Turmas: 1A ELT 1B ELT

(1)

CURSO INTEGRADO

1º ANO

Turmas: 1A ELT / 1B ELT

APOSTILA DE MEDIDAS

APOSTILA DE MONTAGEM

APOSTILA DE PAINEL

ALUNO: _______________________________________________ TURMA: _______ Tel. de contato em caso de perda da apostila: _______________

CEFET-RJ: Av. Maracanã, 229 _– bloco B / 3º andar Rio de Janeiro - RJ 20271-110 / Brasil Telefone: 2566 3153 / 2566 3197

(2)

Adriano Martins Moutinho Alberto Jorge Silva de Lima

André de Souza Mendes Aridio Schiappacassa de Paiva

Carlos Alberto Gouvêa Coelho

Edgar Monteiro da Silva

Eduardo Henrique Gregory Pacheco Dantas Igor Vital Rodrigues

José Carlos Andrades José Fernandes Pereira

José Mauro Kocher Marcos de Castro Pinto

Mauro da Silva Alvarez

Milton Simas Gonçalves Torres

Paulo César Bittencourt

Paulo José Monteiro da Cunha Péricles Freire dos Santos Roberto Augusto Freitas Dias

Rui Márcio Carneiro Arruda

Sahid Almeida

Coordenador do Curso: Marcos de Castro Pinto

(3)

(4)

2

PREFÁCIO

Bem-vindos a mais um ano de desenvolvimento e ensino tecnológico na área de eletrônica!

Esta apostila é o resultado da elaboração de roteiros de práticas desenvolvidas pelos professores do curso ao longo dos últimos anos. Seu objetivo é auxiliar nas atividades práticas de laboratório do ensino de eletrônica do CTE (Curso Técnico de Eletrônica) do CEFET/RJ, complementando o ensino das aulas teóricas.

O seu bom uso pelo aluno para preparação das atividades práticas, bem como

para as subsequentes avaliações, consiste em: uma leitura prévia, registro dos

resultados nos locais indicados (e/ou uso de um caderno), além de anotações

adicionais que cada um julgar ser necessário. Isso implica um uso essencial da apostila

durantes as aulas, caso deseje um bom rendimento.

Contudo, não constitui o único meio de auxílio nas atividades práticas do curso nem tão pouco um trilho a ser seguido sem possiblidade de alteração de rumo. Trata-se de um orientador de atividades.

Por tratar-se de um instrumento de auxílio nas práticas, a sua constante atualização é parte do processo de ensino da eletrônica e toda sugestão ou crítica é bem-vinda.

Esta apostila pode ser copiada e usada livremente, resguardado seu direito autoral e a propriedade do CEFET/RJ que deve ser sempre mencionada.

Aprecie sem moderação!

(5)

3

Sumário

A

APPOOSSTTIILLAA DDEE MMEEDDIIDDAASS 55

1

1ªª PPRRÁÁTTIICCAA 66

Resistores Fixos e Variáveis: códigos de leitura de valores 6

2

2ªª PPRRÁÁTTIICCAA 1616

Medidas de resistência elétrica e de tensão com multímetros analógico e digital 16

3

Medida de resistência elétrica e comprovação de Lei de Ohm 21

4

Circuito série de corrente contínua e LED – Diodo Emissor de Luz 24

5

Diodo Semicondutor 28

6

Osciloscópio Analógico 31

7

7ªª EE 88ªª PPRRÁÁTTIICCAASS 4040

Retificação com Diodo de Junção e Filtro Capacitivo 40

A

APPOOSSTTIILLAA DDEE MMOONNTTAAGGEEMM 5252

1

Normas e procedimentos básicos , ferramentas e materiais 53

2

Montagem de ponteiras de prova 58

3

Montagem de Redutor de Potência para ferro de soldar 69

4

Montagem de alarme sonoro com o CI NE 555 e microswitch 71

5

Montagem de um cabo coaxial 75

A

APPOOSSTTIILLAA DDEE PPAAIINNEELL 8383

1

1ºº PPAAIINNEELL DDEE EESSTTUUDDOO 8484

Protoboad, Medidas de Resistência e Tensão 84

2

2ºº PPAAIINNEELL DDEE EESSTTUUDDOO 9393 Medida de resistência elétrica e comprovação de Lei de Ohm 93

3

(6)

4

Pilhas e Baterias 96

4

Uso do Osciloscópio e do Gerador de Sinais 104

5

Componentes Eletrônicos - Capacitores 108

6

Componentes Eletrônicos – 115

Indutores, Transformadores e Transdutores Eletroacústicos 115

7

(7)

5

A

P

O

S

T

I

L

A

D

E

M

E

D

I

D

A

S

(8)

6

1ª PRÁTICA

Resistores Fixos e Variáveis: códigos de leitura de

valores

OBJETIVOS

 Identificar os diversos tipos de resistores;

 Decodificar os resistores fixos, utilizando a codificação correspondente;

 Medir resistores com o multímetro digital;

 Justificar as discrepâncias nas medidas realizadas.

INTRODUÇÃO

Resistor é um dispositivo cuja finalidade principal é introduzir uma resistência elétrica em um circuito eletro-eletrônico. Todo resistor tem como principal característica

o valor nominal, dada em ohm, cujo símbolo é a letra grega Ω (ômega). De acordo com

a Associação Brasileira de Normas Técnicas - A.B.N.T - o símbolo do resistor é o que segue:

Fig. 1.0 – Resistor Fixo - Simbologia

São fabricados resistores desde alguns décimos de ohms até alguns milhões de ohms. Em sua fabricação, os valores nominais dos resistores sofrem desvios para mais ou para menos, denominados de tolerância nominal. As tolerâncias mais comuns são 5% e 10%. Os resistores com tolerância inferiores a 5% (ex. 1%, 2%), são chamados de resistores de precisão.

Quando um resistor é atravessado por uma corrente elétrica, ele se aquece e dissipa uma certa quantidade de energia. Esse aquecimento pode danificar o resistor, a menos que possa dissipar para o ambiente essa energia térmica. Desse modo, o resistor deve ter um tamanho tal que todo o calor gerado seja rapidamente transferido ao meio ambiente, ficando o resistor a uma temperatura inferior à de destruição. O fabricante do resistor indica, através da potência nominal e de seu tamanho, o calor suportado e dissipado por ele, cuja unidade é o watt (símbolo: W).

(9)

7

Fig. 1.1 – Aspecto de um resistor Fig.1.2 – Imagens de resistores

O seu tamanho, associado à sua tecnologia de fabricação, corresponde a sua potência nominal.

Os resistores de precisão possuem cinco faixas coloridas em seu corpo,

sendo que a primeira, a segunda e a terceira faixa correspondem, respectivamente, ao primeiro, ao segundo e ao terceiro algarismo significativo; a quarta faixa de cor corresponde ao multiplicador e a quinta corresponde à tolerância. Neste caso, a tabela também vale, desde que se inclua mais uma faixa (3º dígito).

Tabela 1 - Código de cores para resistores fixos com quatro e cinco faixas:

Os resistores podem ser classificados de acordo com a variação de sua resistência elétrica em:

-Resistores Fixos - o valor de sua resistência não pode ser modificado;

-Resistores Variáveis e Ajustáveis - o valor de sua resistência pode sofrer modificações;

(10)

8 Os fabricantes fornecem uma série de informações sobre as propriedades dos resistores, que irão determinar o seu emprego. Destacamos abaixo as principais:

 Valor Nominal - É o valor declarado para o resistor. Expresso em OHMS ();

 Tolerância - Indica o desvio máximo do valor da resistência do resistor em relação

ao seu valor nominal. É expressa em porcentagem;

 Potência Nominal - Em um resistor, toda energia aplicada é transformada em calor.

