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! EXEPERIMENTO 2 – CIRCUITOS RESISTIVOS: DIVISORES DE TENSÃO E DIVISORES DE CORRENTE Laís Eduarda Silva – 2017002202, Matheus Henrique Silva - 2017089103 XXV Congresso Brasileiro de Engenharia Biomédica – CBEB 2014 Resumo: Neste experimento estudaremos o circuito divisor de tensão, o circuito divisor de corrente e o circuito ponte de Wheatstone. Em muitas aplicações de analise ou desenvolvimento é interessante reconhecer a função de subpartes do circuito principal, muito frequentemente entre estas subpartes se encontra um circuito em ponte, divisores de tensão ou de corrente. Assim sendo, este experimento tem como principal função nos familiarizar com os circuitos previamente citados, além de confirmar empiricamente suas relações algébricas. Para a realização do experimento usamos uma fonte de tensão contínua, alguns resistores, uma protoboard e um multímetro. Com os valores dos resistores fornecidos, calculamos e simulados, pelo software Multisim, as tensões e correntes para cada elemento do circuito, encontrando os mesmos valores. Montamos o circuito na protoboard para verificarmos, na prática, os valores de tensão e corrente, medidos com o auxílio do multímetro. Encontramos resultados pouco dispersos em relação aos calculados. A partir desses valores concluímos que o experimento saiu dentro do esperado e as discrepâncias obtidas devem-se a não idealidade dos equipamentos de medição e componentes. Palavras-chave: Divisor de tensão, Divisor de Corrente, Ponte de Wheatstone. Introdução Em diversas aplicações de circuitos elétricos e eletrônicos é necessário abaixar valores de tensão e corrente a partir de fontes. Isso pode ser feito através de circuitos puramente resistivos chamados de divisor de tensão e de corrente, outra funcionalidade destes circuitos é a utilização de sua modelagem matemática na simplificação de circuitos mais complexos. Outro circuito puramente resistivo com aplicações importantes é o circuito em ponte ou ponte de Wheatstone, sendo o mesmo uma associação em paralelo do divisor de tensão, esse circuito é utilizado quando se deseja descobrir valores de resistências desconhecidas e realização de medidas de grandezas físicas, como massa, usando strain-gauges. Objetivos Verificar as propriedades dos circuitos básicos para atenuação de corrente e de tensão. Verificar as propriedades da ponte de Wheatstone. Materiais e métodos Para esse experimento utilizamos uma fonte de tensão contínua ajustada em 10V, um multímetro, uma protoboard, conectores e resistores. O experimento baseia-se em montar os circuitos divisor de tensão, divisor de corrente e ponte de Wheatstone, sendo que alguns destes circuitos foram montados mais de uma vez, porém com diferentes valores de resistência. Antes da montagem de cada circuito medimos com o auxílio do ohmímetro todas as resistências, deve-se fazer isso antes de montar o circuito porque os valores de resistência alteram com o circuito já montado. Após a montagem dos circuitos divisores de tensão, com o auxílio do voltímetro medimos todas as tensões, inclusive a da fonte de tensão, no circuito ponte de Wheatstone foi medida somente a sua tensão de saída e entrada, já no circuito divisor de corrente utilizando o amperímetro foram feitas medidas de todas as correntes do circuito. O experimento foi realizado na seguinte ordem: 1. Divisor de Corrente com resistores de 1kΩ, 2.2kΩ e 5.6kΩ. 2. Divisor de Tensão com resistores de 5.6kΩ e 1.2kΩ. 3. Divisor de Tensão com dois resistores de 5.6kΩ. 4. Divisor de Tensão com dois resistores de 8.2MΩ. 5. Ponte de Wheatstone com dois resistores de 5.6kΩ e dois resistores de 1.2kΩ. Resultados Divisor de corrente: determinamos analiticamente e por simulação as as