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Aula01: Gerador de Funções - Fonte de Tensão AC
Para mostrar como usar instrumentos em corrente alternada vamos partir de um exemplo de um circuito RC alimentado por uma tensão senoidal. Para obter uma tensão (corrente) alternada (AC) temos duas alternativas:
Podemos usar o Gerador de Funções (GF). Um gerador de funções gera diversas formas de onda, principalmente senoidal, triangular e quadrada. A seguir na figura01 o ícone e o símbolo do gerador de funções na caixa de instrumentos.
Figura 1 - ( a ) ícone na caixa de instrumentos ( b ) Símbolo na área de trabalho ( c ) Gerador de funções aberto
Como indicado na figura 1c são possíveis os seguintes ajustes:
Gerador de Funções - Freqüência
São modificados o valor e a faixa.
Figura 2 - ( a ) Mudando valor e faixa ( b ) Dois sinais de freqüências diferentes (vermelho 1 kHz e azul 4 kHz)
Gerador de Funções - Ciclo de Trabalho (DC)
Só é definido para onda quadrada e triangular. Para a onda quadrada é definido como sendo:
onde TH é o tempo no nível alto e T é o período da onda.
Figura 3 - ( a ) onda quadrada com CT=80% ( b ) CT=50% e (c) CT=20%
Para a onda triangular o Ciclo de Trabalho (D.C) é definido como sendo:
onde T+ é o tempo que a onda fica com inclinação positiva e T é o período.
Figura 4 - ( a ) onda triangular com CT=80% ( b ) CT=50% e (c) CT=20%
Gerador de Funções - Amplitude
Podem ser modificados o valor e a faixa.
Figura 5 - ( a ) Valor de pico onda senoidal ( b ) onda quadrada ( c ) onda triangular
Gerador de Funções - Offset
Se a uma tensão alternada for adicionado uma tensão CC, ela passa a ter um offset (deslocamento), o qual pode ser positivo ou negativo. A Figura 6 mostra as três situações possíveis: sinal sem offset (0V), com offset positivo (4V) e com offset negativo (-4 V)
Figura 6 - ( a ) onda senoidal sem offset ( b ) com 4 V de offset ( c ) com -4 V de offset
Gerador de Funções - Ajustar Tempos de Subida/Descida (Set Rise-Fall Time)
O tempo de subida é definido somente para onda quadrada e o seu valor default depende da freqüência da onda quadrada. Por exemplo se a freqüência da onda quadrada é 1 kHz então os limites são 1ps e 0,5ms e o valor default é 100 ps. A seguir na Figura 7 uma onda quadrada de freqüência 1 kHz e tempos de subida e descida de 0,1ms.
Figura 7 - ( a ) Janela de ajuste do tempo de subida (Rise time)e tempo de e descida (fall time) ( b ) Onda quadrada de f=1KHz com tempo de subida/descida igual a 0,1ms
Gerador de Funções - A Saída de sinal
Atenção!! A amplitude especificada em Amplitude, é para o sinal obtido entre os terminais + e common ou entre "–" e common. Para o sinal obtido entre "+" e "–" a amplitude será o dobro da especificada na caixa Amplitude.
Exemplo1: Ajustemos portanto o GF em 10V de pico e 1 kHz (para mudar aponte o cursor para a caixa onde está indicado Hz ela se transforma em uma mão, clique mudando para kHz) e o liguemos a um resistor de 1 k em série com um capacitor de 0,1 F, figura08a. Insira um amperímetro e três voltímetros como na figura08b. Não se esqueça de configura-los para medir em CA.
Figura 8 - ( a ) Circuito RC série em CA ( b ) Circuito RC série em CA com instrumentos
Obs: Os instrumentos dão uma indicação do valor da resistência interna qual você pode modificar.
Compare os valores obtidos com a simulação com os valores calculados (ver livro Circuitos em Corrente Alternada Rômulo Oliveira Albuquerque - Editora Érica).
A Fonte de tensão alternada senoidal
A outra alternativa para se obter uma tensão alternada senoidal é usar a Fonte de Tensão Alternada Senoidal (AC Power) que se encontra na caixa de componentes Fonte (Source). A figura09a mostra o seu símbolo. Dando duplo clique no seu símbolo será aberta a caixa de configuração da Figura 9b. Nessa Figura os principais ajustes são:
Voltage (RMS): valor eficaz da tensão.
Voltage Offset: valor da tensão CC adicionada à tensão alternada.
Frequencia (F): freqüência da onda senoidal
Fase inicial (phase): ângulo de fase inicial da tensão em graus.
Figura 9 - (a) Símbolo da Fonte de Tensão Alternada (b) Caixa de configuração
A Figura10 mostra o resultado da simulação com a indicação dos instrumentos.
Figura10 - Resultados da simulação do circuito da figura8 com a fonte de tensão alternada senoidal – medida das tensões e corrente