Assim, potência nominal indica a potência contínua máxima em Watts que um resistor pode dissipar.

A norma IEC63 determina as séries básicas de valores, tomadas como referência para os resistores.

Tabela 2– Valores comerciais de resistores fixos

E 03 E 06 E 12 E 24

10 10 10 10

11 12 12 13

15 15 15

16 18 18 20

22 22 22 22

24 27 27 30

33 33 33

36 39 39 43

47 47 47 47

51 56 56 62

68 68 68

75 82 82 91



 Se observarmos a Série E 12, poderemos deduzir alguns valores típicos, a saber:



(11)

9

TIPO BÁSICOS DE RESISTORES

1 - Resistores Fixos

Podem ser de fio, de carvão, de filme e em montagem em superfície.

1.1 - Resistores de Fio

Adequados para o uso em potências elevadas (1/2 W a 200 W) e em

baixas frequências. São constituídos enrolando-se um fio de liga metálica, de grande resistividade, sobre um núcleo, e protegendo-o com um invólucro adequado. O fio metálico, constituído de uma liga de níquel-cromo-ferro, é enrolado na forma de espiras espaçadas sobre um núcleo. Esse núcleo é um tubo de metal cerâmico sendo a porcelana esteatita a mais utilizada. O revestimento protetor é um esmalte vitrificado, que se consegue adicionando pó de vidro ao esmalte e aquecendo a mistura a alta temperatura. Nos extremos, fazendo contato com o enrolamento, são presos terminais de ligação.

Fig.1.3 – Resistor de fio (com vista parcial interna)

1.2 - Resistores de Carvão Aglomerado

Utilizados em quase todos os circuitos, são fabricados para valores que vão desde ohms a vários megaohms, e com potência de dissipação desde 1/8 W até 3 W.

A sua técnica de fabricação consiste em pressionar um finíssimo pó de carbono, junto com um material aglomerado. A resistência do elemento é determinada pela proporção de carbono para o material aglomerado.

Fig.1.4 – Resistor de carvão aglomerado (com vista parcial interna)

1.3 - Resistores de Filme

Utilizados em quase todos os circuitos, são fabricados para o uso em altas freqüências. Todos os tipos possuem um corpo cilíndrico de cerâmica de alta qualidade, sobre o qual é depositado um filme homogêneo, que pode ser:

A - Carbono puro, depositado pela pirólise de um hidrocarboneto gasoso; B - Níquel depositado pelo processo "electroless" (para valores resistivos menores que 10 ohms);

C - Níquel-Cromo, depositado por evaporação de ligas metálicas;

D - Vítreo-Metálico. Tampas de contato de uma liga metálica especial são colocadas sob pressão nas extremidades do corpo do resistor e a elas são soldados por fusão.

(12)

10 é revestido por quatro ou mais camadas de verniz para proteção elétrica, mecânica e

climática.

(a) (b)

Fig. 1.5 a e b – Resistor de filme

1.4 - Resistores em Montagem em Superfície (SMD)

A tecnologia SMD é a técnica de fabricação atual de componentes que permite a confecção de circuitos bastante reduzidos se comparados aos usuais (mesmo integrados).

Podemos encontrá-la nos telefones celulares, em câmeras de vídeo, equipamentos médicos, indústria automotiva e outros aparelhos de tamanho reduzido.

a) Resistor SMD - Detalhe b) Armazenamento de venda

Fig. 1.6 a e b – Resistor SMD

(13)

11 Os resistores SMD têm 1/3 do tamanho dos resistores convencionais. São soldados do lado de baixo da placa, pelo lado das trilhas, ocupando muito menos

espaço. Por serem extremamente pequenos, não utilizam o código de cores. Seu valor

é marcado no corpo através de três números, sendo o 3° algarismo correspondente ao número de zeros.

Ex: 102 significa 1.000  = 1 k.

Códigos para Resistores SMD

Os valores são indicados por três ou quatro dígitos, sendo esta última notação mais rara. O último dígito é a quantidade de zeros a acrescentar aos primeiros. Quando o

valor é menor que 10  há uma letra R no lugar da vírgula.

(14)

12

JUMPERS SMD

Os jumpers (ligações diretas - curtos) vêm com a indicação 000.

2 - Resistores Variáveis e Ajustáveis

Apesar de cada vez menos utilizados, os Resistores Variáveis são aqueles que permitem uma variação contínua do seu valor, apresentando para isso três terminais. Como exemplo, temos os potenciômetros.

Fig.1.10 – Imagens de potenciômetros

Resistores Ajustáveis são aqueles que permitem um ajuste eventual de seu valor (sendo este uma vez encontrado, não será mais modificado). Como exemplo

temos o resistor com derivação móvel e os trimpots (trimming potentiometer).

Fig. 1.11 – Imagens de Trimpots

(15)

13 Existem vários tipos de potenciômetros; os mais importantes são:

Simples – Possuem uma única pista.

Fig. 1.12 – Ilustração de um Potenciômetro Simples

Múltiplos - contam com mais de uma pista, com comando único (tandem) ou não.

Fig. 1.13 – Ilustração de um Potenciômetro Múltiplo

Deslizantes – possuem uma pista reta (em vez de circular).

Fig. 1.14 – Ilustração de um Potenciômetro Deslizante

Multivoltas– Usados em ajustes de precisão.

Fig.1.15 – Detalhe interno de um multivoltas Fig. 1.16 – Imagem de um trimpot multivoltas

Muitas vezes é utilizado o próprio eixo do potenciômetro para comandar uma chave interruptora. Neste caso, são chamados de potenciômetros com chave.

Quanto à função-resposta, os potenciômetros podem ser lineares ou não-lineares.

Os lineares apresentam uma largura de pista constante. Assim, para uma mesma variação em graus do seu cursor, teremos a mesma variação do valor de resistência.

(16)

14 resistência pode seguir diversas funções matemáticas, sendo a logarítmica a mais comum. São normalmente empregados nos controles de volume de som.

Fig. 1.17 – Potenciômetro Linear Fig.1.18 – Potenciômetro Não-linear

Nos resistores com derivação móvel, o valor de sua resistência varia quando a derivação é deslocada. Apresentam a mesma construção que o resistor de fio, com a particularidade de que o recobrimento de esmalte vitrificado dispõe de uma abertura para permitir a união do contato móvel deslizante com o fio. Geralmente é empregado como divisor de tensão. Como nos trimpots, os ajustes são semipermanentes. Assim sendo, apresentam uma fenda para esse ajuste. Seu valor nominal está entre 100 ohms e 3,3 megaohms.

Fig.1.19 – Ilustração de um Resistor de derivação móvel

De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas - A.B.N.T - o símbolo do resistor variável é o que segue abaixo:

Fig. 1.20 – Resistor Variável - Simbologia

3 - Resistores Especiais

Os Resistores Especiais têm sua resistência influenciada por fatores externos. Nesta categoria incluímos os termistores: o NTC (coeficiente negativo de temperatura), aumenta sua resistência quando a temperatura diminui e vice-versa; já o PTC (coeficiente de temperatura positiva) varia sua resistência no mesmo sentido da temperatura.

