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Física ExperimentalAula_4
Trabalho 2
2008 - 2009
13-10-2008 Física Experimental - V. E. 2
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