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EWB - AULA 1
Objetivos: Familiarização com os recursos básicos do simulador Circuitos resistivos em CC Voltímetros e Amperímetros Interferências dos instrumentos de medição em leituras de tensão e corrente.
O aplicativo utilizado para simulações de circuitos elétricos e eletrônicos será o EWB
- Electronics Workbench (Bancada de Trabalho de Eletrônica), na versão 5.12. Essa ver- são, embora seja de 1999, reúne a maioria dos recursos necessários ao aprendizado bási- co de circuitos elétricos e eletrônicos, e é um importante auxiliar no aprendizado desses tópicos. Circuitos em corrente contínua e alternada, analógicos e digitais, podem ser simu- lados. Instrumentos de medição básicos como voltímetros, amperímetros e ohmímetros estão disponíveis, bem como osciloscópio e gerador de sinais. Instrumentos mais comple- xos como um Plotter para diagramas de Bode, gerador de palavras (sequências de bits) e analisador lógico para circuitos digitais também podem ser encontrados. O EWB 5.12 é um excelente ponto de partida para simuladores mais complexos, como o Multisim (sucessor do EWB ) da National Instruments e o Proteus da Labcenter. Serão vistos apenas os recursos básicos do aplicativo. Espera-se que o aluno, a par- tir desses conhecimentos, consiga se aprofundar na utilização dos recursos deste simula- dor e, no futuro, migrar para outros mais completos. A versão do aplicativo que será utilizada pode ser obtida via download, para de- monstração, na Internet.
1- A interface do simulador de eletrônica EWB 5.
1 Menu de comandos 2 Criar, Abrir, Salvar e Imprimir ( New, Open, Save, Print ) circuitos 3 Recortar, Copiar e Colar ( Cut, Copy, Paste ) 4 Rotacionar e Inverter Horizontal e Verticalmente ( Rotate, Flip Horiz., Flip Vert. ) 5 Visualizar as janelas dos componentes elétricos (detalhes na próxima página) 6 Dimensionar a visualização do desenho do circuito na tela ( Zoom Out, Zoom In ) 7 Ajuda do aplicativo ( Help ) 8 Botões que permitem Iniciar e Pausar a simulação ( Activate/Stop/Pause Simulation) 9 Área destinada ao desenho do circuito elétrico (área de trabalho)
No menu de comandos (1) podem ser encontradas algumas opções adicionais às obtidas diretamente nos botões. Os botões para Criar, Abrir, Salvar e Imprimir (2) e Recortar, Copiar e Colar (3) pos- suem funções semelhantes às encontradas em outros aplicativos Windows. As funções Rotacionar e Inverter Horizontal e Verticalmente (4) rotacionam os com- ponentes os circuitos selecionados em 90º (de cada vez) ou espelham os desenhos de forma horizontal ou vertical. Os botões do grupo (6) permitem aumentar ou diminuir o tamanho do desenho dos circuitos, enquanto que o botão (7) permite o acesso à Ajuda do aplicativo (em versões mais modernas do Windows (7, Vista etc.) , pode ser necessário baixar e instalar o arquivo WinHlp32.exe para que arquivos de ajuda de 32 bits, com a extensão ".hlp", sejam exibi- dos). Os botões (8) permitem iniciar e pausar a simulação do circuito desenhado na área de trabalho (9). Finalmente, o conjunto de botões (5) apresenta os componentes e instrumentos que podem ser utilizados, e que serão parcialmente mostrado a seguir. Observe que, ao parar com o mouse sobre um determinado botão por alguns se- gundos, irá aparecer uma pequena legenda com o a função do botão (esse recurso é cha- mado hint ou “dica”).
Sources Fontes de tensão e cor- rente, que permitem tam- bém a escolha da fre- quência e da fase do si- nal.
Basic Componentes eletrônicos passivos: resistores, capa- citores, indutores, trans- formadores, relés, chaves etc.
Diodes Diodos retificadores, zeners, LEDs, ponte de diodos, SCRs e TRIACs.
Transistors Transistores bipolares e de efeito de campo (FET).
No último grupo aparecem os instrumentos de medição e alguns outros dispositivos específicos.
Dos conjuntos de dispositivos vistos acima, apenas alguns serão abordados neste curso introdutório: Sources, Basic, Diodes, Indicators e Instruments.
Espera-se que os próprios alunos, motivados por suas necessidades e interesses, continuem a utilizar os outros recursos do EWB, uma ferramenta extremamente útil para o aprendizado.
A seguir serão vistos os primeiros passos para a construção e simulação de circui- tos.
Indicators Voltímetro, amperímetro, indicado- res luminosos e sonoros, displays e bargraphs.
Controls Blocos básicos de con- trole.
Miscellaneous Dispositivos diversos que não se enquan- dram em nenhuma das outras categorias.
Instruments Instrumentos mais complexos, co- mo multímetro, gerador de fun- ções, osciloscópio, Plotter para diagramas de Bode, gerador de palavras (sequências de bits), ana- lisador lógico para circuitos digitais e um conversor lógico.