(17)

15 Incluímos nesta categoria também o VDR (resistor dependente da tensão) e o LDR (resistor dependente da luz).

Fig.1.22 – Aspecto, símbolo e leitura do valor de VDRs

Fig. 1.23 – Aspecto e símbolo do LDR

PROCEDIMENTO

1. Observe detalhadamente o material fornecido.

2. Classifique, em tipo e aplicação, os resistores fornecidos.

RESISTOR TIPO APLICAÇÃO

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

3. Decodifique os resistores usando o seu código.

1ª Cor 2ª Cor 3ª Cor 4ª Cor 5ª Cor Valor

Nominal Tolerância Potência Nominal R1

(18)

16

2ª PRÁTICA

Medidas de resistência elétrica e de tensão com

multímetros analógico e digital

OBJETIVOS

 Medir resistores com o multímetro analógico e com o multímetro digital;

 Medir tensões contínuas com o multímetro analógico e com o multímetro digital.

INTRODUÇÃO

O multímetro é um aparelho eletrônico que possibilita medidas de tensão alternada (VAC ou V~), tensão contínua (VDC ou V), resistência (R ou ), corrente contínua (ADC ou A) e, em alguns casos, corrente alternada (AAC ou A~).

MULTÍMETRO ANALÓGICO

(19)

17 DESCRIÇÃO DOS CONTROLES DO MULTÍMETRO ANALÓGICO

1. Escala de resistência ();

2. Escala de tensão e corrente DC; 3. Escala de tensão AC;

4. Escala de ganho de transistor (hFE);

5. Escala de decibéis (dB);

6. Escala para verificação das condições da bateria; 7. Parafuso de ajuste do "ZERO";

8. Terminal para encaixe do transistor; 9. Botão de ajuste de "ZERO ".

10.Terminal para medidas de resistência, tensão AC/DC, corrente DC (exceto para

corrente de 10 A e tensão de 1000 V DC). Conecte a ponta de prova vermelha neste

terminal ("VA");

11. Chave Seletora de Funções;

12. Terminal "COM". Conecte a ponta de prova preta;

13. Terminal para medir corrente de 10 A DC. Conecte a ponta de vermelha neste

terminal;

MATERIAL UTILIZADO

Resistores: R1 = 33 k_{; R2 = 82 k}_{; R3 = 270 k}_{; R4 = 560 k}_{; R5 = 2,2 M} Multímetro Analógico; Multímetro Digital; Pilhas e Fonte de Alimentação DC Ajustável.

PROCEDIMENTO 1

A) Inicialmente, utilizaremos o multímetro analógico como medidor de resistência elétrica (função ohmímetro). Para esta utilização, seguiremos os procedimentos abaixo:

1. Identifique os resistores utilizando o código de cores;

2. Conecte as pontas de prova nos terminais "COM" e "VA" do multímetro;

3. Selecione a chave seletora de funções para a escala de resistência apropriada, de acordo com o valor do resistor a ser medido. Note que a chave multiplica (X1,

X100, X1 k) os valores marcados na escala de Ohms;

4. Encoste uma ponta de prova na outra e ajuste o botão "ajuste de Zero " até que o ponteiro indique, na escala de resistência, valor igual a ZERO;

5. Apanhe uma resistência e conecte as pontas de prova em seus terminais; 6. Leia o valor indicado na escala de resistência; e

7. Multiplique o valor encontrado pela escala escolhida.

(20)

18 Observações

1) Se não for possível o ajuste de "ZERO" nas escalas de resistência, a bateria do multímetro está fraca e deve ser trocada.

2) Para medir resistência, o componente (resistor) tem de estar desligado de qualquer circuito. Se ele estiver soldado em um circuito, será necessário desenergizar o circuito e dessoldar um de seus terminais.

3) Não se deve tocar ambas as pontas de prova com os dedos ao fazer as medidas, pois a resistência do corpo humano pode alterar o resultado.

B) Agora utilizaremos o multímetro analógico como medidor de tensão elétrica (função voltímetro). Para esta utilização, seguiremos os procedimentos abaixo:

1. Identifique o valor nominal de tensão das pilhas;

3. Selecione a chave seletora de funções para a escala de tensão contínua apropriada, de acordo com o valor da tensão a ser medida. Note que a posição da chave indica o maior valor de tensão da escala;

4. Encontre, no mostrador, a escala correspondente à posição da chave; ela termina com o mesmo valor da chave ou com um múltiplo ou submúltiplo dele;

5. Apanhe uma pilha e encoste as pontas de prova em seus terminais, observando a polaridade (vermelho no positivo e preto no negativo; não inverta!);

6. Leia o valor indicado na escala de tensão; e

7. Faça a conversão do valor lido na escala graduada, de acordo com a relação entre o máximo dessa escala e a posição da chave seletora.

Anote na tabela apresentada na última página. Repita para outra(s) pilha(s) e para a fonte de tensão (saída DC).

!

Dica :

(21)

19

MULTÍMETRO DIGITAL

Descrição dos controles do multímetro digital.

1. Mostrador - onde o valor (magnitude) da grandeza é lido.

2. Chave rotativa - seleciona a grandeza que se quer medir e o fundo de escala (alcance).

3. Terminal de entrada de "10 A" - usado junto com o “COM”, somente para o

alcance de 10 A, sendo ligada nele a ponta de prova positiva (vermelha).

4. Terminal de entrada "COM" - nele é ligada a ponta de prova preta, para

qualquer medição; se a grandeza medida for contínua, esta ponteira é ligada ao

negativo ( - ).

5. Terminal de entrada "V  A" - nele é ligada a ponta de prova vermelha, para

qualquer medição; se a grandeza medida for contínua, esta ponteira é ligada ao

positivo ( + ).

6. Interruptor de alimentação - liga e desliga o aparelho; deve ser sempre desligado quando se termina o uso, para evitar o esgotamento da bateria interna. 7. Tampa da bateria - permite o acesso ao compartimento da bateria interna, para

sua troca.

8. Parafuso da caixa - permite o acesso ao interior do instrumento, para manutenção.

PROCEDIMENTO 2

A) Nesta etapa utilizaremos o multímetro digital como medidor de resistência elétrica (função ohmímetro). Para esta utilização, seguiremos os procedimentos abaixo: 1. Identifique os resistores utilizando o código de cores.

3. Selecione a chave seletora de funções para a escala de resistência apropriada, de acordo com o valor do resistor a ser medido. Note que a chave indica o maior valor que pode ser medido naquela escala;

(22)

20 O valor encontrado equivale ao valor da resistência oferecida pelo resistor escolhido. Anote na tabela apresentada na última página.

B) Agora utilizaremos o multímetro digital como medidor de tensão elétrica (função voltímetro). Para esta utilização, seguiremos os procedimentos abaixo:

1. Identifique o valor nominal de tensão das pilhas.

3. Selecione a chave seletora de funções para a escala de tensão contínua apropriada, de acordo com o valor da tensão a ser medida. Note que a posição da chave indica o maior valor de tensão da escala;

4. Apanhe uma pilha e conecte as pontas de prova em seus terminais, observando a polaridade (vermelho no positivo e preto no negativo; se inverter, aparecerá um sinal de menos no mostrador);

5. Leia o valor indicado diretamente no mostrador.

Anote na tabela apresentada na última página. Repita para outra(s) pilha(s) e para a fonte de tensão DC.

Observações

1) O aparecimento do número 1 no canto esquerdo do mostrador do multímetro digital

indica que o valor a ser medido é maior que o limite da escala escolhida; aumente a

escala, até fazer uma leitura diferente. Isto vale para resistência, tensão e corrente. Em alguns multímetros, essa indicação aparece com as letras OL, abreviatura de

overload (sobrecarga, em inglês).

2) Se você não sabe o valor da tensão (ou corrente) que vai medir, comece da maior escala e não da menor. Para resistência, isso não importa.