correntes I1 e I2 que estão identificadas na figura 1. Figura 1: Circuito divisor de corrente. Fonte: Guia de Aulas Práticas – Laboratório de Circuitos Elétricos 1 [2]. Considerando a tensão V1 como sendo a tensão no nó em que estão conectados os resistores R1, R2 e RS. Então, V1 = ReqIs, em que Req é a resistência equivalente entre R1 e R2 dada por: (1) Dessa forma, V1 será: (2) Assim, encontramos I1 e I2: Grandeza Nominal/ calculado Simulado Medid o Erro (%) R1(kΩ) 5,6 5,6 5,57 -0,538 R2(kΩ) 1,2 1,2 1,18 -1,694 R3(kΩ) 5,6 5,6 5,59 -0,178 R4(kΩ) 1,2 1,2 1,18 -1,694 Vs(V) 5,0 5,0 5,10 1.960 Vd(V) 0,0 0,0 0,02 XXX Questões para o Relatório Figura 7: Circuito da questão para o relatório. Fonte: Guia de Aulas Práticas – Laboratório de Circuitos Elétricos 1 [2]. As propriedades de divisão de corrente poderiam ser aplicadas para as correntes I1 e I2 no circuito mostrado na figura 7? Explique. Uma maneira de resolver esta questão seria encontrar expressões algebricas para I1 e I2 , sendo que seria preciso realizar um transformaçao delta-estrela nos resistores R3, R4 e R5 resultando o circuito abaixo: Figura 8: Circuito da questão para o relatório após transformação. Fonte: Autoria própria. Sendo Ra, Rb e Rc igual à: (17) (18) (19) Neste novo circuito Rb e Rc estão em paralelo resultando em Rd: (20) Após essa simplificação no circuito é possível perceber uma associação em serie entre os resistores R1, Ra e Rd, resultando em Re: (21) Agora sim podemos aplicar a equação do circuito divisor de corrente utilizando os valores de Re e R2, logo as propriedades do circuito divisor de tensão não poderiam ser aplicadas no circuito original (figura 7). Discussão e Conclusão Com esse experimento foi possível verificar o funcionamento dos circuitos divisores de tensão, divisor de corrente e ponto de Wheatstone. No geral, nota-se um pequeno erro encontrado entre os valores medidos e os calculados, mas esse erro encontra-se dentro dos valores esperados pela teoria. Tal erro pode ser explicado pelo mau contato entre as ligações do circuito. Observou-se também a não idealidade dos componentes utilizados, por exemplo: os resistores não possuíam exatamente a resistência informada pelo fabricante. Somente em uma das montagens (divisor de tensão com duas resistências de 8,2MΩ) um erro não esperado ocorreu, sendo esse erro na casa dos 35%, erro este que pode ser explicado pelo fato do voltímetro não possuir sua resistência ideal, ou seja, infinita causando assim um efeito de carga considerável. A situação descrita acima pode ser abstraída para o circuito abaixo: Figura 9: Circuito demostrando o efeito de carga Fonte: Autoria própria. Uma observação interessante é que utilizando os dados da medição, as propriedades do circuito divisor de tensão e associação em paralelo é possível calcular a resistência interna do multímetro analiticamente, porém descobri este valor utilizando a simulação, variando Ry (Rx = Ry) e medindo a tensão sobre ele até esse valor ser igual a 1.8V, seguindo este método foi possível gerar a imagem abaixo e concluir que a resistência interna do multímetro é igual a 2,35MΩ. Figura 9: Circuito utilizando para determinar a resistência interna do multímetro. Fonte: Autoria própria. O experimento foi realizado com sucesso e que todos os objetivos foram cumpridos durante sua realização. Foi possível verificar a eficacia das fórmulas dos circuitos divisores de tensão e corrente e ponte de Wheatstone provando-se através das medidas obtidas a sua aplicabilidade. Além disso, observou-se o efeito de carga do multímetro em medidas, sendo possível estimar sua resistência interna. Referências 1. Nilsson, James W, Susan A. Riedel. Circuitos Elétricos. Prentice Hall/Pearson, 10ª. Ed, 2008. [2] Guia de Aulas Práticas do curso