LAB0 - InstrumentosMedicao - Pt II.

Prévia do material em texto

Profa Ruth P.S. Leão Email: rleao@dee.ufc.br 1 
 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ - UFC 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA - DEE 
CURSO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS EM C.A. 
PROF: RUTH P.S. LEÃO 
 
 
 
MEDIÇÕES COM OSCILOSCÓPIO EM CIRCUITOS BÁSICOS EM CA 
 
OBJETIVOS 
− Medir de tensão e corrente com o auxílio de osciloscópio 
− Verificar defasamento entre as ondas de tensão e corrente 
 
MATERIAL A SER UTILIZADO NA PRÁTICA 
− Fonte de Alimentação CA em 220/110V 
− Variac 0-240VCA 
− Banco de resistores Mod. 111A432 
Valor Nominal 125Ω ± 10% 
Tensão de Alimentação 80V 
− Banco de Indutores Mod. 111A434 
Valor Nominal 1,47H ±10% 
Tensão de Alimentação 220V 
− Banco de Capacitores Mod. 111A433 
Valor Nominal 9,22µF ±10% 
Tensão de Alimentação 220V 
− Voltímetro CA 0-250V 
− Amperímetro CA 
− Osciloscópio 
 
SOBRE O OSCILOSCÓPIO 
O osciloscópio é basicamente um instrumento gráfico, largamente utilizado no campo da 
engenharia elétrica, que apresenta a forma de onda de um sinal elétrico. Na maioria das 
aplicações o gráfico mostra como os sinais mudam com o tempo: o eixo vertical (Y) 
representa tensão e o eixo horizontal (X) representa tempo. O gráfico desenhado na tela de 
um osciloscópio traz muitas informações sobre o sinal, como: 
a) os valores de tempo e tensão; 
b) a frequência de oscilação; 
c) podem ser visualizadas as “partes móveis” de um circuito representada pelo sinal; 
d) pode ser verificado se o mal-funcionamento de um componente está distorcendo o sinal; 
e) pode ser determinado quanto de um sinal é contínuo (CC) ou alternado (CA); 
f) quanto do sinal é ruído, e se o ruído está variando no tempo. 
 
A Figura 1 mostra o exemplo de um osciloscópio com suas principais funções. O painel de 
um osciloscópio normalmente tem seções de controle divididas em: 
• Vertical (VOLTS/DIV: volts/divisão) - ajusta a amplitude do sinal; 
• Horizontal (TIME/DIV: segundos/divisão) - dá a base do tempo, isto é, o tempo 
por divisão. Uma base de tempo pequena desenha sobre a tela uma linha sólida; 
• Acionamento (TRIG: trigger) - estabiliza um sinal repetitivo ou aciona um 
evento único (não-repetitivo). 
Baseado no osciloscópio da Figura 1, uma descrição das principais funções disponíveis em 
seu painel segue abaixo: 
Profa Ruth P.S. Leão Email: rleao@dee.ufc.br 2 
• INTENS e FOCUS: regulam a intensidade e o foco do sinal; 
• Y-POS e X-POS: deslocam o sinal vertical (eixo Y) e horizontalmente (eixo X); 
• CAL: calibração. Apresenta um sinal contínuo (0,2V) ou pico a pico (2V), por 
exemplo, para servir de referência para calibração das entradas vertical ou horizontal; 
• Chave DC-AC-GD: para leitura de sinais com níveis DC, puros sinais AC e ajuste 
de terra (GD); 
• HOLD OFF: introduz um atraso relativo ao trigger; 
• TRIG INP: entrada do sinal externo de trigger (trigger input); 
• +/-: o trigger do sinal ocorre na sua subida (+) ou na sua descida (-); 
• TV SEP: para leitura de sinais de televisão; 
• Chave AC-DC-HF-LF- ~: permite medições em diferentes faixas de freqüências: 
30-1 MHz (AC); 0-1 MHz (DC); >1 MHz (HF – high frequency); <1 kHz (LF – low 
frequency); ~ (50 Hz - frequência fixa); 
 
Existem também dispositivos de controle e conectores de entrada (probes). É necessário 
ajustar os ajustes de controle Vertical, Horizontal e Trigger para obter uma medida precisa. 
 
A maioria dos osciloscópios possui no mínimo dois canais de entrada e cada canal pode 
mostrar uma forma de onda na tela. Osciloscópios com múltiplos canais são úteis para 
comparar formas de ondas. 
 