TABELAS

Resistência _{Valor Real}

Valor Nominal Multímetro Analógico Multímetro Digital

R₁ = R₂=

R3=

R4=

R₅ =

Tensão _{Valor Real}

Valor Nominal Multímetro Analógico Multímetro Digital

(23)

21

3ª PRÁTICA

Medida de resistência elétrica e comprovação de Lei

de Ohm

OBJETIVOS

 Medir o valor dos resistores fornecidos;  Montar o circuito proposto;

 Ajustar a fonte de tensão;

 Medir a tensão elétrica e a corrente elétrica no circuito;

 Comparar os valores medidos com os calculados pela Lei de Ohm

INTRODUÇÃO

A Lei de Ohm estabelece que a corrente elétrica, ao percorrer um resistor, desenvolve sobre ele uma queda de tensão E, que é diretamente proporcional ao

valor do resistor:

E = I x R I

E R

Os fios (condutores) que interligam os componentes do circuito são considerados, na maioria das vezes, como tendo resistência nula (igual a zero ohm). Assim, o valor da tensão presente nos terminais da fonte (E) é o mesmo da tensão presente nos terminais do resistor.

Tendo o valor de duas das grandezas indicadas, você pode obter o valor da terceira. Portanto, além da equação já fornecida para a Lei de Ohm, também temos:

I = E e R = E

R I

E

R I

No circuito ao lado, E é uma fonte de

tensão, R é um resistor e I é corrente elétrica que circula no circuito fechado.

O circuito é dito fechado quando a fonte e a carga (no caso, o resistor) estão interligadas.

Um recurso para memorizar as relações da Lei de Ohm é o triângulo ao lado. Se você cobrir com o dedo a grandeza que quer calcular, aparece a relação entre as demais.

(24)

22

MATERIAL UTILIZADO

 1 resistor de 4,7 k  1 resistor de 15 k  1 resistor de 33 k  1 resistor de 47 k

 Protoboard

 Fonte de Alimentação DC Ajustável

 Multímetro

PROCEDIMENTOS

1. Meça o valor de cada resistor e anote. Isso é importante para o cálculo correto das grandezas no circuito.

Valor nominal (lido) Valor real (medido)

4,7 k 15 k 33 k 47 k

2. Ajuste a fonte de tensão em 12 volts. Para isso, coloque o multímetro digital

na função V_DC, fundo de escala em 20 V, em paralelo à fonte de tensão, ou

seja, ligue a ponteira preta ao terminal de massa (preto) da fonte e a ponteira vermelha ao terminal +V (vermelho) da fonte.

Confira a polaridade do instrumento e se o potenciômetro da fonte está na posição mínima (todo para a esquerda).

Ligue a fonte e gire o potenciômetro até ler no medidor o valor da tensão desejada.

3. Monte o circuito, com um resistor de cada vez.

(25)

23 4. Aplique a tensão elétrica, ajustada, entre os extremos do resistor, conforme

indicado no circuito.

5. Meça a tensão elétrica sobre o resistor e anote no quadro adiante.

E R

6. Meça a intensidade da corrente elétrica no circuito, da seguinte maneira. a) Ligue a ponta de prova vermelha do multímetro no terminal mA e a preta

em COM;

b) Na chave seletora, coloque na escala de 20 mA; c) Desligue o terminal positivo da fonte do resistor;

d) Ligue o multímetro entre a fonte e o resistor e meça o valor da corrente, anotando no quadro adiante. Se necessário, diminua a escala, para uma leitura mais precisa.

E R

7. Repita os itens 1 a 6 para cada um dos resistores.

8. Complete a tabela, calculando o valor da intensidade da corrente, em cada caso, usando para isso o valor real dos resistores. Compare os valores calculados e os medidos.

Resistores Tensão medida _{corrente medida}Intensidade da _{corrente calculada}Intensidade da R1 =

R2 =

R3 =

(26)

24

4ª PRÁTICA

Circuito série de corrente contínua e LED

–

Diodo

Emissor de Luz

OBJETIVOS

 Montar os circuitos propostos;

 Calcular as grandezas elétricas no circuito;  Ajustar a fonte de tensão;

 Medir a resistência equivalente;

 Medir as correntes elétricas e tensões elétricas nos diversos pontos dos

circuitos;

 Comprovar as características de um circuito misto de corrente contínua;

 Identificar o efeito do circuito aberto e do curto-circuito na associação mista;

 Polarizar e acender um LED.

1ª Parte: CIRCUITO MISTO DE CORRENTE CONTÍNUA

INTRODUÇÃO

Um circuito misto é aquele que pode ser analisado como a reunião de

circuitos série e paralelo, daí ser também chamado de circuito série-paralelo. Assim, a cada parte do circuito identificada como uma dessas duas associações (série ou paralelo) devem ser aplicadas suas respectivas propriedades, já vistas na matéria de Eletricidade.

Exemplo:

R1

E R2 R3

Os resistores R2 e R3 formam uma associação em paralelo. A resistência

equivalente dessa associação forma uma série com R1. Logo, a Req do circuito é R1

+ (R2 // R3).

APLICAÇÕES

(27)

25

MATERIAL UTILIZADO

 1 resistor de 1 k  1 resistor de 15 k

 1 resistor de 33 k  1 resistor de 47 k

 1 resistor de 68 k

 Multímetro  Protoboard

 Fonte de Alimentação DC Ajustável

PROCEDIMENTOS

1. Monte o circuito abaixo, com R1 = 1 k, R2 = 15 k, R3 = 33 k, R4 = 47 k e

R5 = 68 k.

R2

R1

A B C

E R3 R4 R5

D

2. Sem aplicar a fonte E, calcule e meça a Req entre os terminais A e D.

Req = _______ (calculada) Req = _______ (medida)

3. Ajuste a fonte de tensão para 10 V e aplique entre os pontos A e D do circuito, conforme indica o esquema.

4. Calcule e meça as tensões, completando o quadro abaixo.

V AB V BC V CD VTOTAL

Valor Calculado Valor Medido

5. Calcule e meça as correntes, completando o quadro abaixo.

IR IR2 IR3 IR4 IR5 ITOTAL

Valor Calculado Valor Medido

6. Retire o resistor R5 e meça ITOTAL, VTOTAL e VCD. O que significa a retirada

desse resistor?

ITOTAL = ________ VTOTAL = ________ VCD= ________

7. Retire o resistor R2, coloque um fio em seu lugar e meça ITOTAL, VTOTAL e VBC.

O que significa a substituição desse resistor pelo fio?

I_TOTAL = ________ V_TOTAL = ________ VBC= ________

(28)

26

2ª Parte: LED

_–

DIODO EMISSOR DE LUZ (Light Emitting Diode)

INTRODUÇÃO

LED é a sigla para Light Emitting Diode, em inglês, que significa Diodo Emissor de

Luz. Os diodos são componentes eletrônicos fabricados com materiais semicondutores. Escolhendo o material adequado, é possível determinar a cor da luz emitida pelo LED quando ele é ligado a uma fonte de energia.

Abaixo, vemos o símbolo do LED e seu aspecto físico, com a identificação dos terminais.

A (anodo)

K (catodo)

Símbolo Aspecto e terminais

Note que o terminal do catodo é mais curto e, visto por baixo, há um corte no corpo do LED ao seu lado. Não inverta os terminais, pois isso pode levar à queima do componente.

A ligação do LED tem de ser feita sempre através de um resistor, para evitar sua queima, a uma fonte de tensão contínua de baixo valor. O terminal chamado anodo vai ao positivo da fonte, através do resistor, e o terminal chamado catodo vai ao negativo da fonte.