2- Criando um circuito
O primeiro circuito será bem simples: uma fonte CC, um resistor, um amperímetro e um vol- tímetro. O amperímetro medirá a corrente do circuito e o voltímetro a tensão sobre o resistor. Os dispositivos necessários para a montagem podem ser obtidos em Source, Basic e Indicators. Para colocar uma fonte no circuito basta clicar no botão Sources, clicar no símbolo de fonte CC ( Battery ) e arrastar o componente para a área de trabalho. Se o cursor do mouse for posiciona- do sobre o componente, sua identificação aparecerá na parte inferior da tela ( Battery ). Tam- bém aparece a temperatura ambiente em que a simulação será executada (Temp: 27), que pode ser alterada mas que tem como valor padrão 27ºC. A palavra Ready no canto esquerdo significa que o aplicativo está parado e pronto para iniciar a simulação.
A colocação do resistor do circuito é feita de maneira análoga à da fonte: clicar no botão Ba- sic, selecionar e arrastar o resistor para a área de trabalho. Como o resistor é posicionado horizon- talmente, deve-se rotacioná-lo, através dos botões próprios (destacados abaixo) ou (mais simples) através das teclas de atalho Control+R. O comando de rotacionar o componente só funciona se o mesmo estiver selecionado (em vermelho na tela). Observe a identificação do componente: Resistor.
3- Simulando um circuito
Se tudo estiver correto na montagem, ao clicar no botão Activate simulation/Stop simulation devem aparecer as indicações de corrente e tensão do circuito. Esse botão ser- ve tanto para iniciar a simulação quanto para encerrá-la. O Botão Pause simulation inter- rompe momentaneamente a simulação. O tempo de duração da simulação é mostrado embaixo da tela. Caso o botão Stop seja acionado, o tempo é zerado para a próxima simulação; caso o botão Pause seja acio- nado, o tempo não é zerado.
Com estes recursos básicos já é possível simular e estudar muitos circuitos elétricos. A medida que formos nos aprofundando no EWB, outros recursos serão demonstrados.
Verifique os resultados fornecidos pelo simulador. O valor de corrente está correto? Aqui será fornecida mais uma informação importante: os componentes e dispositivos do EWB não são IDEAIS, ou seja, apresentam as características dos dispositivos REAIS. O voltímetro utilizado apresenta uma resistência interna diferente do ideal, que seria infini- to. As propriedades de qualquer um dos componentes ou dispositivos utilizados podem ser obtidas com dois cliques rápidos sobre o componente ou dispositivo. Isso abre a janela Properties. A do voltímetro é mos- trada ao lado. Pode-se perceber que o voltímetro utilizado possui uma resistência interna de 1MΩ (valor padrão inicial) e está preparado para medir tensão contínua (DC). Essas são as propriedades padrão que podem ser alteradas de acordo com a necessidade.
Activate/Stop
Pause
Tempo de simulação
Tudo o que foi solicitado acima pode ser feito através das janelas de propriedades dos com- ponentes. Basta clicar duas vezes sobre cada um deles.
Nas três atividades, o objetivo e observar e analisar os efeitos dos instrumentos na medição de gran- dezas elétricas. Depois que for comprovado que as resistências internas baixa no voltímetro e alta no ampe- rímetro (para os circuitos em questão) afetam a medição, elas poderão ser alteradas de forma a diminuir os erros. Não se esqueça de fazer os cálculos para conferir os valores que os instrumentos indicam e deveriam indicar. Comece, a partir de agora, a utilizar o EWB para resolver alguns dos exercícios de Medidas Elétricas e também os de outras disciplinas. Apesar da grande utilidade e praticidade do EWB, ele deve ser utilizado apenas para auxiliar na compreensão dos conceitos envolvidos, não substituindo de forma alguma a resolu- ção através de cálculos que devem ser feitos para resolver todos esses exercícios.
ATIVIDADE 1
a) Verifique, através de cálculos, se a corrente indicada pelo amperímetro está correta, saben- do o valor da resistência interna do voltímetro. b) Em seguida, altere a resistência interna para mais e depois para menos (por exemplo, 10MΩ e 100KΩ) e verifique as novas indicações do amperímetro. c) Verifique qual a resistência interna do amperímetro e que outras características ele possui. d) Altere o valor da resistência do resistor (por exemplo, 10KΩ e 100Ω) e refaça a simulação. e) Altere o valor da tensão da fonte (por exemplo, 1,5V e 24V) e refaça a simulação.
ATIVIDADE 2
a) Salve, se desejar, o circuito anterior e inicie uma nova simulação (primeiro botão da esquer- da- New ) b) Monte o circuito abaixo na área de trabalho. Não altere os valores padrão do amperímetro e dos voltímetros e execute a simulação.
c) Verifique se os valores indicados estão corretos através de cálculos.
ATIVIDADE 3
a) Refaça os passos da ATIVIDADE 2 para o circuito mostrado a seguir.
