quadrada. Somente um botão se mantém pressionado de cada vez. Conector Main output (20, 23): Ondas Triangulares, quadradas e senoidais de 20Vpp (open circuit) estão providas com 50Ω na saída (23). Pulsos compatíveis com TTL/CMOS são obtidos através da saída BNC TTL/CMOS. Osciloscópio O osciloscópio é um instrumento de medição que permite a visualização da forma de onda do sinal elétrico a ser medido. Com o osciloscópio, podemos medir a amplitude, o nível DC, e a freqüência dos sinais elétricos. O osciloscópio Minipa MO-1222 permite a visualização simultânea de dois sinais elétricos, portanto, além das medidas citadas, pode-se medir a fase (ou diferença de fase) entre os dois sinais. Diferentemente dos voltímetros, que fazem medidas de sinais contínuos ou senoidais puros (normalmente para freqüências de 60Hz), os osciloscópios possibilitam a visualização e a medição de sinais mistos (contínuo + alternado) e operam com freqüências variadas. Este modelo permite medições de até 20MHz. No desenho abaixo, são apresentados os principais conjuntos de controles do osciloscópio. A utilização deste instrumento será assunto de uma aula prática específica. Tela ou Cinescópio Controles de vídeo Liga/Desliga Controles de amplitude Controles de tempo Sincronismo Canal 1 e Canal 2 varredura horizontal (trigger) 10 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 1a PRÁTICA Título: Resistores, Voltímetros e Amperímetros Objetivos: – Conhecer o código de cores dos resistores de carvão; – Aplicar o código de cores para identificar o valor de um resistor; – Aprender como usar o voltímetro e amperímetro. Teoria: Código de cores em resistores Os resistores são componentes de dois terminais que têm uma resistência constante, e cuja função é regular a passagem de corrente elétrica por um circuito. Os resistores são componentes lineares que seguem a primeira lei de Ohm: V = R.I Os resistores utilizados em circuitos eletrônicos são, normalmente, feitos de filme de carvão ou filme metálico, e recobertos com tinta e identificados por um conjunto de 4 faixas coloridas (alguns têm 5 faixas). As faixas de cor existentes no corpo do resistor de carvão fornecem seu valor em Ohms. Cada cor representa um número, como mostrado na tabela abaixo. Cor 1o Dígito 2o Dígito Potência de 10 Tolerância Preto 0 0 1 - Marrom 1 1 10 1% Vermelho 2 2 100 - Laranja 3 3 1.000 - Amarelo 4 4 10.000 - Verde 5 5 100.000 - Azul 6 6 1.000.000 - Violeta 7 7 10.000.000 - Cinza 8 8 100.000.000 - Branco 9 9 1.000.000.000 - Ouro - - 0,1 5% Prata - - 0,01 10% A primeira e a segunda listras, num extremo do resistor, representam o primeiro e o segundo dígitos do valor. A terceira listra representa a potência de 10 pela qual deve ser multiplicado o valor. A quarta listra fornece a tolerância. Geralmente o valor é lido utilizando-se unidades Ohms (Ω), kilo Ohms (kΩ), ou Mega Ohms (MΩ). A potência que o resistor pode dissipar depende do seu tamanho, sendo comuns as potências (em Watts): 1/8W, 1/4W, 1/2W, 1W, 2W, 5W. Resistores para potências maiores são construídos com fio metálico. Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -11 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Abaixo são mostrados dois resistores de carvão, um de 270 Ω e um de 120kΩ. Voltímetros e Amperímetros São instrumentos de dois terminais que servem para medição de tensão (diferença de potencial) em volts e corrente elétrica em amperes. O voltímetro é conectado em paralelo com o circuito que se deseja medir e devido a sua alta impedância de entrada (circuito aberto), não interfere no funcionamento do circuito (ideal). O amperímetro é conectado em série com o circuito que se deseja medir, e devido a sua baixa impedância de entrada (curto circuito), não interfere no funcionamento do circuito em medição (ideal). Conforme mostra a figura 1, para se medir a corrente elétrica, deve-se fazer uma interrupção (abertura) no circuito e colocar os terminais do amperímetro ligados nos dois pontos desta abertura. Figura 1 – Medição de tensão e corrente elétrica 12 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Prática: 1 – Para cada seqüência de cores de resistores abaixo, identifique seu valor em Ohms: 1a cor 2a cor 3a cor 4a cor Valor Marrom Verde Laranja Prata Laranja Laranja Marrom Ouro MarromPreto Vermelho Marrom Amarelo Violeta Amarelo Ouro Verde Azul Verde Prata 2 – Anote as cores das listras de 5 resistores na tabela abaixo, e identifique os seus valores em Ohms: 1a cor 2a cor 3a cor 4a cor Valor 3 – Complete a frase com a palavra correta: O voltímetro é usado para medir ________________ , e é ligado em _______________ com o circuito elétrico. O amperímetro é usado para medir ________________ , e é ligado em _______________ com o circuito elétrico. 4 – Redesenhe os circuitos abaixo, indicando como conectar voltímetros e amperímetros para medir as grandezas indicadas. Figura 2 – Circuitos Resistivos Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -13 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 5 – Conclusões: 14 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 2a PRÁTICA Título: Teoremas de Circuitos Elétricos Objetivo: - Aplicar o resistor em um circuito divisor de tensão e de corrente; - Verificar a utilidade dos teoremas de circuitos elétricos; - Utilizar o voltímetro e o amperímetro. Teoria: Lei das tensões de Kirchhoff Também denominada lei das malhas, a segunda lei de Kirchhoff apresenta o seguinte enunciado: É nula a soma algébrica das tensões ao longo de uma malha. Se medirmos todas as tensões nos componentes de um circuito elétrico simples como o da figura abaixo, verificaremos que a soma das tensões é igual a zero. As setas indicam qual a polaridade imaginamos que teria a tensão em cada componente, sendo maior a tensão na ponta da seta e menor no outro lado. Se a nossa suposição estiver errada, apenas leremos um valor negativo de tensão com o voltímetro. 4321 4321 VVVV 0VVVV +=+ =−−+ Em uma fonte de tensão, a tensão é considerada positiva quando o lado de maior potencial está do lado para onde a corrente flui, isto é, numa fonte de tensão, a corrente positiva flui no sentido do terminal negativo para o terminal positivo. Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -15 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Em um resistor, considera-se positivo o terminal por onde a corrente entra, e negativo por onde a corrente sai. Se, ao final dos cálculos de tensão e corrente do circuito, verifica-se um valor negativo de tensão, conclui-se que a tensão aparece em sentido contrário ao indicado na figura. Se a corrente aparece com valor negativo, é porque seu sentido é inverso ao que se supôs no início da resolução do problema. Divisor de Tensão O divisor de tensão é um circuito que utiliza as características da associação em série para obter um valor de tensão menor que o da fonte. A tensão menor será medida sobre um dos resistores. As tensões sobre R1 e sobre R2 são calculadas como se segue: 1 21 t 1 RRR VV × + = 2 21 t 2 RRR VV × + = Lei das correntes de Kirchhoff A primeira lei de Kirchhoff, também denominada lei dos nós, apresenta o seguinte enunciado: Em um nó, é nula a soma algébrica das intensidades das correntes. Consideram-se positivas as correntes que chegam ao nó e negativas as correntes que saem do nó, ver exemplo no desenho abaixo. 16 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 321321 III0III +=→=−− Prática: 1 – Montar os circuitos abaixo em matriz de contatos e medir as tensões e correntes indicadas nos desenhos: 2 – Calcular as tensões e correntes dos circuitos 1 e 2 do item 1 e comparar com os resultados medidos. Circuito 1 Medido Calculado Circuito 2 Medido Calculado V1 V1 V2 V2 I1 I1 I2 Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -17 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 3 – Conclusões: 18 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 3a PRÁTICA Título: Teorema de Thevenin Objetivos: - Comprovar a lei de Thevenin e sua utilidade; - Utilizar instrumentos de medição; - Comprovar dados calculados com medidos. Teoria: Teorema de Thevenin Um circuito linear (que obedece a lei de ohm) e bilateral (a corrente pode fluir nos dois sentidos) pode ser substituído pelo seu equivalente Thevenin, consistindo em uma fonte de tensão e um resistor em série. RL Vo Circuito Vth Rth RL Vo Equivalente Thevenin • Para medir o equivalente Thevenin deve-se: 1o – Retirar a carga do circuito. 2o – Medir a tensão nos terminais de saída do circuito sem a carga. Esta é a tensão Vth. 3o – Substituir as fontes de tensão por curto-circuitos e, através de um ohmímetro, medir a resistência nos terminais de saída. Esta é a resistência Rth. 4o – Desenhar o equivalente Thevenin com os valores de Vth e Rth medidos. • Para calcular o equivalente Thevenin deve-se: 1o – Retirar a carga do circuito. 2o – Calcular a tensão nos terminais de saída do circuito sem a carga. Esta é a tensão Vth. 3o – Substituir as fontes de tensão por curto-circuitos e calcular a resistência vista pelos terminais de saída. Esta é a resistência Rth. 4o – Desenhar o equivalente Thevenin com os valores de Vth e Rth calculados. Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -19 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Prática: 1 – Calcular o equivalente Thevenin do circuito abaixo, considerando A e B como os terminais onde será ligada uma carga resistiva. 1kΩ 3.9kΩ 2.2kΩ 2.2kΩ 12V B A 2 – Montar o circuito do item 1 em matriz de contatos e medir Vth (com voltímetro) e Rth (com ohmímetro). Para medir Rth, deve-se desligar os fios que vêm da fonte de 12V e interligá-los, fazendo um curto circuito. As medições de Vth e Rth são feitas nos terminais A e B. Vth Rth Medido Calculado 20 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 3 – Colocar um resistor de carga (RL) de 1kΩ nos terminais de saída (A e B) do circuito. Calcular a corrente de carga, utilizando o equivalente Thevenin. Medir a corrente no resistor de 1kΩ. Calculado = Medido = 4 – Repetir o item 3 utilizando um resistor de 470Ω no lugar do resistor de 1kΩ. Calculado = Medido = Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -21 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 5 – Conclusões: Fazer uma tabela de valores de resistência de carga e corrente comparando os resultados obtidos nos itens 3 e 4. Fazer comentários. 22 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 4a PRÁTICA Título: Osciloscópio e gerador de funções Objetivos: – Capacitar o aluno a utilizar o osciloscópio e o gerador de funções; – Utilizar o osciloscópio para medições de tensão e corrente; – Utilizar o osciloscópio para observação de formas de onda. Teoria: O osciloscópio é um instrumento de medição utilizado principalmente para observar formas de onda de tensão. O sinal de tensão a ser observado é acoplado a entrada vertical do osciloscópio. Através de ajuste do ganho do amplificador de entrada vertical, conseguimosamplificar o sinal de entrada a um nível apropriado para observação. Para se determinar o valor da tensão medida, multiplica-se o número de divisões que o traço se movimentou (na vertical em relação a um referencial) pelo valor indicado pela posição da chave seletora de ganho vertical. A aplicação mais comum de osciloscópio é na observação de sinais alternados. Existem diversas formas de sinais alternados, muitos deles com forma bastante complexa. Os sinais senoidais ou cossenoidais, entretanto, possuem algumas características de fácil análise. Basicamente são três as características deste tipo de sinal: amplitude, freqüência e fase O eixo horizontal do Osciloscópio é denominado de "eixo dos tempos" porque através de suas divisões pode-se determinar o período de formas de onda alternada (o valor de cada divisão horizontal é dado pela chave seletora de base de tempo). Ajustando-se a base de tempo horizontal, conseguimos ajustar o intervalo de tempo de observação do sinal. Com a onda alternada projetada na tela deve-se então estabelecer um ponto na figura que será considerado como início do ciclo e posicioná-lo exatamente sobre uma das divisões do eixo horizontal. Com o início do ciclo posicionado, verifica-se o número de divisões do eixo horizontal ocupado pelo ciclo completo. Conhecendo-se o tempo de cada divisão horizontal e o número de divisões horizontais ocupados por um ciclo da onda alternada, pode-se então determinar o seu período, e conseqüentemente a sua freqüência. Através do gerador de funções é possível obter formas de onda periódicas (senoidal, triangular, ou quadrada) com amplitude e freqüência determinadas. Estes sinais são úteis para aplicações em eletrônica como: clock de circuitos digitais, sinais de entrada de circuitos, teste de equipamentos, etc. Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -23 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Prática: 1 – Identifique os controles e entradas do osciloscópio listados abaixo: a – chave liga-desliga; b – controle de brilho; c – controle de foco; d – entrada(s) vertical(ais); e – chaves(s) de seleção do modo de entrada; f – chave(s) seletora(s) de ganho vertical; g – controle(s) de posição vertical; h – chave seletora da base de tempo; i – ajuste fino da base de tempo; j – controle(s) de posição horizontal; k – entrada de sincronismo externo; l – controles de sincronismo. • Verifique no manual do osciloscópio, ao final da apostila. 2 – Prepare o osciloscópio para uso: Posicione a chave seletora de base de tempo em 1 ms/div; Coloque o controle de posição horizontal na metade do curso; Selecione REDE (ou LINE) na chave seletora de sincronismo; Selecione DUAL (ou CHOPPER) na seletora de modo vertical; Posicione os controles verticais dos dois canais na metade do curso; Ligue o osciloscópio e ajuste os controles de intensidade e de foco até obter um traço fino; Movimente o controle de posição horizontal e observe o que acontece na tela; Mude a posição da chave seletora de base de tempo no sentido anti- horário e observe o que acontece com o traço na tela; Movimente o controle de posição vertical do canal 1 e observe o que ocorre; 24 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Movimente o controle de posição vertical do canal 2 e observe a tela; Passe a chave seletora de modo de operação vertical para CH1 e observe o que ocorre na tela. Obs.: Quando se seleciona CH1 ou CH2, o osciloscópio opera com traço simples (ou único). 3 – Medição de uma tensão contínua: Selecione AUTO na chave de fonte de sincronismo; Ajuste a chave de base de tempo para 1ms/div; Ajuste o traço no centro da tela (será a referência); Conecte a ponta de prova em um dos canais (CH 1 ou CH2) e posicione a chave CA-DC em DC, no canal selecionado; Posicione a chave de ganho vertical em 0,5V/div; Ligue a fonte de tensão contínua; Conecte a ponta de prova do osciloscópio nos bornes de saída da fonte de modo que a garra de terra seja conectada ao borne de terra (0V); Faça a leitura da tensão no osciloscópio. Obs: Vin = (no de divisões) x (pos. da chave sel. de ganho vert.) x (atenuação da ponta de prova) V = _____ x _____ x _____ = _____ V Mude o seletor de ganho vertical para 20V/div, 10V/div, 2V/div, 1V/div e observe. Obs.: dependendo do valor a se medir, existe uma posição da chave seletora de ganho vertical em que se torna mais fácil a leitura. Sempre que for realizar alguma leitura de tensão deve-se procurar colocar a chave seletora de ganho vertical em um valor mais alto e depois ir ajustando até que a leitura se torne mais fácil de realizar. Este cuidado é válido para todos os instrumentos sob risco de se danificar o aparelho. 4 – Medição de uma tensão alternada: Selecione AUTO na chave de fonte de sincronismo; Posicione a chave seletora de base de tempo em 5ms/div; Conecte a ponta de prova no canal selecionado; Posicione a chave seletora de modo de entrada para a posição AC; Passe a chave seletora de ganho vertical para 0,5 V/div; Selecione CH1 ou CH2 (conforme o canal selecionado) na chave de sincronismo; Ligue o gerador de sinais; Conecte a ponta de prova aos bornes do gerador de sinais de modo que o terra da ponta de prova fique ligado ao terra do gerador; Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -25 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Ajuste o gerador para fornecer uma forma de onda senoidal, 60Hz, 10V de pico. Determine a tensão de pico a pico (Vpp) e a tensão de pico (Vp) na tela. Vpp = ___ V; Vp = ___ V; 5 – Determinação da freqüência com osciloscópio. Posicione a chave seletora de ganho vertical em 0,5 V/div; Posicione a chave de modo de sincronismo em CH 1; Posicione a chave de modo de entrada em DC; Conecte a ponta de prova do canal selecionado ao gerador de funções; Ajuste no gerador de funções uma freqüência de 1 kHz, senoidal; Atue na chave seletora de base de tempo até conseguir o menor número possível de ciclos; Atuando no controle horizontal, estabeleça um ponto que será considerado como inicio do ciclo da figura projetada na tela (o ponto deverá estar exatamente sobre a linha horizontal); Conte quantas divisões horizontais ocupa um ciclo da forma de onda na tela; Verifique qual a posição da chave seletora de base de tempo; Calcule o período da onda projetada na tela: T = _____ s Calcule a freqüência: f = _____ Hz f = 1/T Repita a operação com as freqüências indicadas na tabela e complete: Freqüência (no Gerador de sinais) Freqüência (com Osciloscópio) Período (com Osciloscópio) 800Hz 25000Hz 150kHz 6 – Desligamento do osciloscópio: Desligue todos os equipamentos; Desconecte a ponta de prova; Desconecte a tomada. 26 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 7 – Questões práticas: 7.1 – Num osciloscópio, observa-se a forma de onda triangular mostrada ao lado. O osciloscópio encontra-se com os seguintes ajustes: controle vertical = 2Volts/div, base de tempo = 40ms/div e com a referência de tensão colocada no centro da tela. Determinar: o valor da tensão de pico Vp = _________ a freqüência do sinal medido f = _________ 7.2 – Os sinais senoidais A e B indicados ao lado, foram medidos em um osciloscópio que estava ajustado da seguinte forma: - controles verticais = 2Volts/div, - base de tempo = 0,1ms/div, e com a referência de tensão no centro da tela. Qual a defasagem entre os sinais A e B? φ = _________ (graus) 8 – Conclusões: Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -27 Departamento de Ciência da Computação – UniversidadeFederal de Lavras - 2009 5a PRÁTICA Título: Diodo Semicondutor Objetivos: – Conhecer o dispositivo diodo; – Consultar folha de dados de um diodo comercial; – Utilizar o diodo em circuito; – Comparar o diodo como uma chave. Teoria: Diodo ideal É um dispositivo eletrônico de dois terminais que se comporta corno uma chave fechada quando diretamente polarizado (anodo com potencial maior que catodo), e como uma chave aberta quando inversamente polarizado (modelo ideal). Polarização reversa: Polarização direta: Diodo semicondutor real Aspecto Físico: Símbolo: Na polarização direta, o diodo apresenta queda de tensão nos seus terminais de 0,1V a 0,6V para diodos de germânio (Ge), e de 0,6 a 1,1V para os de silício (Si). Na polarização inversa, apresenta uma pequena corrente de fuga da ordem de microamperes. Anodo Catodo – V Anodo Catodo I 28 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Prática: 1 – Consultar as folhas de dados do diodo 1N4007, em anexo, e preencher a tabela: Tensão direta sob corrente máxima (VF) Corrente média direta máxima (IFAV) Máxima tensão reversa de pico repetitiva (VRRM) 2 – Calcular a corrente Id e tensão Vd nos terminais do diodo dos seguintes circuitos (considerar diodo ideal). Circuito 1 Circuito 2 680Ω 12V 1N4007 680Ω12V 1N4007 Circuito 3 Circuito 4 220Ω 390Ω 330Ω680Ω 12V 1N4007 220Ω 390Ω 330Ω680Ω 12V 1N4007 Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -29 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 30 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 3 – Montar os circuitos do item 2 e medir a corrente Id e a tensão Vd no diodo. Comparar com os valores calculados. Medido Calculado Circuito Vd Id Vd Id 1 2 3 4 4 – Conclusões: Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -31 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 6a PRÁTICA Título: Diodo Zener Objetivos: - Identificar as características dos diodos comuns; - Conhecer o diodo zener; - Verificar o funcionamento dos diodos em circuitos eletrônicos; - Verificar o funcionamento do diodo zener; - Observar formas de onda com osciloscópio. Teoria: Diodo zener Um diodo zener é construído tal como um diodo retificador comum, suas características e aspectos externos são similares. O diodo zener é projetado e construído para suportar o trabalho na região de ruptura (aqui chamada região zener), o que é impossível para um diodo comum. Sua principal vantagem é manter a tensão nos seus terminais aproximadamente constante. Aspecto físico e símbolo: Quando uma tensão inversa é aplicada a um diodo retificador ocorrerá a ruptura da junção a uma tensão específica (tensão zener). O diodo zener é projetado com condições de dissipação para trabalhar nesta região da curva característica. A curva característica I x V de um diodo zener é a mesma de um diodo comum. A figura abaixo mostra a curva característica de um diodo zener (gráfico I – V), onde se pode observar que, na região de polarização direta, ocorre o início da condução de corrente elétrica quando a tensão estiver próxima de 0,7V, como se fosse um diodo comum. 32 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Na região de polarização reversa, observa-se que ocorrerá passagem de corrente elétrica quando a tensão aplicada for superior à tensão zener (Vz). Neste ponto a curva em forma de joelho é bastante pronunciada, seguido de um aumento de corrente praticamente vertical. Podemos observar também que a tensão é praticamente constante (aproximadamente igual a VZ em quase toda a região zener, ou de ruptura. O valor de VZ é geralmente especificado para uma determinada corrente de teste, IZT. A potência dissipada por um diodo zener é dada pela fórmula: PZ = VZ.IZ Por exemplo, se VZ = 6,2V e IZ = 12mA, então: PZ = 6,2V x 12mA = 74,4mW. Desde que a potência não seja ultrapassada, o diodo zener pode operar dentro da região de ruptura sem ser destruído. Na região zener a tensão permanece aproximadamente constante para uma grande variação de corrente através do diodo. Esta propriedade é muito utilizada em dispositivos reguladores de tensão. Para uma condição de boa utilização do diodo zener deve-se cuidar para que a corrente reversa não ultrapasse o limite, Imax, caso no qual ocorrerá sobreaquecimento do diodo e conseqüente destruição. A corrente máxima (Imax) é calculada utilizando-se as características de potência máxima de dissipação e tensão zener, normalmente fornecida pelo fabricante: Imax = Pmax / Vz Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -33 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Prática: 1 – Calcular as correntes e as tensões indicadas nos circuitos abaixo. 12V 100Ω 6,8V Iz Vr 2 – Inverter a polaridade do diodo zener no item 1 e repetir. 3 – Colocar uma carga resistiva de 470Ω em paralelo com o diodo zener do item 1 e recalcular as tensões e correntes indicadas. 12V 100Ω 6,8V Iz Vr IL 470Ω Ir 4 – Montar em matriz de contatos os circuitos dos itens 1 a 3 e medir as tensões e correntes indicadas. Comparar os valores calculados (preencher a tabela). 34 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Valores calculados Valores medidos Item 1 Vr Iz Item 2 Vr Iz Vr Ir Item 3 Iz IL 5 – Conclusões: Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -35 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2008 7a PRÁTICA Título: Portas Lógicas com Diodo Objetivo: - Conhecer portas lógicas; - Montar circuitos com diodos; - Utilizar diodos para montagem de portas lógicas. Teoria: Portas lógicas são circuitos eletrônicos que implementam uma função lógica, segundo a álgebra de Boole. As funções lógicas básicas são: AND, OR, NOT. Os símbolos das portas que implementam estas funções e a correspondente tabela verdade é mostrado abaixo: Porta AND: B A S 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 S = A . B Porta OR: B A S 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 S = A + B Porta NOT: A S 0 1 1 0 S = A 36 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Prática: 1 - Montar os circuitos abaixo e medir a tensão na saída (S1, S2), variando os valores da tensão de entrada (A, B) de acordo com a tabela abaixo: Entradas Saídas A B S1 S2 0V 0V 0V 12V 12V 0V 12V 12V 4,7kΩ 12V A B S1 1N4148 1N4148 4,7kΩ 12V A B S2 1N4148 1N4148 Circuito 1 Circuito 2 2 – Explique, com suas próprias palavras, como funciona cada circuito anterior. Circuito 1: Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -37 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2008 Circuito 2: 3 – Conclusões: 38 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 8a PRÁTICA Título: TransistorBipolar Objetivos: – Capacitar o aluno a identificar os terminais de um transistor; – Identificar as características de um transistor; – Consultar as folhas de dados de um transistor; – Ligar o transistor em um circuito eletrônico; – Levantar a curva característica de um transistor. Teoria: O transistor bipolar é um dispositivo de três terminais (base, coletor, emissor) constituído por três camadas de material semicondutor, formando duas junções PN. São dois os tipos de transistores de junção: NPN e PNP. Símbolo: As junções semicondutoras são encapsuladas em invólucros de plástico ou metal, sendo o material semicondutor acessível eletricamente através de terminais. O transistor tem a característica de que uma pequena corrente de base pode controlar uma grande corrente de coletor. Por isso, é utilizado principalmente como uma chave controlada por corrente. Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -39 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2008 Prática: 1 – Montar o circuito abaixo em matriz de contatos e ligar a alimentação: 2 – Levantar a curva característica do transistor. Variar os valores de Rb e Rc, conforme a tabela abaixo e medir os valores das correntes Ib e Ic, e os valores de Vce e Vbe. Completar a tabela com os valores medidos. Circuito de Entrada Circuito de Saída Rb(ΩΩΩΩ) Ib(µµµµA) Vbe(V) Rc(ΩΩΩΩ) Vce(V) Ic(mA) 10kΩ 4,7kΩ 2,2MΩ 2,7kΩ 4,7kΩ 2,7kΩ 1MΩ 1,5kΩ 2,7kΩ 1,5kΩ 680kΩ 1kΩ 3 – Desenhar o gráfico da curva característica do transistor (Ic x Vce) com os dados obtidos no item 2. 40 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 4 – Qual é o valor aproximado do ganho de corrente (β) do transistor utilizado? 5 – Consultando as folhas de dados do transistor BC548, ao final da apostila, dê o valor de: Máxima tensão entre coletor e emissor Máxima corrente de coletor Máxima potência a ser dissipada Corrente de fuga do coletor Máxima tensão entre base e emissor Máxima tensão de saturação coletor-emissor Máximo ganho de corrente 6 – Conclusões: Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -41 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2008 9a PRÁTICA Título: Portas Lógicas com Diodos e Transistores Objetivos: – Capacitar o aluno a montar circuitos que utilizam transistor e diodo; – Construir portas lógicas com transistor e diodo; – Entender o funcionamento de portas lógicas. Teoria: Portas lógicas são circuitos eletrônicos que implementam uma função lógica, segundo a álgebra de Boole. As funções lógicas básicas são: AND, OR, NOT, NAND, NOR. As portas lógicas podem ser construídas a partir de diodos e transistores. As portas lógicas contêm uma ou mais entradas de tensão, e uma saída de tensão. Em uma porta lógica, são definidos apenas dois níveis de tensão (0V e 12V, ou 0V e 5V por exemplo) que correspondem aos níveis lógicos 0 e 1. As portas lógicas podem ser interligadas de forma a implementarem funções lógicas complexas. Os símbolos das portas que implementam algumas destas funções e as correspondentes tabelas verdades são mostrados abaixo: Porta NAND: Porta NOR: Porta NOT: B A S B A S A S 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 42 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Prática: 1 – Montar os seguintes circuitos eletrônicos no protoboard. Variar as tensões das entradas (A e B) conforme as tabelas e medir as tensões de saída (S) com um voltímetro. Completar as tabelas. Circuito 1: A S 10kΩ 4,7kΩ 12V BC548 Circuito 2: A B 1N4148 1N4148 10kΩ BC548 4,7kΩ 12V S Circuito 3: A B 12V10kΩ 4,7kΩ 1N4148 BC548 S 1N4148 1N4148 A S 0V 12V B A S 0V 0V 0V 12V 12V 0V 12V 12V B A S 0V 0V 0V 12V 12V 0V 12V 12V Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -43 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2008 2 – Identificar em cada circuito anterior, qual é a porta lógica implementada. Justifique. 3 – Explique como funciona, resumidamente, cada circuito do item 1. Circuito 1: Circuito 2: 44 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Circuito 3: 4 – Como é possível implementar outras portas lógicas? Dê exemplos. 5 – Conclusões: Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -45 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2008 10a PRÁTICA Título: Multivibrador astável Objetivos: – Capacitar o aluno a montar circuitos que utilizam transistor e diodo; – Construir um oscilador com transistores; Teoria: O multivibrador biestável é um circuito eletrônico caracterizado por possuir dois estados estáveis que só se alteram na presença de um impulso de entrada. Neste tipo de circuito, os transistores são polarizados para permanecerem no corte ou na saturação. O multivibrador astável é caracterizado por não possuir nenhum estado estável. Qualquer uma das duas saídas oscila entre dois estados instáveis sem necessidade de excitação, gerando-se ondas quadradas complementares entre ambas as saídas. Na Figura 1 da parte prática deste relatório encontra-se o esquema de um multivibrador astável com transistores. Neste circuito, os LED´s piscarão a uma freqüência f dada por: 1/f = T = 2 * τ * ln2 onde 1*3 CR=τ Esta relação mostra-nos que a freqüência de oscilação é praticamente independente da tensão de alimentação. Se mantiver R4=R3, R1=R2 e C1=C2 o circuito comporta-se como um gerador de onda quadrada (tensão obtida no coletor de um dos transistores em relação ao terra). Nota: Fazendo com que os pares de resistências sejam (R1,R2) << (R3,R4) consegue-se diminuir o tempo do flanco ascendente das formas de onda de VCE1 e VCE2, relativamente ao tempo em que as mesmas formas de onda permanecem num dos dois níveis permitidos. Por outro lado, para que se tenha suficiente corrente de base nos transistores quando saturados deve-se observar a relação seguinte: (R3,R4) < β*(R1,R2). 46 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Prática: 1 – Monte o seguinte circuito eletrônico no protoboard e ligue a alimentação. Q1 BC547BPQ2 BC547BP R1 820ohm R2 820ohm LED_red LED1 LED_green LED2 R3 10kohm R4 10kohmV1 12V C1 47uF C2 47uF Figura 1: Esquema do multivibrador astável Observe o que acontece e anote: Qual a freqüência de oscilação observada? 2 – Troque os dois capacitores de 47µF do circuito anterior por dois capacitores de 100ηF. Observe e anote o que acontece. Ouve alguma mudança no comportamento do circuito? Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -47 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2008 3 – Com o osciloscópio, observe as formas de onda de tensão de coletor e base em relação ao emissor de um dos transistores (5V/div, 1ms/div). Anote as formas de onda com os respectivos valores de tensão e tempo. Qual a freqüência de oscilação(medida com osciloscópio)? 4 – Calcule a freqüência de oscilação do multivibrador e compare com a freqüência medida com o osciloscópio. 5 – Conclusões: 48 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 11a PRÁTICA Título: Aplicações Lineares de Amplificadores Operacionais Objetivos: – Entender o funcionamento de circuitos com amplificadores operacionais; – Conhecer as principais aplicações de amplificadores operacionais; – Consultar folhas de dados de um amplificador operacional. Teoria: O amplificador operacional é um elemento ativo integrado cujas características são: • alto ganho; • alta impedância de entrada; • baixa impedância de saída; • entradas inversora e não inversora; • larga faixa de freqüência de operação. O amplificador operacional pode ser modelizado conforme o desenho abaixo: Onde: • V + é a entrada não inversora. • V – é a entrada inversora. • Av é o ganho de tensão. Idealmente: Av = ∞ • Vo é tensão de saída. As principais aplicações lineares dos amplificadores operacionais são: Amplificador inversor – O sinal de saída (Vo) é invertido em relação ao sinal de entrada (Vi) com um ganho (Vo/Vi) dado por R2/R1. Vi R RVo 1 2 −= Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -49 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2008 Amplificador não inversor – O sinal de saída (Vo) é igual ao sinal de entrada (Vi), porém com um ganho (Vo/Vi) dado por (R2/R1 + 1). Vi1 R RVo 1 2 += Somador inversor – Nesta configuração, a saída é invertida e igual à soma dos sinais de entrada multiplicada por um ganho. +++−= 4 4 3 3 2 2 1 1 R V R V R V R VRfVo Subtrator – Esta é uma configuração pouco utilizada nas aplicações lineares de amplificadores operacionais por ser facilmente substituída por uma configuração onde se utiliza um inversor e um somador (soma um sinal com o negativo do outro). Quando se utiliza dois pares de resistores de valores iguais, obtém-se uma tensão de saída conforme descrito pela equação ao lado. ( )21 1 2 VV R RVo −= 50 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Prática: 1 – Consultar as folhas de dados do amplificador operacional 741, ao final da apostila, e anotar as seguintes características: Ganho em malha aberta Impedância de saída Impedância de entrada Razão de rejeição de modo comum Tensão diferencial de entrada máxima Corrente de saída máxima Tensão de offset de entrada Corrente offset de entrada Tensão de alimentação máxima Potência máxima de dissipação 2 – Montar os seguintes circuitos utilizando o amplificador operacional 741. Consultar as folhas de dados para identificação dos pinos do CI. Alimentar os circuitos com tensão de +12V (pino 7) e –12V (pino 4). Circuito 1: Circuito 2: Circuito 3: Circuito 4: Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -51 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2008 3 – Observar e medir com o osciloscópio as formas de onda de saída (Vo) para os circuitos do item 2, considerando os seguintes sinais de tensão de entrada para cada circuito. Utilizar o gerador de sinais. Desenhar as formas de onda de entrada e saída. Circuito 1: Vi = onda senoidal, 1Vp, 1kHz Circuito 2: Vi = onda senoidal, 1Vp, 1kHz Circuito 3: V1 = onda triangular, 5Vp, 60Hz V2 = tensão contínua 12V 52 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Circuito 4: V1 = onda quadrada, 10Vp, 200Hz V2 = tensão contínua 5V 4 – Conclusões: Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -53 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2008 12a PRÁTICA Título: Aplicações Não Lineares de Amplificadores Operacionais Objetivo: – Capacitar o aluno a simular circuitos que utilizam amplificador operacional; – Entender o funcionamento de circuitos com amplificadores operacionais; – Conhecer as principais aplicações de amplificadores operacionais; Teoria: Comparador Conversor Analógico/Digital 54 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Comparador com histerese Oscilador de onda quadrada Prática: 1 – Desenhar, usando o programa EWB-MultiSim, os seguintes circuitos eletrônicos. Utilizar o amplificador operacional 741 com alimentação +/- 20V. Circuito 1: Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -55 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2008 Circuito 2: Circuito 3: Circuito 4: 56 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 2 – Simular o circuito 1 do item 1, considerando os seguintes níveis de tensão contínua de entrada (Vi). Medir com o voltímetro a tensão de saída e completar a tabela. Circuito 1 Vi Vo (Simulado) -5V 0V 4,9V 5,1V 10V 3 – Simular o circuito 1 do item 1, considerando forma de onda senoidal (1kHz, 6Vpico) para a entrada (Vi). Observar a saída (Vo) e entrada (Vi) com o osciloscópio e anotar (ou imprimir) as formas de onda. Circuito 1: 4 – Simular o circuito 2 do item 1, considerando os seguintes níveis de tensão contínua de entrada (Vi) para o circuito. Medir com o voltímetro as tensões de saída (V1, V2, V3, V4) para cada valor de Vi e completar a tabela. Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -57 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2008 Circuito 2: Vi V1 V2 V3 V4 0,0V 2,0V 2,7V 4,0V 5,0V 7,1V 7,3V 9,5V 10,2V 12,0V 5 – Simular o circuito 2 do item 1, considerando forma de onda senoidal (10Hz, 15Vpico) na entrada (Vi). Observar e anotar o que acontece. Anexar as formas de onda impressas. 6 – Simular o circuito 3 do item 1, considerando forma de onda senoidal (10Hz, 10Vpico) na entrada (Vi). Observar a saída (Vo) e entrada (Vi) com o osciloscópio e anotar as formas de onda. Traçar o gráfico Vo x Vi. 58 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 Circuito 3: 7 – Simular o circuito 4 do item 1. Observar a forma de onda de saída (Vo) e a forma de onda no capacitor (Vc) com o osciloscópio. Anotar as formas de onda. Circuito 4: Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica -59 Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2008 8 – Calcular e medir com o osciloscópio (simulação) a freqüência da forma de onda quadrada de saída do circuito 4 do item 1. Calculado: ______________ Medido: ______________ 9 – Conclusões: 60 – Guia de aulas práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação –Universidade Federal de Lavras - 2009 ANEXOS ANEXO A ANEXO B ANEXO C ANEXO D ANEXO E ANEXO F ANEXO G ANEXO H - MANUAL DO MULTÍMETRO DIGITAL UT-83 1 – NORMAS DE SEGURANÇA E ADVERTÊNCIAS 1.1 Não opere a unidade antes que o gabinete esteja fechado e parafusado com segurança, já que o terminal pode conduzir tensão elétrica. 