R

ILED

EFONTE ELED

O resistor R pode ser calculado facilmente pelo circuito série. Ele será dado pela equação 1:

R = EFONTE - ELED 1 na qual ELED = 2 V, ILED = 10 a 20 mA

ILED

MATERIAL UTILIZADO

 Resistores calculados

 Multímetro  Protoboard

(29)

27

PROCEDIMENTOS

1. Utilizando a equação 1, vista na página anterior, calcule o resistor a ser colocado em série com o LED, nas seguintes situações:

a. EFONTE = 7 V, ILED = 10 mA R1 = ________

b. EFONTE = 12 V, ILED = 5 mA R2 = ________

2. Monte o circuito, com um dos resistores calculados de cada vez, e meça as grandezas indicadas.

ILED ELED ER

R1 = ________

EFONTE = 7 V

R2 = ________

EFONTE = 12 V

3. Qual é a cor da luz emitida por esse LED? ________________

4. Qual resistor e tensão da fonte fizeram o LED acender com maior brilho? Por que? __________________________________________________ __________________________________________________________

5. Substitua o LED por outro, de outra cor, e repita as medidas.

ILED ELED ER

R1 = ________

EFONTE = 7 V

R2 = ________

EFONTE = 12 V

(30)

28

5ª PRÁTICA

Diodo Semicondutor

OBJETIVOS

 Testar um diodo, usando o multímetro.

 Traçar a curva característica do diodo, a partir dos resultados de medidas.

 Analisar o funcionamento do diodo semicondutor.

INTRODUÇÃO

O diodo é um componente não-linear, pois a tensão sobre seus terminais não é proporcional à corrente que circula por ele. A passagem da corrente depende da polarização. Diodos como o retificador e o de sinal são utilizados com polarização direta. Já o diodo zener trabalha polarizado inversamente, na região de ruptura. O símbolo do diodo está representado a seguir, com a indicação de seus terminais: Anodo (A) e Catodo (K).

A K

O aspecto do diodo semicondutor mais utilizado nas aplicações de baixa potência é cilíndrico, como se vê abaixo, com uma marca na extremidade correspondente ao catodo.

A K

Observe as duas situações de polarização de um diodo. No esquema à esquerda, o diodo recebe tensão positiva em seu anodo e conduz, permitindo a passagem da corrente elétrica, o que é indicado pelo amperímetro, cujo ponteiro se desloca para a direita. Já no esquema à direita, o diodo recebe tensão positiva em seu catodo e não conduz, não havendo passagem da corrente elétrica, o que é

indicado pelo amperímetro, cujo ponteiro permanece à esquerda (fica no „zero‟).

Amperímetro Amperímetro

E E

R R

(31)

29

MATERIAL UTILIZADO

 1 diodo semicondutor (1N4001 a 1N4007)

 1 resistor de 2,2 K

 Protoboard

 Fonte de alimentação DC ajustável

PROCEDIMENTO

1. Inicialmente, teste o diodo, usando o multímetro digital. Para isso:

1. Selecione a função Teste de Diodo, representada pelo símbolo do componente: [ ].

2. Ligue a ponta de prova vermelha ao terminal V e a preta ao terminal COM.

3. Coloque a ponta vermelha no anodo e a preta no catodo. O display deve

indicar um valor entre .450 e .800, que corresponde à tensão de polarização direta do diodo. Se a indicação for o número 1 à esquerda do display (que

indica sobrescala e, em alguns multímetros, pode ser OC, abreviatura de

Open Circuit), o diodo está aberto (defeituoso).

4. Coloque a ponta vermelha no catodo e a preta no anodo. O display deve

apresentar o número 1 à esquerda do display (que indica sobrescala e, em

alguns multímetros, pode ser OC, abreviatura de Open Circuit), pois nessa condição (polarização inversa) não há corrente. Se a indicação for zero ou algo diferente do que está indicado acima, o diodo está em curto (defeituoso).

5. Agora, você vai realizar medidas de tensão e corrente no diodo, como objetivo de traçar sua curva característica tensão x corrente. Monte o circuito, utilizando um diodo da série 1N4001 a 1N4007.

6. Utilizando a fonte de alimentação ajustável, aplique na entrada os valores de Vi, constantes na tabela seguinte. Para cada valor de Vi meça o valor

correspondente de tensão no diodo (Vo) e corrente através do diodo (Id),

preenchendo a tabela. Em seguida, determine o estado do diodo: ON = conduzindo e OFF = cortado.

OBS.: Meça a tensão e a correspondente corrente no diodo, sempre aos pares.

(32)

30

Vi (V) Id (mA) Vo (V) Estado do diodo ( ON/OFF)

10 8 6 4 2 1 0,5

0 -0,5

-1 -2 -4 -6 -8 -10

OBS.: Para obter o valor de zero volt não utilize a fonte; desligue-a do circuito e faça

um curto-circuito entre os dois terminais de entrada usando um fio (jumper).

Não se esqueça de retirar o curto para fazer as demais medidas!

7. Trace a curva característica de tensão x corrente do diodo, usando o gráfico

abaixo. Para isso, marque os valores de tensão no diodo no eixo horizontal e

os de corrente no vertical, respeitando a polaridade. Depois, uma os pontos.

Se dispuser de papel milimetrado, use-o.

I (mA)

V (V)

(33)

31

6ª PRÁTICA

Osciloscópio Analógico

OBJETIVOS

 Ajustar os controles básicos (liga-desliga, brilho, foco e posição de feixe).

 Selecionar uma escala vertical e uma base de tempo coerentes com o sinal a ser

visualizado.

 Estabilizar a forma de onda na tela.

 Medir amplitudes e intervalos de tempo no sinal.

 Medir defasagem entre dois sinais.

.

INTRODUÇÃO

A principal função do Osciloscópio é mostrar formas de onda de tensão, sendo

também possível a medida de amplitude e tempo no sinal. Além disso, permite medir a relação de fase (e de freqüência) entre dois sinais, observar curvas de resposta e até imagens de TV.

(34)

32 Controles e funções do osciloscópio

Ajustes básicos

POWER _– chave liga-desliga.

INTENSITY – controle da intensidade do brilho do traço. Deixe o traço com o mínimo

brilho necessário para uma boa visualização, pois isso melhora a definição da imagem e preserva o equipamento.

FOCUS – ajuste de foco do traço. Deixe o traço o mais fino possível.

TRACE ROTATION – controle do alinhamento horizontal do traço. Faça este ajuste

se o traço não estiver perfeitamente horizontal, isto é, alinhado com a grade impressa na tela. Como é um ajuste eventual, necessita de uma chave de fenda.

PROBE ADJUST – fornece uma onda quadrada de 0,5 Vpp, 1 kHz, que serve para

ajustar a resposta de freqüência da ponta de prova específica do osciloscópio (ponta compensada). Se dispuser de uma, ligue a ponta de prova nesse terminal, coloque a chave seletora que fica na ponta de prova na posição X10 e ajuste o parafuso que existe no conector da ponta (usando uma chave plástica ou de outro material isolante) até que a forma da onda seja perfeitamente quadrada.

Seção vertical

CH1 e CH2 – são os conectores (tipo BNC) de entrada dos canais 1 e 2 do

osciloscópio. Neles são ligadas as pontas de prova. Também podem funcionar como entradas X e Y para varredura externa horizontal e vertical (ex.: nas figuras de

Lissajous). Suas características elétricas são: 1 M e 30 pF. Suportam uma tensão

de até 400 V de pico.

Acoplamento (AC/DC, GND) – seleção do acoplamento do sinal aplicado a cada

canal.

