Laboratorio de Eletricidade e Magnetismo - Divisor de Tensao

Laboratório de eletricidade e Magnetismo Semestre 20221 DCME UFERSA pág 1 1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA O divisor de tensão é um circuito onde a ddp de saída é proporcional a ddp de entrada ou seja é uma fonte variável Seu circuito mais simples é composto por uma fonte de alimentação e dois resistores Um exemplo deste circuito é dado na Figura 1 Figura 1 Circuito divisor de tensão É claro que algumas considerações deverão ser levadas em conta para que esta aplicação seja mais bem aproveitada em sua totalidade Para iniciar este estudo é importante entender quais componentes elétricos poderão contribuir na construção de um divisor de tensão Se os valores das resistências forem constantes a ddp de saída tem somente um valor como mostra a Equação 1 em que a ddp de saída do circuito da Figura 1 Se 𝑅1 for constante o valor da ddp de saída 𝑉1 assume um valor único 𝑉1 𝑅1 𝑅1 𝑅2 𝜀 Equação 1 Por outro lado se o circuito tem componentes que variam seus valores de resistência por alguma modificação indireta de um parâmetro a ddp de saída é variada continuamente dentro da faixa estipulada de fornecimento de energia por parte da fonte Um resistor variável bem comum em circuitos divisores de tensão é o trimpot do inglês trimmer potentiometer é basicamente um potenciômetro ajustável assim o valor da resistência pode ser variado entre zero e o seu valor máximo de resistência A Figura 2 mostra um trimpot de uso comum Figura 2 Ilustração do trimpot de uso comum DIVISOR DE TENSÃO Universidade Federal Rural do SemiÁrido Centro de Ciências Exatas e Naturais Departamento de Ciências Naturais Matemática e Estatística Laboratório de Eletricidade e Magnetismo Laboratório de eletricidade e Magnetismo Semestre 20221 DCME UFERSA pág 2 Observando a Figura 2 é possível notar que o trimpot tem três terminais de saída E com o uso correto destas saídas que é possível modificar os valores da resistência O parâmetro que faz com que a resistência possa ser variada é o comprimento Isso fica claro pois já foi discutido à lei de Ohm Neste caso quanto maior for o comprimento do fio maior será o valor de resistência apresentado por ele Para entender como o trimpot opera e desta forma poder usálo corretamente em circuitos a Figura 3 mostra a região interna de um trimpot comum e sua simbologia eletrônica em circuitos e por simplicidade foram denominados os terminais 1 2 e 3 por conveniência Figura 3 Região interna do trimpot e simbologia O valor de 𝐿 é o comprimento total usado para a resistência máxima do trimpot O 𝑥 é o valor de uma parcela de 𝐿 Determinados estes dois parâmetros é possível dependendo da associação escolhida entre os pinos 1 2 e 3 ter valores específicos de resistência O pino 2 do trimpot é o pino móvel do potenciômetro enquanto os pinos 1 e 3 são fixos A Figura 4 mostra três situações de uso dos pinos do trimpot de resistência 𝑅 medida pelo ohmímetro e sua relação com 𝑥 e 𝐿 Os valores das resistências de cada situação são dados pela Equação 2 Figura 4 Três situações diferentes do uso do trimpot usando dois pinos com medida da resistência SITUAÇÃO 1 SITUAÇÃO 2 SITUAÇÃO 3 𝑅12 𝑥 𝐿 𝑅 𝑅23 1 𝑥 𝐿 𝑅 𝑅13 𝑅 Equação 2 Na situação 1 da Figura 4 o multímetro está conectado entre os pinos 1 e 2 neste caso a resistência que é levada em consideração é a de comprimento 𝑥 a parte complementar 𝐿 𝑥 não fará parte do circuito Movendo o pino 2 se 𝑥 varia crescentmente para o valor de 𝐿 sendo 0 𝑥 𝐿 o valor de 𝑅12 varia de seu valor mínimo zero até seu valor máximo 𝑅12 𝑅 segundo a Equação 2 desta situação Na segunda situação os pinos do ohmímetro estão conectados nos pinos 2 e 3 o valor da resistência será dado pelo comprimento 𝐿 𝑥 com valor mínimo de 𝑅23 sendo zero quando 𝑥 for equivalente a 𝐿 e seu valor máximo 𝑅23 𝑅 para 𝑥 0 Na terceira situação é usado os pinos 1 e 3 onde o pino 2 é descartado dado o valor máximo da resistência independentemente da posição do pino 2 ou seja 𝑅13 𝑅 pois é usado o valor máximo de comprimento 𝐿 Outras conexões podem envolver os três terminais de uma vez só O trimpot usado junto com uma fonte de alimentação pode formar diretamente um divisor de tensão como mostra a Figura 5 Neste caso em circuito aberto a corrente que passa pela fonte 𝑖 é mantida constante Laboratório de eletricidade e Magnetismo Semestre 20221 DCME UFERSA pág 3 pois o valor da resistência total do trimpot 