1.2 Antes de cada medição, certifique-se de que a unidade está selecionada para o alcance apropriado. 1.3 Antes de cada medição, verifique se a sua unidade de medição e os seus fios de teste não estejam avariados. 1.4 Coloque as sondas de teste vermelhas e pretas nos soquetes de medição corretos para assegurar-se de que as conexões estejam bem feitas. 1.5 Não aplique valor acima do alcance máximo de cada medição, pois a unidade pode ficar danificada. 1.6 Nunca gire o interruptor de função giratório durante a medição de tensão ou corrente, pois a unidade de medição poderia ser destruída e isto poderia causar perigo de vida. 1.7 Certifique-se de usar novos fusíveis com potência apropriada. Não use fusíveis restaurados e não transponha o porta-fusíveis. 1.8 Para evitar um choque elétrico ou dano, não aplique mais do que 500VDC/VACrms entre o terminal Vohm da unidade de medição e o fio terra. 1.9 Tenha cuidado especial quando estiver trabalhando com tensões acima de 50V(DC) e 36V(AC). 1.10 A bateria precisa ser substituída imediatamente para garantir a precisão da unidade, quando o mostrador indicar 1.11 Desligue a unidade depois de terminada a medição e retire a bateria se a unidade não for ser utilizada por um longo período. 1.12 Não utilize esta unidade de medição em ambientes ou salas com condições ambientais desfavoráveis, especialmente em áreas úmidas. 1.13 Para evitar danos e perigo, não mude o circuito. 1.14 USO SEGURO DO MULTÍMETRO Siga corretamente as ADVERTÊNCIAS deste manual, O uso errado pode colocar vidas humanas em perigo. A legenda a seguir se aplica a este manual: Tensão perigosa (Tenha cuidado para não levar um choque elétrico numa medição de Tensão.) Terra (Faixa de voltagem aplicada permissível entre o terminal de entrada e a terra.) Refira-se ao Manual de Instruções (Descrição muito importante para o uso seguro.) Corrente Contínua (CC, DC) Corrente Alternada (CA, AC) Fusível 2 – CARACTERÍSTICAS GERAIS 2.1 Mostrador máximo: ‘3260’ (3 ¼ dígitos) gráfico de barras analógico de 33 segmentos. 2.2 Precisão de corrente DC: ± 0.8% 2.3 Alcance manual e automático, mostrador duplo 2.4 Mostrador de sobrecarga: valor máximo “O.L” 2.5 Máxima taxa de medição: aproximadamente 2 medições por segundo 2.6 Indicado de bateria com baixa Tensão: 2.7 Proteção de sobrecarga 2.8 Temperatura de Funcionamento: 0oC – 40oC (32oF – 104oF) Umidade relativa: <75% Temperatura de armazenamento: -10oC – 50oC (14oF – 122oF) Umidade relativa: <80% 2.9 Energia: Bateria 9V(NEDA 1604, 6F22 ou equivalente) 2.10 Dimensões: 17.8x8.3x3.4 cm (CxLxA) 2.11 Peso: aproximadamente 250 gramas (excluindo-se as pontas de prova) 3 – CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS 4 – PAINEL DE FUNÇÕES 4.1. Teste de continuidade, teste de diodo, botão seletor de corrente AC e DC. Pressione este botão para selecionar DC ou AC quando estiver medindo Tensão ou Corrente e pressione ou quando estiver medindo , . � 4.2. DATA-H (Retentor de Dados): Retém os dados medidos. Pressionando a primeira vez, retém os dados medidos. Pressionando a Segunda vez, desliga a função de retenção de dados. � 4.3. RANGE (Alcance): Desligue a função auto-range = manual. Se segurar o botão por 2 segundos, ele vai cancelar esta função � 4.4. LCD (Mostrador) � 4.5. Soquete para transistor � 4.6. Chave On/Off (Liga/Desliga) � 4.7. VΩF: tomada de entrada de V, Ω, , , kHz. � 4.8. COM: tomada de entrada comum. � 4.9. mAc: tomada de entrada para teste de corrente abaixo de 300mA e tomada de entrada para teste de capacitância nF, µF. 4.10. 10A: tomada de entrada de corrente 300mA – 10A. 5 – PROCEDIMENTO DE MEDIÇÃO Ligue a unidade antes de fazer qualquer medição para ver se a bateria se descarregou. Se o símbolo aparecer no mostrador, é hora de trocar a bateria. O sinal perto das sondas de teste é um aviso para não aplicar um valor de Tensão ou Corrente maior do que o máximo. Além disso, favor ajustar o interruptor de função giratório na posição correta antes de fazer uma medição. Quando a unidade estiver ligada, todas os elementos aparecerão por um segundo e depois virá um sinal sonoro. Isto significa que a unidade está pronta para medição. 5.1. Medição de Tensão 5.1.1 – Conecte as sondas de teste preto no soquete COM e as sondas de teste vermelhas no soquete VΩΩΩΩF. 5.1.2 – Ajuste o interruptor giratório para V. Pressione para selecionar medição DC ou AC conforme a necessidade. Conecte as sondas de teste no objeto a ser medido. O valor medido aparece no mostrador e também a polaridade das sondas de teste vermelhas quando estiver medindo corrente DC. Aperte ‘RANGE-H’, o alcance pode ser selecionado manualmente até que se obtenha uma leitura satisfatória. ATENÇÃO Não exceda os limites máximos de entrada - máximo 1000 VDC. Isto danificará a unidade. 5.2. Medição de Corrente 5.2.1 – Conecte as sondas de teste pretas no soquete COM. Se estiver medindo abaixo de 300mA, então conecte a sonda de teste vermelha no soquete ‘mACX’. Conecte à tomada l0A se estiver medindo entre 300mA e l0A. 5.2.2 – Selecione o interruptor de função giratório na medição de corrente, aperte para selecionar a medição ACA (corrente alternada) ou DCA (corrente contínua). 5.2.3 – Conecte as sondas de teste em série com o objeto a ser medido, o mostrador LCD mostrará o valor medido. O sinal de polaridade do ADC também aparece quando estiver medindo corrente DC. O alcance é mudado automaticamente, a menos de l0A. Aperte ‘RANGE’ , o alcance pode ser selecionado manualmente até se obter uma leitura satisfatória. ATENÇÃO a) Se a magnitude da corrente for desconhecida, sempre comece com o alcance mais alto e reduza até obter uma leitura satisfatória. b) A medição da corrente mACX não deve ser sobrecarregada, caso contrário o fusível de 0,3A queima. Ele precisa ser trocado por um novo fusível com especificação de 0,3A (5x20mm). c) A medição da corrente de l0A não deve ser sobrecarregada, caso contrário o fusível de l0A queima. Ele precisa ser trocado por um novo fusível com especificação de l0A (6 x 25mm). A medição da corrente de l0A não deve durar mais que 15 segundos. 