GND – coloca a entrada à massa para o alinhamento do traço. Nessa posição, as

pontas de prova não ficam em curto, mas nenhum sinal aparece na tela;

DC – a entrada do amplificador vertical fica com acoplamento direto (sem capacitor),

permitindo ver o nível médio do sinal (tensões contínuas - DC);

AC _– é colocado um capacitor em série com a entrada para barrar o nível médio do

sinal (DC), se houver.

POSITION – ajusta a posição vertical do traço, de modo a facilitar a visualização ou

a leitura de valores no sinal.

VOLTS/DIV – chave seletora de ganho vertical com atenuador compensado,

(35)

33

VARIABLE – controle que se encontra no centro da chave seletora de ganho

vertical, usado para ajuste variável do ganho. Ao iniciar o uso do osciloscópio, deve-se verificar deve-se esdeve-se controle deve-se encontra na posição calibrada (CAL POSITION), girando-o totalmente para a direita (sentido horário), até sentir o clique. Seu uso fora da posição calibrada não permite fazer uma leitura de tensão no sinal, mas pode ser útil para melhor visualização da forma de onda ou comparação de aspecto com outra onda.

X 5 MAG _– aumenta em cinco vezes o ganho vertical, em cada canal (magnified =

amplificado), o que exige que se divida por cinco a leitura da escala vertical. Permite observar sinais de pequena amplitude. Em alguns aparelhos, este recurso limita a resposta de freqüência nas escalas menores.

CH2 INVERT – inverte a fase do canal 2, sendo a sua principal aplicação a

subtração do canal 1 pelo canal 2 com a chave MODE em ADD.

MODE – seleciona o modo de exibição dos sinais aplicados às entradas verticais.

CH1 – seleciona somente o canal 1;

CH2 _– seleciona somente o canal 2;

CHOP – chopper (chaveador, chaveado). Mostra o sinal do canal 1 e o sinal do

canal 2, simultaneamente na tela, sendo o traço chaveado rapidamente entre um e outro. Esse modo só é usado em baixa velocidade de varredura (ms), senão os sinais aparecem recortados pelo pulso de chaveamento;

ALT _– alternate (alternador, alternado). O sinal do canal 1 e o do canal 2 são

mostrados alternadamente, a cada varredura. Esse modo só é usado em

alta velocidade de varredura (s), senão os sinais aparecem piscando;

ADD – (soma). Mostra a soma do sinal do canal 1 com o do canal 2, ou sua subtração, se o canal 2 estiver invertido.

Seção horizontal

POSITION – ajusta a posição vertical do traço, de modo a facilitar a visualização ou

a leitura de valores no sinal.

TIME/DIV _– chave seletora da base de tempo, calibrada em s, ms e s por divisão

horizontal. Cada divisão da tela na direção horizontal vale o que está indicado nessa

chave seletora (somente se o ajuste variável estiver no modo cal e a Ampliação – X5

MAG _– estiver desativada). A posição x-y ativa o modo x-y de varredura externa, no

(36)

34

X 5 MAG – aumenta em 5 vezes a extensão do traço, reduzindo em 5 vezes o tempo

por divisão, o que exige que se divida por 5 a leitura da base de tempo. Permite observar sinais curta duração.

TIME VARIABLE – ajuste variável do tempo por divisão horizontal. Esse controle se

encontra no centro da chave de base de tempo. Ao iniciar o uso do osciloscópio,

deve-se verificar se esse controle se encontra na posição calibrada (CAL

POSITION), girando-o totalmente para a direita (sentido horário), até sentir o clique. Seu uso fora da posição calibrada não permite fazer uma leitura de tempo no sinal, mas pode ser útil para melhor visualização da forma de onda ou comparação de aspecto com outra onda.

Seção de sincronismo (trigger)

LEVEL – nível de trigger. Ajusta a tensão de disparo da varredura, estabilizando a

imagem na tela.

SWEEP MODE

NORM – nesse modo só existe varredura se ela estiver sincronizada. Na falta de sincronismo, o sinal da tela apaga (fica esperando o pulso de trigger).

Essa condição permite que o traço apague quando não houver sinal aplicado, preservando a tela.

AUTO – nesse modo, mesmo sem sinal, ou com sinal, mas sem sincronismo, ocorre

a varredura. O traço aparece sempre.

LOCK – apertando simultaneamente NORM e AUTO, o osciloscópio ajusta o nível

de trigger para o valor adequado à manutenção do sincronismo.

SINGLE – mostra uma única varredura, toda vez que o botão RESET é acionado.

SLOPE _– serve para escolher a polaridade do sinal que irá sincronizar a varredura

(borda de subida ou borda de descida).

TRIGGER SOURCE – seleciona a fonte do sinal de trigger.

CH1 – captura o sincronismo no sinal do canal 1;

CH2 – captura o sincronismo no sinal do canal 2;

ALT – sincroniza a varredura pelo canal 1 ou pelo canal 2, no instante em que cada

um está sendo varrido no modo alternado. Seleciona-se apertando, simultaneamente, CH1 e CH2;

LINE – captura o sincronismo no sinal da rede elétrica (60 Hz);

EXT _– captura o sincronismo em um sinal externo aplicado ao conector EXT INPUT.

COUPLING – seleciona forma de acoplamento do sinal de sincronismo ao circuito de

trigger.

AC – acoplamento através de um capacitor; barra o nível médio do sinal de trigger,

sendo útil para sinais alternados de pequena amplitude superpostos a um nível DC elevado.

(37)

35

TV – seleciona os pulsos de sincronismo de um sinal de vídeo para o trigger;

dependendo da base de tempo, podem ser os pulsos verticais ou os horizontais.

NORM – seleciona as transições do sinal (positivas ou negativas, dependendo da

opção SLOPE) para fazer o sincronismo.

EXT INPUT – entrada para sinal de sincronismo externo. Esse sinal deve ter, no máximo, 400 Vpp, e sua freqüência ser um múltiplo ou submúltiplo da freqüência do sinal que está sendo visualizado.

Ponta de prova

A ponta de prova específica para o osciloscópio possui uma chave seletora x1 – x10.

Além disso, possui um ajuste para compensar a capacitância de entrada do osciloscópio, daí ser também denominada Ponta Compensada.

x1 - nesta posição, chamada de DIRETA, a ponta de prova não produz atenuação. A

resistência vista pelo circuito sob teste é de 1 M com capacitância total de 250

pF (capacitância de entrada de aproximadamente 30 pF mais a capacitância do cabo);

(38)

36 PROCEDIMENTOS

1. Ligue o osciloscópio, localizando o traço e ajustando o brilho e o foco.

2. Conecte o osciloscópio (CH1) ao gerador de sinais (Output 50 ) e ajuste

para senóíde com freqüência de 1 kHz.

3. Selecione a escala vertical e a base de tempo adequadas para observação do sinal.

4. Ajuste o trigger, para uma perfeita estabilização.

5. Ajuste a posição, para permitir o posicionamento mais conveniente da onda na tela.

6. Esboce a imagem, na reprodução de tela a seguir.

7. Meça a amplitude do sinal, em volts de pico e pico-a-pico.

VP = ________ VPP = ________

8. Meça o período do sinal. Anote. T = ________

9. Reajuste o gerador para fornecer 1 VP e meça o sinal também com o

multímetro (escala de tensão alternada), que fornece valor eficaz. Compare os resultados e justifique a diferença entre os valores encontrados.

VP = ________ VEF = ________

Justificativa:

______________________________________________________________ ______________________________________________________________

10. Reajuste a freqüência para 10 kHz e torne a medir o período. Anote:

T = ________

Escala vertical: _____ V/div

(39)

37 11. Aplique à entrada 2 (CH2) o sinal proveniente do terminal PROBE ADJUST,

mantendo o sinal senoidal em CH1, com 500 Hz. Ajuste o osciloscópio para a correta visualização de ambos. Esboce a imagem, na reprodução de tela abaixo.