𝑅 não é modificada com a variação do pino 2 E o valor de 𝑉1 é dependente diretamente da variação do valor de 𝑅1 Figura 5 Circuito divisor de tensão com o trimpot No caso de conexão na saída 𝑉1 ou seja quando uma carga é conectada ao divisor de tensão esta análise pode mudar um pouco ou drasticamente sua perspectiva Por isso nossa análise parte para a inserção de elementos de carga na saída do divisor de tensão e como exemplo o circuito da Figura 6 apresenta um resistor 𝑅𝑐 é inserido no divisor de tensão da Figura 1 Figura 6 Divisor de tensão com uma carga resistiva 𝑹𝒄 No circuito da Figura 6 a corrente 𝑖 que passa pela fonte é dada pela Equação 3 Note que este valor é dependente do valor do resistor de carga 𝑅𝑐 Isso mostra que a ddp de saída 𝑉1 não é dada pela Equação 1 pois 𝑖 depende de 𝑅𝑐 Outrora é possível indicar condições que gerem uma proximidade razoável entre os valores de ddp do circuito divisor de tensão com e sem carga 𝑖 𝜀 𝑅𝑐𝑅1 𝑅𝑐 𝑅1 𝑅2 Equação 3 Na Equação 3 nos casos em que 𝑅𝑐 𝑅1 o valor da corrente 𝑖 𝜀𝑅1 𝑅2 que é aproximadamente equivalente ao divisor de tensão sem carga associada a ele Isso implica em dizer que o divisor de tensão tem sua melhor função desenvolvida se o resistor de carga for muito maior que os resistores componentes do próprio divisor Laboratório de eletricidade e Magnetismo Semestre 20221 DCME UFERSA pág 4 AVISOS IMPORTANTES Preencha de forma legível as informações solicitadas por este roteiro Abaixo é indicado o espaço para assinatura dos membros do grupo Cada membro deve assinar com o próprio punho Preencha também a data e o horário em que foi realizada a prática laboratorial Estas informações são obrigatórias para que seja avaliado este documento e são de responsabilidade dos discentesautores Para àquelas informações que ficarão em branco favor passar um traço ou escrever INEXISTENTE Este roteiro devidamente preenchido deverá ser escaneado e postado no SIGAA no período estipulado pelo professor no formato pdf INFORMAÇÕES DE RESPONSABILIDADE DOS DISCENTES EXPERIMENTO REALIZADO EM NO HORÁRIO 4T23 4T45 4N12 4N34 NOME DOS INTEGRANTES DO GRUPO 1 4 2 5 3 6 Conclusão da Parte I Conclusão da Parte II Conclusão da Parte III ROTEIRO 8 R8 DIVISOR DE TENSÃO Universidade Federal Rural do SemiÁrido Centro de Ciências Exatas e Naturais Departamento de Ciências Naturais Matemática e Estatística Laboratório de Eletricidade e Magnetismo Laboratório de eletricidade e Magnetismo Semestre 20221 DCME UFERSA pág 5 ATIVIDADES DO ROTEIRO R8 OBJETIVO Esta atividade objetiva estudar um circuito divisor de tensão com diferentes cargas resistivas MATERIAL NECESSÁRIO Multímetro e pontas de prova Resistores Fios link Conectores do tipo banana 1 protoboard Fonte de alimentação PARTE I TRIMPOT Utilizando um trimpot e um multímetro na escala de resistência e com base nas três situações de seu uso na fundamentação teórica meça a resistência entre os terminais 1 e 2 R12 2 e 3 R23 e 1 e 3 R13 Estes valores são proporcionais ao comprimento x Preencha a Tabela 1 Escreva o valor da resistência nominal do trimpot no espaço indicado Tabela 1 Medida da resistência no trimpot Resistência nominal do trimpot x R12 R23 R13 0 14 L 24 L 32 L 44 L P1 Admita que L 1m faça os gráficos de cada coluna de resistência em função de x no mesmo ambiente gráfico PARTE II DIVISOR DE TENSÃO Monte o circuito da Figura 7 note que um dos terminais do trimpot está livre ou seja não está conectado ao circuito Usando ε1 5 V a resistência R1 do trimpot de resistência máxima Rtrimpot e R2 são da ordem de kΩ Meça o valor de V2 para vários valores de x e preencha a Tabela 1 Figura 7 Divisor de tensão Tabela 2 Medidas do divisor de tensão R2 x V2 V 0 14 L 24 L 32 L 44 L PARTE III DIVISOR DE TENSÃO COM E SEM CARGA Monte o circuito da Figura 8 e meça o valor da ddp V sem RL representado por VSRL e com RL representado por VCRL Esses valores deverão ser inscritos na Tabela 3 para vários valores de x Use ε 5V a resistência do trimpot da ordem de kΩ RL é da ordem de kΩ Comente sobre sua análise Laboratório de eletricidade e Magnetismo Semestre 20221 DCME UFERSA pág 6 Figura 8 Divisor de tensão II Tabela 3 Medidas do divisor de tensão II R2 Sem o RL Com o RL x VSRL V VCRL V 0 14 L 24 L 32 L 44 L P2 Há diferença entre as situações COM RL e SEM RL nas medidas da Figura 8 Explique P3 Calcule a corrente que passa pela fonte de alimentação no Figura 8 nas situações COM RL e SEM RL para x 24 L