Este documento discute circuitos ressonantes e filtros. Apresenta os conceitos de ressonância, frequência de ressonância e fator de qualidade para circuitos RLC em série. Explica como a impedância e corrente variam com a frequência nestes circuitos e como eles podem ser usados como filtros seletivos. Fornece exemplos e exercícios para cálculo e simulação de circuitos ressonantes em série.
Transformadores são máquinas elétricas estáticas, destinadas à transmissão de tensão por meio de indução eletromagnética. Realizam o controle do valor da tensão transmitida, aumentando, reduzindo ou mantendo-a constante, sem alterar a potência e frequência original. São constituídos de três elementos básicos: duas bobinas, que são interligadas por um material ferromagnético condutor, o qual possui núcleo com permeabilidade magnética elevada.
Utilizando os princípios da indução magnética, é possível realizar a indução de tensão entre bobinas, sem que haja contato direto entre as mesmas, por intermédio do núcleo, alterando, assim, os valores da tensão. Formalmente, essas máquinas elétricas são constituídas de um enrolamento primário (bobina primária), um enrolamento secundário (bobina secundária) e o núcleo ferromagnético. E podem ser classificadas de acordo com: a aplicação a qual se destinam; o tipo de núcleo; ou em relação ao número de fases.
A fim de verificar se o transformador apresenta um correto funcionamento são realizados ensaios em curto-circuito e a vazio. Esses testes irão determinar os parâmetros do transformador, como por exemplo, a resistência, a impedância e a reatância equivalentes, entre outros, além de uma série de características relacionadas ao funcionamento do mesmo.
Os resultados dos ensaios são comparados com os valores de grandezas para qual o transformador foi projetado. O profissional responsável, então, irá manter ou alterar o equipamento a fim de atingir as características para qual ele foi planejado, conferindo maior confiabilidade ao mesmo.
Este trabalho tem por objetivo apresentar os ensaios em curto-circuito e vazio, descrevendo suas peculiaridades, aplicação e parâmetros estabelecidos por eles.
Transformadores são máquinas elétricas estáticas, destinadas à transmissão de tensão por meio de indução eletromagnética. Realizam o controle do valor da tensão transmitida, aumentando, reduzindo ou mantendo-a constante, sem alterar a potência e frequência original. São constituídos de três elementos básicos: duas bobinas, que são interligadas por um material ferromagnético condutor, o qual possui núcleo com permeabilidade magnética elevada.
Utilizando os princípios da indução magnética, é possível realizar a indução de tensão entre bobinas, sem que haja contato direto entre as mesmas, por intermédio do núcleo, alterando, assim, os valores da tensão. Formalmente, essas máquinas elétricas são constituídas de um enrolamento primário (bobina primária), um enrolamento secundário (bobina secundária) e o núcleo ferromagnético. E podem ser classificadas de acordo com: a aplicação a qual se destinam; o tipo de núcleo; ou em relação ao número de fases.
A fim de verificar se o transformador apresenta um correto funcionamento são realizados ensaios em curto-circuito e a vazio. Esses testes irão determinar os parâmetros do transformador, como por exemplo, a resistência, a impedância e a reatância equivalentes, entre outros, além de uma série de características relacionadas ao funcionamento do mesmo.
Os resultados dos ensaios são comparados com os valores de grandezas para qual o transformador foi projetado. O profissional responsável, então, irá manter ou alterar o equipamento a fim de atingir as características para qual ele foi planejado, conferindo maior confiabilidade ao mesmo.
Este trabalho tem por objetivo apresentar os ensaios em curto-circuito e vazio, descrevendo suas peculiaridades, aplicação e parâmetros estabelecidos por eles.
Diodos são componentes eletrônicos, confeccionados com materiais semicondutores, destinados à permitirem a passagem de corrente em um único sentido, sendo conhecidos como chaves eletrônicas, devido à essa peculiaridade. São elementos com polos, positivo e negativo, definidos. O fluxo de corrente ocorre quando estão diretamente polarizados, do polo positivo ao polo negativo.
