Experimento2_Circuitos_2Q2020

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ESTO001-13 – Circuitos Elétricos e Fotônica Experimento 2 – QS 2020 
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Experimento 2: Medidas de sinais senoidais em circuito RC 
 
1. Objetivos: Utilizar um osciloscópio para visualização de formas de onda e análise 
da operação de um circuito RC série. 
 
 
2. Material 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A videoaula demonstrando este experimento e fornecendo os dados experimentais 
está disponível no link abaixo: 
https://vimeo.com/472183001 
 
3. Procedimento Experimental. 
 
3.1. Medidas da resistência R e capacitância C 
 
a) Para a medida da resistência elétrica com valor nominal de 15 kΏ,foi utilizado o 
multímetro de bancada na função ohmímetro, com fundo de escala em 20 kΏ. 
b) Para a medida da capacitância com valor nominal de 2.2 nF, foi utilizado um Vector 
Impedance Meder operando na frequência de 400 kHz. 
 
Anote os valores reais medidos para R e C. Estes valores serão utilizados nas 
simulações com LT Spice e nos cálculos com fasores. 
 
3.2. Familiarização com o Osciloscópio e medidas de amplitude e 
frequência 
 
a) O gerador de sinais AC foi ajustado para gerar um sinal senoidal de frequência 
1kHz e 5V Vpp (tensão pico-a-pico). 
b) Utilizando a ponta de prova do osciloscópio, o sinal do gerador foi injetado e 
observado no canal 1 do osciloscópio. 
c) Para familiarização com as funções do osciloscópio, foram realizadas medidas de 
tensão pico-a-pico (Vpp) período e frequência de 3 formas diferentes: 
• Visualmente, medindo o número de divisões verticais e horizontais 
correspondentes e fazendo os cálculos a partir dos valores V/Div. e s/Div. 
• Utilizando os cursores horizontais e verticais do osciloscópio, e as leituras 
correspondentes de V e t. 
• Utilizando o recurso de medidas automáticas do osciloscópio. Neste caso, 
mediu-se também o valor eficaz (ou rms) do sinal. 
Anote os valores de tensão alternada medidos pelo osciloscópio (Vpp e 
VRMS) e também o valor medido com o voltímetro na escala AC. 
Gerador de Sinais (Minipa) com cabo BNC-jacaré 1 
Osciloscópio com duas pontas de prova 1 
Multímetro de bancada com pontas de prova 1 
Resistor de carvão 15 k, ¼ W 1 
Capacitor cerâmico 2.2 nF 1 
Matriz de contatos (Protoboard) 1 
Fios para ligação - 
https://vimeo.com/472183001
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Nota: Observe que o multímetro “true rms” mede o valor eficaz da tensão, com 
determinada incerteza especificada dentro de uma faixa de frequência limitada). A 
partir da leitura no aparelho, calcule o valor de Vpp e compare com o medido pelo 
osciloscópio. 
 
3.3. Medidas com o circuito RC Série 
a) Utilizando os componentes R e C, cujos valores reais foram medidos no item 3.1, e 
o gerador de sinais como fonte de tensão alternada senoidal, o circuito da Figura 1 
abaixo foi montado utilizando o protoboard. O canais 1 (CH1) e 2 (CH2) do 
osciloscópio foram conectados ao circuito permitindo a medida direta das tensões 
na saída do gerador (vf) e do resistor (vr), respectivamente. (Notem que o terra 
dos 2 canais devem sempre permanecer no mesmo ponto do circuito). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1: Circuito montado na protoboard para realização do experimento-2. 
 
 
b) A tensão de saída do gerador (vg) foi ajustado com forma de onda senoidal com 
Vpp = 5V para as frequências de 500 Hz, 1 kHz, 10 kHz e 100 kHz. 
c) A partir dos dados mostrados no vídeo (dos 38min 45s aos 48 min, disponível no 
vídeo do experimento), complete a tabela-1 do apêndice com os valores para as 
tensões Vpp do gerador, do resistor e do capacitor para as frequências de 500Hz, 1 
kHz, 10 kHz e 100 kHz. 
d) Utilizando simulações no LT Spice, complete a tabela-2 com as mesmas 
informações do item anterior; 
e) Utilizando os cálculos em notação de fasores e os valores para vg, R e C medidos, 
complete a tabela-3 com os valores teóricos para comparação com os itens c) e d) 
anteriores. 
 
 
 
 
 
CH2 
v(t) 
vf(t) 
CH1 
i(t) 
vr(t) 
vc(t) 
gerador 
https://vimeo.com/472183001
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3.4. Medidas de Vg, VC e VR em função da frequência 
 
a) Utilizando o mesmo circuito RC mostrado pela Figura-1, foi realizada uma 
varredura em frequência de 10 Hz a 100 kHz observando-se as amplitudes pico-a-
pico em função da frequência no circuito. 
b) A partir do vídeo disponível com a realização do experimento-2 (48 min aos 54 
min), complete a tabela-4 com as amplitudes (Vpp) do gerador, resistor e capacitor 
em função dos valores de frequências (10Hz, 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz e 100 kHz). 
c) Utilizando os dados obtidos no item b) anterior, faça em um mesmo gráfico os 
valores de Vg, VR e VC em função da frequência. Coloque o eixo-x do gráfico em 
escala logarítmica. 
 
4. Análise e interpretação dos resultados 
 
a) Compare os valores medidos na saída do gerador de tensão com o obtido pelo 
voltímetro portátil. Qual a relação entre a leitura do multímetro com a amplitude 
pico-a-pico do sinal senoidal? 
b) A partir dos dados obtidos nas tabelas 1, 2 e 3, compare os valores medidos e 
simulados (Vg, VR, VC e Φ) com os valores calculados via fasores. 
c) De acordo com os resultados do ítem 3.3, a 2º Lei de Kirchhoff pode ser aplicada 
diretamente às amplitudes pico-a-pico dos sinais Vg, VR, VC ? Por quê 
d) Qual é o componente que produz esta defasagem entre tensão no gerador e no 
resistor? A tensão está atrasada ou adiantada com relação à tensão do gerador? 
e) Observando os gráficos obtidos com os dados da tabela-4, indique qual deles 
representa a resposta típica de um filtro denominado “passa-altas”. Explique. 
https://vimeo.com/472183001
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Tabelas com os dados a serem preenchidos durante o experimento-2. 
 
Tabela 1- Dados obtidas do vídeo com as medidas experimentais do vídeo 
 
 CH1 
Vf (Vpp) 
CH2 
Vr (Vpp) 
CH1-Ch2 
Vc (Vpp) 
t (μs) Defasagem  
(o) 
500 Hz 
1 kHz 
10 kHz 
100 kHz 
 
Tabela 2- Dados das simulações com LT SPICE 
 
 CH1 
Vf (Vpp) 
CH2 
Vr (Vpp) 
CH1-Ch2 
Vc (Vpp) 
t (μs) Defasagem  
(o) 
500 Hz 
1 kHz 
10 kHz 
100 kHz 
 
Tabela 3- Valores obtidos através dos cálculos com notação de fasores 
 
 CH1 
Vf (Vpp) 
CH2 
Vr (Vpp) 
CH1-Ch2 
Vc (Vpp) 
t (μs) Defasagem  
(o) 
500 Hz 
1 kHz 
10 kHz 
100 kHz 
 
Tabela 4: Tensões pico-a-pico em função da frequência 
 
 Vf (Vpp) VR (Vpp) VC (Vpp) 
10 Hz 
100 Hz 
1 kHz 
10 kHz 
100 kHz