5.3. Medição de Resistência 5.3.1 – Conecte a sonda de teste preta no soquete COM e a sonda de teste vermelha na tomada ‘VΩΩΩΩF’. 5.3.2 – Ajuste o interruptor de função giratório para “ΩΩΩΩ”. 5.3.3 – Conecte as sondas de teste ao dispositivo a ser medido. O sinal de polaridade da sonda vermelha é positivo. O alcance é automaticamente mudado. Aperte ‘RANGE’, o alcance pode ser selecionado manualmente até se obter uma leitura satisfatória. ATENÇÃO Certifique-se de que todos os objetos, circuitos e componentes a serem medidos estão sem Tensão. 5.4. Teste de Capacitância 5.4.1 – Conecte a sonda de teste preta no soquete COM e a sonda de teste vermelha no soquete mACX. 5.4.2 – Ajuste o interruptor de função giratório para nF ou µµµµF. Conecte as sondas de teste no dispositivo a ser medido e o mostrador LCD mostrará ovalor medido. ATENÇÃO Certifique-se de que todos os objetos, circuitos e componentes a serem medidos estão sem Tensão. 5.5. Medição de Freqüência 5.5.1 – Conecte a sonda de teste preta no soquete COM e a sonda de teste vermelha no soquete VΩΩΩΩF. 5.5.2 – Ajuste o interruptor de função giratório para ‘kHz’. 5.5.3 – Conecte as sondas de teste ao objeto a ser medido. O mostrador LCD mostrará o valor medido. 5.6. Verificação de continuidade e teste de diodo 5.6.1 – Conecte a sonda de teste preta no soquete COM e a sonda de teste vermelha no soquete VΩF. 5.6.2 – Ajuste o interruptor de função giratório para . Aperte para selecionar o método de medição ou . 5.6.3 – Conecte as sondas de teste ao objeto a ser medido. O valor medido do diodo aparece no mostrador LCD. 5.6.4 – Se a resistência de linha for menor que 20Ω, um sinal acústico é emitido. Pode ser usado para verificar a continuidade rapidamente. ATENÇÃO Nunca meça capacitores carregados, já que uma possível descarga poderia destruir sua unidade de medição. 5.7. Auto-Desligamento A unidade se desligará automaticamente se não for usada por 10 minutos. Aperte o interruptor On/Off para ligar a unidade. OBSERVAÇÃO: Este medidor tem duas faixas de capacitância, 326nF e 32.6uF. O ponto decimal vai ser incorretamente colocado quando se mudar o alcance no botão pressionado durante a medição da capacitância. ANEXO I - MANUAL DO MULTÍMETRO DIGITAL ET-2055 ANEXO J MANUAL DO OSCILOSCÓPIO MINIPA MO-1222 ANEXO K Minipa – MFG-4201 Gerador de Função Guia de Aulas Práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 119 ANEXO L - MultiSim – WEWB Figura 1 – Apresentação do MultiSim – EWB MultiSim é uma ferramenta de projeto de sistemas que oferece uma grande base de dados de componentes, entrada de esquemas, simulador analógico/digital SPICE completo, entrada e simulação de projetos VHDL/Verilog, síntese de FPGA/CPLD, entre outras aplicações, disponibilizando em uma única interface gráfica fácil de usar para todas as suas necessidades de projeto. Tutorial: 1 – Iniciando o MultiSim Vá ao menu iniciar, e selecione o aplicativo MultiSim que está na pasta MutiSim. Após alguns instantes aparecerá a tela a seguir. Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 120 Figura 2 – Tela gráfica do MultiSim Esta é a tela gráfica de edição de circuitos do MultiSim. Acima existem os menus de utilitários seguidos pelas teclas de edição de imagem e seleção de conjuntos de ferramentas. As teclas de componentes eletrônicos e instrumentos de medição estão pressionadas. Do lado esquerdo se encontram as opções de componentes a serem utilizados, e do lado direito as opções de instrumentos de medida disponíveis. 2 – Desenhando um circuito eletrônico Para editar o desenho de um circuito eletrônico, basta pressionar uma das teclas de seleção de componentes e escolher um dos componentes que se deseja. Pressione a primeira tecla e selecione uma bateria (uma fonte de tensão contínua). Posicione-a em um ponto qualquer da tela. Pressione a segunda tecla (resistores) e selecione um resistor. Aparecerá um menu de valores de resistências. Escolha uma de 1kΩ, por exemplo. Continue editando até montar o circuito da figura 3. Para posicionar o resistor de 2kΩ na vertical, libere-o na tela e depois selecione-o novamente, vá ao menu Edit e escolha a opção de girar 90º. Guia de Aulas Práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 121 Figura 3 – Divisor Resistivo no MultiSim 3 – Como fazer medidas nos circuitos editados Após isto, vamos fazer uma medição de tensão sobre o resistor de 2kΩ. Selecione o primeiro instrumento de medição na coluna da direita, é um multímetro, e posicione-o ao lado do desenho do circuito. Ligue o terminal ( + ) à parte superior do resistor e o terminal ( – ) à parte inferior. Veja o desenho. Figura 4 – Medição de tensão no MultiSim Para fazer aparecer o instrumento maior ao lado do circuito, dê um duplo click sobre o desenho pequeno, ligado ao resistor de 2kΩ. Duplo Multímetro Sim Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 122 Pressione a tecla V do multímetro (desenho maior) para medir tensão. Pressione a tecla de medição de corrente contínua ( – ). Pressione a tecla de simulação (Sim) para fazer funcionar e ver o resultado da medida no multímetro. Você deverá ver o seguinte resultado: Figura 5 - Voltímetro Desligue o botão Sim, de simulação. Salve o seu projeto com um nome que você escolher. Vá ao menu File e escolha “Save_as”. Dê um nome para o seu circuito. Utilize outro multímetro para medir a corrente através do resistor de 1kΩ. Para isto você deverá pressionar a tecla A no multímetro. 4 – Circuitos de corrente alternada Edite o circuito abaixo no MultiSim e verifique as formas de onda sobre o resistor e o capacitor utilizando o osciloscópio. Para mudar o valor da tensão da fonte, dê um duplo click sobre ela, e uma janela de opções de configuração vai aparecer. Figura 6 – Medição com osciloscópio Ajuste a escala de tempo do osciloscópio para 500µs/div, as escalas verticais para 5V/div, e pressione a tecla de inversão do canal 2 (tecla - ). Guia de Aulas Práticas de Eletrônica Básica Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Lavras - 2009 123 Figura 7 – Osciloscópio do MultiSim tecla de inversão.