Por possuírem essa característica singular, é possível utilizar os diodos como retificadores de sinal, transformando corrente alternada em corrente contínua pulsante. Esse tipo de circuito recebe o nome de circuito retificador de meia onda, quando possui apenas um diodo; circuito retificador de onda completa, quando possui dois diodos com um transformador com center tape, ou quatro diodos ligados em ponte com transformador simples.
A tensão conduzida nos diodos é contínua e pulsante. Por se tratar de um valor que oscila no tempo, não sendo constante, utiliza-se filtragem capacitiva a fim de propiciar um aumento na constância da forma de onda. A filtragem capacitiva dá-se por meio da alocação de um capacitor em paralelo à carga do circuito, fazendo com que o capacitor carregue-se com a tensão de pico e descarregue-se com a mesma tensão nos intervalos em que o pulso de tensão está descendendo.
Este trabalho tem por objetivo realizar a apresentação dos resultados de um conjunto de práticas experimentais a respeito dos circuitos retificadores de meia onda, com e sem filtro capacitivo, bem como os resultados obtidos com circuitos retificadores de onda completa, seja com dois diodos ou em ponte, seja com filtragem capacitiva ou não.
Diodos são componentes eletrônicos, confeccionados com materiais semicondutores, destinados à permitirem a passagem de corrente em um único sentido, sendo conhecidos como chaves eletrônicas, devido à essa peculiaridade. São elementos com polos, positivo e negativo, definidos. O fluxo de corrente ocorre quando estão diretamente polarizados, do polo positivo ao polo negativo.
Por possuírem essa característica singular, é possível utilizar os diodos como retificadores de sinal, transformando corrente alternada em corrente contínua pulsante. Esse tipo de circuito recebe o nome de circuito retificador de meia onda, quando possui apenas um diodo; circuito retificador de onda completa, quando possui dois diodos com um transformador com center tape, ou quatro diodos ligados em ponte com transformador simples.
A tensão conduzida nos diodos é contínua e pulsante. Por se tratar de um valor que oscila no tempo, não sendo constante, utiliza-se filtragem capacitiva a fim de propiciar um aumento na constância da forma de onda. A filtragem capacitiva dá-se por meio da alocação de um capacitor em paralelo à carga do circuito, fazendo com que o capacitor carregue-se com a tensão de pico e descarregue-se com a mesma tensão nos intervalos em que o pulso de tensão está descendendo.
Este trabalho tem por objetivo realizar a apresentação dos resultados de um conjunto de práticas experimentais a respeito dos circuitos retificadores de meia onda, com e sem filtro capacitivo, bem como os resultados obtidos com circuitos retificadores de onda completa, seja com dois diodos ou em ponte, seja com filtragem capacitiva ou não.
Material referente a corrente alternada, frequência angular, valores de pico de corrente e tensão, valor eficaz, formas de ondas, potencia em corrente alternada,, potencia aparente, ativa e fator de potência.
3. Ressonância
• Circuito Ressonante (ou sintonizado)
– Combinação de elementos R, L e C que possui
uma resposta em frequência semelhante a da
figura.
4. Ressonância
• Observa-se na figura que a resposta é máxima
para a frequência fr, diminuindo tanto para a
direita quanto para a esquerda.
• Em fins práticos, para uma determinada faixa
de frequência, a resposta tem valor igual ou
próximo do valor máximo. Em frequências
distantes, sua influência no sistema é menor.
5. Exemplo:
• Um receptor de rádio ou tv tem uma curva de
resposta para cada emissora. Quando o
receptor é ajustado (sintonizado) para uma
determinada emissora, ele é ajustado para a
frequência próxima a fr, ou seja, quando o
sinal é máximo, não sofrendo influência das
demais frequências.
6. Ressonância
• Quando a resposta está próxima do máximo,
diz-se que o circuito está em estado de
ressonância.
