ASSOCIAÇÃO EDUCACIONAL DOM BOSCO FACULDADE DE ENGENHARIA DE RESENDE ENGENHARIA ELÉTRICA ELETRÔNICA Disciplina: Laboratório de Circuitos Elétricos – Circuitos em Corrente Alternada EXPERIMENTO 7 – MEDIDAS DO ÂNGULO DE FASE COM O OSCILOSCÓPIO 1. Objetivo – A maioria dos circuitos em corrente alternada (circuitos ac), envolve algum deslocamento de fase entre a tensão e a corrente no circuito. A fase deslocada em cada circuito pode ser medida com um osciloscópio. A proposta desse experimento é tornar familiar com umas das técnicas qual pode ser usada para medir deslocamento de fase. 2. Discussão – Se duas tensões senoidais que possuem a mesma freqüência são aplicadas às entradas horizontal e vertical de um osciloscópio, o traço resultante será uma elipse. Como um oscilograma elíptico mostrado na Figura 1. A distância H no oscilograma é proporcional à amplitude da tensão de entrada vertical. Ao mesmo tempo a distância h é proporcional à amplitude da entrada vertical vezes o seno do ângulo entre as entradas de tensão vertical e horizontal. Tal como um padrão o ângulo de fase entre as duas tensões pode ser determinada pelas Equação 1 e Equação 2. h H Figura 1 – Um oscilograma elíptico sin Θ = h H Θ = arcsin Equação 1 h H Equação 2 Entretanto, alguns cuidados devem ser usados na medição das distâncias H e h como a precisão da medição da fase depende inteiramente desses valores. H é a deflexão vertical total, e h é a distância entre a interseção no centro da elipse. A distância H pode ser medida rapidamente no osciloscópio. A distância h é algo que apresenta mais dificuldade na medição, como o centro da elipse deve primeiro ser localizada. A amplitude relativa de duas tensões e o ajuste do ganho vertical e horizontal tem efeito na relação h/H tão longo quanto a elipse toda é visível na tela do osciloscópio. Elaborado: Prof. Alvaro Cesar Otoni Lombardi 2009 Disciplina: Laboratório de Circuitos Elétricos – Circuitos em Corrente Alternada 2 EXPERIMENTO 7 – MEDIDAS DO ÂNGULO DE FASE COM O OSCILOSCÓPIO Nas medições de fase, deseja-se determinar o ângulo de fase entre a tensão sobre o circuito e a corrente através do circuito. Visto que o osciloscópio é sensível à tensão e opostamente sensível à corrente. Deve-se converter o circuito de corrente para uma tensão proporcional. Esta conversão pode ser rapidamente realizada inserindo um resistor em série com o circuito na qual o ângulo de fase está para ser medido. Isso deveria ser enfatizado que esse resistor extra deverá ser muito menor quando compara do à impedância do circuito. Caso contrário, o ângulo de fase a ser medido pode ser mudado significantemente pela introdução do resistor. Em muitos dos casos o uso de tal resistor não será necessário porque já existe alguma resistência em série com o circuito e será suficiente. O ângulo de fase entre a tensão e a corrente no circuito contém resistência e reatância pode ser calculada pela Equação 3. Onde Θ é o ângulo de fase, R é a resistência e X é a reatância. X é positivo se a reatância for indutiva e negativa se a reatância é capacitiva. Esta equação pode ser reescrita na forma da Equação 4 tan Θ = ±X R Θ = arctan Equação 3 ±X R Equação 4 Deverá ser observado que o ângulo de fase será negativo se a reatância é capacitiva e positiva se a reatância for indutiva. 3. Material Item 01 02 03 04 Nomenclatura O1 M1 T1 R1 Descrição Osciloscópio Multímetro Digital Transformador 127-220/9-0-9 V Resistor de 10 Ω Quantidade 01 01 01 01 05 R2 Resistor de 50 Ω 01 06 R3 Resistor de 75 Ω 01 07 R4 Resistor de 100 Ω 01 08 C1 Capacitor de 1 µF 01 09 C2 01 10 P1 Capacitor de 10 µF Medidor RLC Fios Jumpers para prot-o-board 01 Vários Fios de Ligação Banana – Jacaré Vários Elaborado: Prof. Alvaro Cesar Otoni Lombardi 2009 Disciplina: Laboratório de Circuitos Elétricos – Circuitos em Corrente Alternada 3 EXPERIMENTO 7 – MEDIDAS DO ÂNGULO DE FASE COM O OSCILOSCÓPIO 4. Procedimento 4.1. R1 = R2 = 4.2. Meça e anote os valores de R1, R2, R3, R4, C1 e C2. R3 = C1 = R4 = C2 = Prepare o osciloscópio para medir fase como segue: 4.2.1. Ajuste os controles para uma linha horizontal na tela do osciloscópio; 4.2.2. Ajuste o seletor sweep horizontal para a posição input; 4.2.3. Ajuste a chave de sync para int. Nota: Nesse ponto uma marca brilhosa será visível no osciloscópio. Com o controle de posição horizontal e vertical, situe este ponto no centro da tela. Reduza a intensidade até a marca luminosa aparecer relativamente fraca. Falhas nesses ajustes podem marcar a tela do osciloscópio de modo permanente. 4.3. Ligue o circuito conforme mostrado na Figura 2. Use inicialmente o resistor de 10 Ω e o capacitor de 1µF. Nota: A tensão sobre o resistor, qual é proporcional à corrente do circuito está ligado na entrada vertical, e a tensão total sobre o circuito está ligado à entrada horizontal. 9V Entrada C Horizontal Entrada Vertical 127 V 0V 0V R Comum Para o Osciloscópio 220 V 9V Figura 2 – Circuito Experimental 4.4. Ajuste os controles horizontal e vertical até atingir uma elipse satisfatória. 4.5. Medir e anotar na Tabela 1 o ângulo de fase Θ1. 4.6. Calcule a diferença percentual entre os valores medidos e calculados. 4.7. Substitua o capacitor de 1µF pelo de 10µF e o resistor de 10 Ω pelo resistor de 50 Ω. Elaborado: Prof. Alvaro Cesar Otoni Lombardi 2009 Disciplina: Laboratório de Circuitos Elétricos – Circuitos em Corrente Alternada 4 EXPERIMENTO 7 – MEDIDAS DO ÂNGULO DE FASE COM O OSCILOSCÓPIO 4.8. Repita os passos de 3 até 6 3 anote os resultados de Θ2. 4.9. Similarmente meça e calcule: 4.9.1. Θ3 usando R = 75 Ω e C = 10µF 4.9.2. Θ4 usando R = 100 Ω e C = 10µF 4.9.3. Θ3 usando R = 150 Ω e C = 10µF Tabela 1 – Tabela de dados Valor Medido Valor Calculado Diferença Percentual Θ1 Θ2 Θ3 Θ4 Θ5 Fonte – experimento prático 5. Resultados: A análise desses dados devera ser discutida as possíveis fontes de erro bem como os métodos para minimizar esses erros. Em particular discuta qualquer dificuldade que foi encontrado na medição de h no traço elíptico do osciloscópio. 6. Referência Traduzido e adaptado pelo prof. Alvaro Cesar Otoni Lombardi do original. TINELL, RICHARD W; Experiments in Electricity. Alternating Current. USA: Ed. Mc Graw-Hill, 1966. Elaborado: Prof. Alvaro Cesar Otoni Lombardi 2009
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