Os Probes de um osciloscópio são projetados para não influenciar nos comportamento do 
circuito testado. Entretanto, nenhum instrumento de medida pode atuar como um 
observador perfeitamente invisível. Para tanto, um atenuador de 10X, 100X, etc. é 
construído no probe para minimizar o efeito do probe sobre o circuito. Os atenuadores 
aumentam a precisão das medidas, mas reduzem a amplitude do sinal sobre a tela pelo 
fator de atenuação (p.ex. 10 ou 100). Para medição de sinais fracos usa-se o probe 1X, que 
não causa atenuação, entretanto introduz interferência no circuito. 
 
Ao medir um sinal são necessárias duas conexões: a conexão da ponta do probe e a 
conexão terra. Na prática, o conector terra do probe é conectado ao ‘terra’ do circuito. Se 
mais de um canal está sendo utilizado, certifique-se que os ‘terras’ dos probes estão 
em um mesmo ponto (terra) no circuito. 
 
 
Figura 1. Osciloscópio Hameg HM 203-6. 
Profa Ruth P.S. Leão Email: rleao@dee.ufc.br 3 
Os osciloscópios podem ser do tipo analógico ou digital. Um osciloscópio analógico 
apresenta diretamente a forma de onda de uma tensão medida. Um osciloscópio digital 
divide a onda em amostras e usa um conversor analógico-digital para converter a tensão 
amostrada em informação digital (números binários discretos). A informação digital então 
reconstrói a onda que é mostrada na tela. Cada tipo de osciloscópio, analógico e digital, 
possui características e aplicações próprias. 
 
PROCEDIMENTO 
 
a) Monte o circuito de corrente mostrado na Figura 2, com a fonte CA ajustada para 80V 
(tensão fase-neutro). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2 Circuito CA. 
 
b) Com a forma de onda do sinal de entrada apresentada no monitor do osciloscópio, 
determine a frequência e o valor de pico do sinal de entrada. 
 
c) Coloque ao mesmo tempo na tela do osciloscópio as formas de onda medidas em CH1 e 
CH2. Anote os valores medidos. Qual o valor da tensão em R2 ? Qual a tensão em R1? 
 
d) Substitua o resistor R2 por um indutor L e meça o tempo de deslocamento entre as 
ondas e o ângulo de fase. Qual a onda adiantada? Use a função X-Y de Lissajour para 
calcular o ângulo de defasagem ! = !"#!! ! ! , em que a representa a distância entre 
o centro da elipse e o ponto onde esta corta o eixo y e b representa a distância entre o 
centro da elipse e o ponto máximo da figura de Lissajour. Explique o resultado obtido. 
 
i) Meça a resistência R1 do circuito usando um ohmímetro (o circuito deve estar 
desenergizado para a medição da resistência). Calcule a expressão S=|VF|/|VL| e o 
valor de L. Qual a constante de tempo τ do circuito RL? 
 
e) Se o ‘terra’ do osciloscópio é transferido para o ponto P no circuito, interprete o 
significado das ondas obtidas. Use a função Math para operação das tensões. 
 
f) Substitua o indutor L por um capacitor C e repita as medições interpretando os 
resultados. 
 
g) Calcule os valores das reatâncias indutiva e capacitiva nos circuitos RL e RC. 
 
h) Explique: 
• Para o circuito resistivo !! + !! = 80!. 
• Para os circuitos indutivo e capacitivo !! + !! ≠ 80!. 
 
 
R1 
R2 ~ V VF=80V 
CH1 
CH2 
P 
A 
Profa Ruth P.S. Leão Email: rleao@dee.ufc.br 4 
 
 
 
QUESTÕES 
1. Uma tensão senoidal tem um valor de pico de 20 V. Qual o valor instantâneo da onda a 
65o de seu cruzamento por zero? 
2. A indutância é a propriedade de um circuito elétrico que se opõe a qualquer mudança 
de _____________ (tensão, corrente, frequência). A indutância permite que a energia 
seja armazenada em um campo _______________ (elétrico, magnético). 
3. Quando a frequência da tensão aplicada a um circuito RC série cresce, o que acontece à 
reatância capacitiva? O que acontece com a magnitude da impedância total? O que 
acontece com o ângulo de fase? Justifique.