• Este conceito não se limita a sistemas elétricos
e eletrônicos.
• Se aplicarmos impulsos a um sistema
mecânico com uma frequência apropriada, o
sistema entrará em ressonância.
7. Exemplo: Tacoma Narrows (1940)
• Um vento intermitente de 67km/h fez a ponte
de 853m oscilar na sua frequência natural. A
amplitude das oscilações foi aumentando a
ponto de faze-la se romper e cair sobre a
água.
8.
9. Ressonância
• Um circuito elétrico ressonante precisa de
indutores e capacitores, além de uma
resistência (capacitores e indutores não são
ideais!).
• A resistência também serve para controlar a
forma da curva de ressonância.
10. Circuito Ressonante em Série
• A frequência de ressonância pode ser
determinada em termos de indutância e da
capacitância do circuito a partir da equação de
definição da ressonância:
12. Circuito Ressonante em Série
• A potência média dissipada pelo resistor na
ressonância é igual a I²R e as potências
reativas no indutor e capacitor são I²XL e I²XC
respectivamente.
• Temos o seguinte
triângulo de potências
14. Fator de Qualidade
• O fato de qualidade Q de um circuito
ressonante em série é definido como a razão
entre a potência reativa no indutor ou do
capacitor e a potência média no resistor na
frequência de ressonância:
20. Seletividade
• Se plotarmos a corrente em função da
frequência para uma amplitude constante da
tensão, obtemos:
21. Seletividade
• Existe uma faixa de frequência na qual a
corrente está próxima do valor máximo, e a
impedância, do valor mínimo. As frequências
correspondem a 0,707 da corrente máxima
são denominadas:
– Frequência de banda
– Frequência de corte
– Frequências de meia potência ou frequências de
canto (f1 e f2)
22. Seletividade
• A faixa entre (f1 e f2) é conhecida como largura
de banda (bandwidth – BW)
• Frequências de meia potência é dada por:
27. Exemplos de Ressonância
em Série
1. Para o circuito ressonante a seguir,
determine:
a) Vr, I, Vl e Vc
b) Fator de qualidade Q
c) Se a frequência de ressonância é de 5000Hz,
determine a largura de banda
d) Qual a potência dissipada no circuito nas
frequências de meia potência?
29. Exemplos de Ressonância
em Série
2. A largura de banda de um circuito ressonante em
série é 400Hz:
a) Se a frequência de ressonância é 4000Hz, qual é
o fator de qualidade Q?
b) Se R = 10Ω, qual é o valor de XL na ressonância?
c) Calcule a indutância L e a capacitância C do
circuito.
d) Quais os valores comerciais prováveis de L e C?
30. Exercício 1
• Um circuito RLC série possui uma frequência
de ressonância de 12.000Hz
a) Se R=5Ω e XL na ressonância é de 300Ω,
calcule a largura de banda
b) Calcule as frequências de corte
31. Exercício 2
a) Determine Qs e a largura de banda para a
curva de resposta na figura
b) Para C=100nF, determine R e L do circuito
ressonante
c) Determine a tensão aplicada.
34. Atividade de Simulação
1. Calcule a frequência de ressonância
2. Simule o circuito a seguir no multisim ou pspice.
3. Trace a curva de ressonância para a corrente.
4. O resultado em frequência foi próximo ao
calculado?
Dicas:
No multisim, simular em Simulate-
>Analyses->AC Analysis...
Configurar:
35. Circuito Ressonante Paralelo
• Realizar uma pesquisa sobre o Circuito
Ressonante em Paralelo, mostrando as
principais diferenças e considerações em
relação ao circuito ressonante em série.
• Elaborar um resumo de no máximo 1 folha de
almaço e entregar até o fim da aula.
• Resolver os exercícios propostos a seguir.
• A simulação deve ser entregue até o dia 17/06
(apenas o resultado com as conclusões)