Física ExperimentalAula_4

Trabalho 2

2008 - 2009

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Circuitos ACIntrodução

Tensões alternadas (formas de onda)Tensão sinusoidal AC

Onda quadradaOnda triangular

Onda dente de serraOutras

Gerador de tensão ACPermite criar estas tensões AC

Este instrumento faz parte do equipamento básico. Conhecimento das funções trigonométricas básicas

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GeradoresTransformações de energia

AC geradores : fontes : EnergiaÁgua/barragens (alternadores)óleogásfusão nucleareólicasolar. . .

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Conversão energia mecânica eléctrica⇔

mded tΦ

= −

.m B dSΦ = ∫∫

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Espira rectangularPríncipio de funcionamento dos motores

: ( !)

dF I dl B

B devido ao iman FIXO

= ×

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Lei de Faraday

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Diferentes escritas …

V(θ) = A sin θV(t) = A sin ωtV(t) = A sin 2πt/TV(t) = A sin 2πft…

Notação complexa

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Movimento harmónico simplesMHS (sin, cos )

MHS

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Caracterização de uma onda

Amplitude (A) – deslocamento máximoPeríodo (T) – Tempo de descrever um cicloFrequência (f) – número de ciclos/unid. de tempo

Angular: w (rad/s)Frequência cíclica: f (Hz)

Fase: ø

1 ciclo por segundo = 1 HertzT=1/f

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Comparação com/sem escovas(Maq. ferramenta/ventoinha computador)

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Motor sem escovas (Brushless)

Sem escovas

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Gerador de sinais

200 MHz Gerador de sinais, por ex.

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Aquisição de dados experimental

Ligar o circuito a partir do diagrama esquemáticoAcoplar os instrumentos de medida sem interferir no circuitoRealizar um teste Proceder à aquisição e registo de dados experimentais (v.g. I,V)Exemplo:

+ - +

-

Canal 1 Canal 2

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Tipos de funções

SinusoidalQuadrada

Triangular

Multímetro limitado …Sinal sinusoidal Baixas frequências

Fenómenos muito lentos!

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Osciloscópio – Hameg 303-6

(manual)Equip. Labo

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Osciloscópio – Painel frontal

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Canal 1/2 + Base de tempo

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Canal 1/2 – Painel de controlo

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Princípio de funcionamentoDiagrama de blocos

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Painel de controlo – selecçãoVêr: apêndice: Trabalho2

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Trajectória electrão ...(Vêr pag.134 (Referência 5)

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Trajectória electrão (cont)

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Aplicações dos díodosI – Rectificação da tensão

Rectificador de tensão : ~AC - DCRectificador de meia – onda

Rectificador de onda completa

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Díodo ideal : R = 0 e C = 0

• O díodo ideal conduz quando vi >0 e visto que R = 0

v0ut ≈ vi

Para vi < 0, o díodo está em circuitoaberto (não há praticamente passagemde corrente) e

v0ut ≈ 0.

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Díodo ideal : R = 0, C = 0

00i iV V V> ⇒ ≈

00 0iV V< ⇒ ≈

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Rectificador meia - onda

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Díodo real !Rectificador meia-onda

A

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Díodo ideal . . . R=C=0Rectificador meia - onda

( )

0

1 sin 02

médiaV A dπ

θ θπ⎡ ⎤

= +⎢ ⎥⎣ ⎦∫

[ ]cos cos0 31.2%2A A Aππ π

= − − = =

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Circuito em AC- díodo sinal + (RC)

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Rectificador de onda completa

Diodo ideal: R =0 C=0

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Rectificador onda - completa

Valor médio

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Rectificador: ponte

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Exploração do osciloscópioInstrumentos de medida II

Controlo do feixe electrónicoDesvio do feixe electrónico

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Osciloscópio - Placas de desvio

Modo XY 2 2 2( ) sin sin

( ) cos cos

xx t rr x y ryy t rr

θ θ

θ θ

⎧ = ⇒ =⎪⎪ ⇒ + =⎨⎪ = ⇒ =⎪⎩

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Osciloscópio - Base de tempo

Varrimento

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Osciloscópio – Composição: sinal+Base tempo

Sinal observado

Controlo de retorno do sinal

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Osciloscópio – Estabilização imagemCondição:

D

n Tτ =

Alvo osciloscópio

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Sinal :

Sinal

VDC= 2 V

V= 8 V

V: Referência(ground)

Vpico-pico

Periodo

Valorpico

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Diferença de fase:(grau/rad)

Sinais observados no osciloscópio

Dif. faseDiferença de fase

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OFFset: gerador sinaisModo DC versus MODO AC

Offset: 3V

Modo DC: sinal+offset Modo AC: sinal (corta comp.continua)

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Circuitos eléctricos em AC: R, C, L, RC, RL, … Díodos !!!

Circuitos em ACOsciloscópio

Gerador de sinaisMedição de sinais em AC

Próximos desenvolvimentosGeneralização da Lei de Ohm

Conceito de impedância

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Análise de circuitosRegresso ao circuito divisor de tensão

Circuito envolvendo apenas resistências:

21

22 )()(

RRRinVoutV SR +

=

: :( ), ( ) :RZ R real não depende da frequência w

V t i t em fase≡ ⇒

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Lei de OHM (em ~AC)

Lei de Ohm generalizada

:

, !!!

V RI V Z I

em que

Z I eV são entidades complexas

= ⇒ =

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Reescrever : lei de Ohm para circuitos em DCC , L : introduzem d.d.f. entre as ondas de tensão e corrente

(v(t), i(t) : desfasadas! Ø=?)

Circuito divisor tensão

jwLZjwC

Z

RZ

L

C

R

=

=

≡1

2

2

1 2

( )Z inZV out V

Z Z=

+

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Osciloscópio – Instrumento medida II

Trabalho2 – Osciloscópio. Medição de tensões alternadas

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Sinal rectificado de um díodo sinal(osciloscópio)

Figura observada

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Curva característica IV de um díodo de sinal