Escala vertical: _____ V/div

Escala horizontal: _____ ms/div

12. Meça o período dos sinais. Anote:

T1 = ________ T2 = ________

13. Selecione a função X-Y na chave da Base de Tempo do osciloscópio. Ligue as entradas de ambos os canais (1 e 2) ao gerador, aplicando 1500 Hz. Aperte a tecla GND do canal 1 e ajuste o ganho do canal 2 (chave V/div e o ajuste fino no centro dela), bem como o controle de posição, de modo a obter um traço com seis divisões. Retire o canal 1 de GND, ponha o canal 2 em GND e repita os ajustes para o canal 1. Retire ambos de GND.

14. Monte o circuito abaixo e aplique o sinal de 1500 Hz à entrada.

R = 4,7 k

(40)

38 15. Acople o sinal aplicado ao circuito à entrada CH1 (X) do osciloscópio e o sinal

de saída do circuito à entrada CH2 (Y). Na tela deverá aparecer uma elipse. Centralize-a.

OBS: Caso a forma de onda seja uma reta, ajuste a freqüência aplicada até obter a elipse. Anote os valores indicados abaixo e calcule o ângulo de fase entre os sinais, pela fórmula.

a b

 = ângulo de fase = arco seno (b/a)  = ___________

A  distância entre o centro da elipse e a projeção, sobre o eixo vertical, do ponto em que tangencia uma linha horizontal (a linha tracejada indica esse ponto).

B  distância entre o centro da elipse e o ponto em que corta o eixo vertical, no centro da tela.

16. Torne a montar o circuito, agora na forma a seguir, e meça a defasagem entre os sinais de entrada e saída, usando outro método, descrito no próximo item.

C = 22 nF

(41)

39 17. No modo Dual (duplo traço) aplique o sinal de entrada de 1500 Hz ao canal 1

(CH1) do osciloscópio e o sinal de saída ao canal 2 (CH1) usando o canal 1 (CH

1) como Trigger source, de modo que apareçam duas senóides na tela

horizontalmente separadas, como ilustra a figura a seguir:

Obs.: Caso as ondas não apareçam separadas em 1500 HZ, ajuste a

freqüência aplicada para o mesmo valor que foi usado no item 15.

18. Meça duração de um ciclo da senóide em divisões horizontais e, depois, a distância, também em divisões horizontais, entre o pico de uma senóide e o correspondente da outra. Faça, então, o seguinte cálculo:

Período da senóide  360°

Distância entre picos  defasagem ()

Logo, Defasagem () = Distância entre picos x 360°

Período da senóide

Medidas:

Período da senóide = ______ divisões Distância entre picos = ______ divisões

Defasagem () = ____________

Obs. 1: Para saber se a saída está atrasada ou adiantada em relação à entrada, identifique o sinal de entrada na tela e veja se o pico positivo da saída vem logo antes (adiantado) ou logo depois (atrasado). Para assegurar a medida correta é importante sincronizar o osciloscópio pelo canal 1 (sinal de entrada do circuito), como dito anteriormente.

(42)

40

7ª E 8ª PRÁTICAS

Retificação com Diodo de Junção e Filtro Capacitivo

OBJETIVOS

 Estudar os circuitos retificadores com diodo de junção, nas configurações de meia

onda, onda completa e ponte, através da montagem, da observação das formas de onda e da medição de grandezas elétricas.

 Analisar a ação do filtro capacitivo, pelos mesmos métodos.

INTRODUÇÃO

A retificação consiste em transformar um sinal alternado em contínuo, entendendo o contínuo como aquele em que a polaridade nunca se inverte, mas cujos valores podem variar.

A retificação em meia-onda elimina um dos semiciclos do sinal alternado, deixando somente os positivos ou somente os negativos, enquanto a retificação em onda completa e a retificação em ponte invertem a polaridade de um dos semiciclos, fazendo com que a corrente circule pela carga sempre em um único sentido, qualquer que seja o semiciclo de entrada.

Retificador de Meia-Onda

Retificador de Onda Completa

(43)

41

E (V) Valor de pico EMAX

Valor Eficaz EEF

0 t (ms)

Valor de pico -EMAX

Sem filtragem, a tensão média na carga é calculada multiplicando o valor de pico por 0,318, na retificação em meia onda, e por 0,636, na retificação em onda completa.

E (V) Valor de pico EMAX

Valor médio EMED

0 t (ms)

Valor médio na retificação em meia-onda E (V)

Valor de pico EMAX

Valor médio EMED

0 t (ms)

Valor médio na retificação em onda completa

A tensão retificada apresenta-se na forma pulsativa, isto é, variando como

uma semi-senóide (apenas em um sentido), pois se origina na tensão alternada da rede elétrica. Para a quase totalidade dos equipamentos, essa pulsação é imprópria, interferindo em seu funcionamento. Assim, uma nova etapa tem de ser acrescentada, que é a filtragem.

Filtro

EEF = √2 EMAX = 0,707 EMAX

2

EMAX = √2 EEF = 1,414 EEF

EMED = EMAX = 0,318 EMAX

π

EMED = 2 EMAX = 0,636 EMAX

(44)

42 O filtro capacitivo utiliza um capacitor em paralelo com a carga, que se carrega até os picos do sinal retificado e fornece energia entre um pico e outro. Quanto maior a capacitância e menor a corrente de carga, mais estável ficará a tensão, reduzindo a ondulação.

Atenção: Com filtragem perfeita (quando a ondulação é desprezível), a tensão média na carga é o próprio valor de pico após o retificador,. Se não puder ser

desprezada, a tensão de ondulação (Er, em volts) é dada por Er = ILmed / f x C, onde

ILmed é a corrente média na carga, em ampères, f é a freqüência da ondulação (60 Hz

para meia onda e 120 Hz para onda completa) e C é a capacitância de filtro, em farads. A tensão média será, então, aproximadamente, o valor de pico menos a metade da tensão de ondulação.

E (V) E (V)

EMED = EMAX EMAX Tensão

EMED de

EMIN ondulação

0 t (ms) 0 t (ms)

Tensão contínua constante (filtragem perfeita) Tensão contínua com ondulação

APLICAÇÃO

O principal emprego da retificação é fornecer a alimentação de energia a equipamentos eletrônicos, a partir rede elétrica, pois tais equipamentos necessitam de tensão contínua, mas a rede elétrica deve ser alternada, para facilitar a transmissão e distribuição de energia.

A tensão contínua, obtida de um retificador, varia entre zero e o pico, positivo ou negativo, conforme a polaridade escolhida. Isso é inaceitável para um equipamento eletrônico, pois acarretaria variações indesejáveis e, nos instantes em que chegasse a zero, simplesmente o equipamento não funcionaria. Então, o filtro também é indispensável.

A retificação está presente tanto nas fontes de alimentação lineares (convencionais), como nas chaveadas. A diferença mais sensível entre esses dois tipos de fontes é que as lineares geralmente empregam um transformador de força, para baixar a tensão diretamente da rede elétrica, que é grande e pesado, enquanto que nas chaveadas os transformadores são pequenos e leves, por trabalharem em alta freqüência, que é obtida após a retificação direta da rede elétrica.

