Relatórios de Laboratório de Circuitos 1, Trabalhos de Circuitos Elétricos

Baixe Relatórios de Laboratório de Circuitos 1 e outras Trabalhos em PDF para Circuitos Elétricos, somente na Docsity! EXPERIMENTO 6 – TRANSISTÓRIOS EM CIRCUITOS RC Laís Eduarda Silva – 2017002202, Matheus Henrique Silva - 2017089103 XXV Congresso Brasileiro de Engenharia Biomédica – CBEB 2014 Resumo: No experimento realizado estudou-se os circuitos gerados pela associação em série de resistores e capacitores, mais especificamente no regime transitório. Tal circuito é denominado como circuito RC série. Para esse estudo analisou-se experimentalmente e por simulação, via software multisim, o comportamento do circuito conectado a uma fonte de tensão, sendo essa uma forma de onda quadrada. O objetivo do experimento foi estudar a resposta transitória do circuito RC. Para a sua realização foram utilizados: um gerador de sinais, um osciloscópio, dois resistores, um capacitor e uma protoboard. A prática foi realizada variando os valores da frequência da onda de entrada e observando as saídas características da tensão e corrente sobre o capacitor. Mediu-se também as constantes de tempo do circuito, com o auxílio do osciloscópio. Os resultados encontrados foram pouco dispersos em relação aos simulados, o que mostrou que o experimento saiu dentro do esperado e as discrepâncias obtidas devem-se a não idealidade dos equipamentos de medição e componentes. Palavras-chave: Capacitores, Circuito RC, Regime Transitório. Introdução Os capacitores são um dos componentes elétricos mais utilizados em circuitos eletrônicos, sendo que desempenham um papel extremamente importante: o de armazenar cargas elétricas para depois descarrega-las em um momento especifico. Dessa forma, tem-se que a capacitância, quantidade de carga armazenada no capacitor, é dada por: (1) O acumulo de carga faz com que os capacitores não apresentem um comportamento linear. Logo, diferente dos resistores a sua corrente não pode ser calculada diretamente pela lei de ohm. Isolando Q na equação 1 e derivando encontra-se uma fórmula equivalente para a corrente do capacitor: (2) (3) Figura 1: Circuito RC paralelo Fonte: Guia de Aulas Práticas – Laboratório de Circuitos Elétricos 1[1]. Considerando a figura 1, pode-se intuitivamente concluir que Vc será igual a Vin, porém o acúmulo de carga não ocorre de modo instantâneo, logo Vc varia em função do tempo, em relação a figura 1, a equação que descreve o comportamento instantâneo de Vc é a solução da seguinte equação diferencial: (4) Resolvendo a equação diferencial 4 obtém-se: (5) Na expressão 5 tem-se que a constante de tempo, , é dada por: (6) Essa constante representa o intervalo de tempo no qual o capacitor apresenta uma determinada proporção de sua carga total, proporção essa que varia de acordo com o circuito em questão. Considerando t inicial = 0 e estando o capacitor inicialmente descarregado e sem circulação de corrente, a equação 5 torna-se: (7) Considerando 𝑡 = 𝜏 ,obtém-se V𝑐 (𝜏) ≈ 0,63 𝑉, ou seja, 𝜏 é o tempo gasto para atingir 63% da tensão de alimentação Vin. Observa-se que para 𝑡 = 5𝜏 tem-se V𝑐 (5𝜏) ≈ 0,99 𝑉. Dessa forma, considera-se que o tempo necessário para que o capacitor carregue com tensão da fonte é de 5𝜏. A corrente no capacitor para o processo de carga é o gráfico no processo de descarga. E a corrente para o processo de descarga é o inverso. O gráfico da equação 7 pode ser visto abaixo: Figura 2: Carga e descarga de um circuito RC série. Fonte:http://www.fotoacustica.fis.ufba.br/daniele/FIS3/ roteiro%205%20Circuito%20RC.pdf. Objetivos Investigar a propriedade da resposta em degrau dos circuitos RC. Materiais e métodos Para a realização do experimento utiliza-se um gerador de sinais, um osciloscópio, um resistor de 22 kΩ Fonte: Autoria própria. Alterando o valor de tp para 25τ obtém-se as seguintes formas de onda: Figura 8: Formas de onda para R = 22 kΩ e f = 9,05 Hz. Fonte: Autoria própria. Alterando o valor de tp para 0,5τ obtém-se as seguintes formas de onda: Figura 9: Formas de onda para R = 22 kΩ e f = 454,54 Hz. Fonte: Autoria própria. Alterando o valor do resistor para 40 kΩ, obtém-se, por simulação, as seguintes formas de onda: Figura 10: Simulação de Transitório de Vin, Vc e Ic com R= 40kΩ. Fonte: Autoria própria. Alterando o valor de R para 100 kΩ tem-se que τ = 0,01s. Construído o circuito com esses valores previamente definidos, com Vin sendo uma forma de onda quadrada, de 4Vpp e 20 de período foi possível obter, por simulação, os seguintes sinais de saída Vc e Ic: Figura 11: Simulação de Transitório de Vin, Vc e Ic com R= 100kΩ. Fonte: Autoria própria. Experimentalmente, obtém-se: Figura 12: Formas de onda para R = 100 kΩ e f = 45,33 Hz. Fonte: Autoria própria. Figura 13: Formas de onda para R = 100 kΩ e f = 9,09Hz. Fonte: Autoria própria. Figura 14: Formas de onda para R = 100 kΩ e f = 45,54 Hz.