(45)

43

Diagrama em blocos de uma fonte de alimentação chaveada

MATERIAL

 Multímetro Digital  Osciloscópio

 Fonte de Alimentação com saída AC ou transformador

 Protoboard

 4 diodos 1N4002 (até 1N4007)

 Capacitor eletrolítico entre 470 F e 1000 F, isolação mínima de 35 V

 Resistores de (aproximadamente) 680  e 1500 

PROCEDIMENTO

1. Com o multímetro digital, estando a chave seletora no posicionamento adequado, faça o teste nos diodos fornecidos, identificando catodo e anodo, bem como sua condição para uso (em curto, aberto, em fuga ou em perfeito estado). Se houver algum diodo defeituoso, substitua-o, testando o novo, também.

2. Monte o circuito Retificador em meia-onda, no proto-board, conforme o

esquema abaixo, empregando o maior valor de resistor de carga. Utilize o transformador interno da fonte de alimentação da bancada, retirando a tensão

alternada entre um dos bornes de AC (lado esquerdo do painel, com os

símbolos e ) e a massa (borne localizado entre os bornes DC, com o símbolo ). Caso não haja fonte com saída AC, será fornecido um transformador.

(46)

44 Fonte de alimentação com saída AC

3. Observe, simultaneamente, as formas de onda no secundário do

transformador (antes do diodo) e no resistor de carga, Use acoplamento DC

no osciloscópio e faça o sincronismo com a rede elétrica (trigger line). Esboce

as formas de onda nos eixos a seguir, em coincidência no tempo (tal como aparecem no osciloscópio), indicando seus valores máximo e mínimo de tensão (picos) e período (tempo) de um ciclo.

Tensão no secundário (antes do diodo)

t

Tensão na carga (depois do diodo)

t

4. Meça a tensão eficaz (AC) antes do diodo e a contínua ou média (DC) sobre o resistor de carga, com o multímetro. Compare os resultados com os

esperados pelas equações apresentadas na Introdução Teórica. Substitua RL

pelo resistor de menor valor e torne a medir a tensão na carga.

Grandeza Valor com RL = ____ Valor com RL = ____

(47)

45 5. Desligue a fonte, acrescente o capacitor de filtro (observe a polaridade dele)

em paralelo com RL (inicialmente o maior valor de resistência), religue a fonte

e repita os itens 3 e 4.

Circuito do retificador em meia-onda com filtro capacitivo

Tensão no secundário (antes do diodo)

t

Tensão na carga (depois do diodo)

t

Grandeza Valor

(com RL = _____)

Valor (com RL = _____)

Tensão de pico no secundário Tensão eficaz no secundário Tensão de pico na carga Tensão média na carga

6. Agora você irá observar a forma de onda da tensão de ondulação (sobre a carga), simultaneamente com a forma de onda no secundário do

transformador (antes do diodo). Para isso, use acoplamento AC no

(48)

46 Tensão no secundário

(antes do diodo)

t

Tensão de ondulação na carga

(depois do diodo)

t

Valor pico-a-pico da tensão de ondulação para RL menor: __________

Valor pico-a-pico da tensão de ondulação para RL maior: __________

7. Monte o circuito Retificador em Onda Completa, no proto-board, conforme o

esquema abaixo, empregando o maior resistor. Utilize o transformador interno da fonte de alimentação da bancada, retirando a tensão alternada nos dois bornes de AC (extremos) e na massa (tomada central). Os bornes com os símbolos e são ligados aos diodos e a massa da fonte (borne com o símbolo ) é ligada à massa do circuito. Caso não haja fonte com saída AC, será fornecido um transformador.

Importante: verifique cuidadosamente a ligação dos diodos, pois a inversão de

um deles provoca um curto-circuito no transformador!

Circuito do retificador em onda completa

8. Observe, simultaneamente, as formas de onda no secundário do transformador (antes de cada diodo), em relação à massa, e no resistor de carga, esboçando-as a seguir, com seus valores de pico. Use acoplamento DC no osciloscópio e faça o sincronismo com a rede elétrica (trigger line).

(49)

47 Tensão no secundário 1

(antes do diodo D1)

t

Tensão no secundário 2 (antes do diodo D2)

t

Tensão na carga (depois dos diodos)

t

9. Meça a tensão eficaz (AC) antes dos diodos (em relação à massa) e a contínua ou média (DC) sobre o resistor de carga, com o multímetro. Compare os resultados com os esperados pelas equações apresentadas na Introdução Teórica.

Grandeza Valor

10. Acrescente o capacitor de filtro (observe a polaridade dele), em paralelo com RL, e repita os itens 8 e 9, agora para os dois valores de RL. Basta observar a

forma de onda em um dos extremos do secundário, em relação à massa.

(50)

48 Tensão no secundário

(antes do diodo D1 ou D2)

t

Tensão na carga

(depois dos diodos)

t

Grandeza _{(com R}Valor

L = _____)

Valor (com RL = _____)

11. Agora você irá observar a forma de onda da tensão de ondulação (sobre a carga), simultaneamente com a forma de onda no secundário do transformador (antes dos diodos). Para isso, use acoplamento AC no osciloscópio e aumente o ganho do canal que está ligado à carga, até visualizar a ondulação. Esboce sua forma e meça seu valor pico-a-pico, para os dois valores de RL.

Tensão no secundário (antes do diodo D1 ou D2)

t

(depois dos diodos)

t

(51)

49

12. Monte o circuito Retificador em Ponte, no protoboard, conforme o esquema

abaixo, com o resistor de maior valor. Utilize o transformador interno da fonte

de alimentação da bancada, retirando a tensão alternada entre um dos dois

bornes de AC (extremos) e a massa da fonte (tomada central), ou use um transformador fornecido.

Importante: a massa da fonte NÃO é a mesma do circuito. Ligue a fonte

(transformador) somente aos diodos (um borne entre D1 e D4 e o

outro entre D2 e D3).

Observe cuidadosamente a ligação dos diodos. A inversão de um ou mais deles provocará um curto-circuito no transformador!

Circuito do retificador em ponte

13. Observe, separadamente, a forma de onda no secundário do transformador (entre os terminais de ligação aos diodos) e a forma de onda no resistor de carga (agora em relação à massa), esboçando-as abaixo, com seus valores de pico, Use acoplamento DC no osciloscópio e faça o sincronismo com a rede elétrica (trigger line).

Importante: neste circuito não se pode observar, ao mesmo tempo, entrada e saída, pois não há terminal comum entre ambas e o osciloscópio as colocaria em curto circuito, através da sua massa.

Tensão no secundário Tensão na carga

t t

(52)

50 14. Meça a tensão eficaz (AC) antes dos diodos (entre os terminais de ligação) e

a contínua ou média (DC) sobre o resistor de carga (em relação à massa), com o multímetro. Compare os resultados com os esperados pelas equações apresentadas na Introdução Teórica.

Grandeza Valor

15. Acrescente o capacitor de filtro (observe a polaridade dele), em paralelo com RL, e repita os itens 13 e 14.

Circuito do retificador em ponte com filtro capacitivo

16. Agora você irá observar a forma de onda da tensão de ondulação (sobre a carga), e a forma de onda no secundário do transformador (antes dos diodos), separadamente. Para isso, use acoplamento AC no osciloscópio e aumente o ganho do canal que está ligado à carga, até visualizar a ondulação. Esboce

sua forma e meça seu valor pico-a-pico, para os dois valores de RL.

Tensão no secundário

t

(53)

51

Valor pico-a-pico da tensão de ondulação para RL maior: __________

17. Preencha o quadro-resumo a seguir e compare os resultados.

Retificador Sem filtro Com filtro

Meia-Onda

Tensão eficaz no secundário = _______ Tensão média na carga 1 = _________ Tensão média na carga 2 = _________

Onda Completa

Tensão eficaz no secundário = _______ Tensão média na carga 1 = _________