Lição do Teach
Fundamentos do laboratório de eletrônica (5/7): crie um sinal de teste controlado
Os estudantes aprendem forma de onda, frequência, período, tensão de pico a pico, deslocamento e referência ao configurar e observar um sinal real do gerador de funções no Hive.
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Objetivos de aprendizagem
Identificar formas de onda senoidal, quadrada e triangular.
Definir frequência, período, tensão de pico a pico, amplitude e deslocamento CC.
Converter entre frequência e período usando f = 1/T.
Alterar uma configuração do gerador por vez e verificar o resultado com um osciloscópio.
Visualização da atividade do estudante
Conteúdo da atividade
Apenas visualização. Em uma sessão de aula, os estudantes podem preencher respostas e entregar o trabalho ao professor.
1 · Aplique um desafio conhecido ao circuito
6 min
Uma fonte CC permite observar o circuito com uma tensão constante. Um gerador de funções permite investigar como o circuito responde quando a frequência e a forma de onda mudam: “O que acontece quando a tensão sobe e desce 160 vezes por segundo? E se a forma for suave, abrupta ou triangular?”
Um gerador de funções produz uma forma de onda de tensão controlada. Ele é usado como entrada conhecida enquanto se observa a saída do circuito. Uma configuração útil não é apenas “ligado”: inclui forma de onda, frequência, amplitude, deslocamento e referência. Nesta aula, o osciloscópio conectado é o instrumento de observação; todas as etapas necessárias são fornecidas.
Um gerador de funções de laboratório
Os modelos físicos variam, mas suas configurações principais descrevem o mesmo sinal. Mantenha a saída desativada ao fazer conexões incertas e comece com uma amplitude moderada e adequada ao circuito.
Teoria opcional: terminal comum do gerador e terra de proteção
Nenhum gerador nem osciloscópio físico é necessário; todas as ações obrigatórias ocorrem no Hive. Em um futuro laboratório supervisionado de baixa tensão com uma fonte isolada aprovada, lembre-se de que, em muitos geradores de bancada, o condutor externo da saída está ligado ao terra de proteção; as garras de terra de osciloscópios comuns também podem estar aterradas. Elas não são referências flutuantes independentes. Com as saídas desativadas, identifique a referência do circuito e confirme o aterramento dos instrumentos nos manuais antes de ligar os terminais comuns. Nunca ligue o comum do gerador nem a garra de terra do osciloscópio à rede elétrica, a um nó desconhecido ou a um circuito flutuante/de alta energia sem um método isolado ou diferencial, com classificação adequada e aprovado pelo laboratório.
Três formas de onda comuns
A onda senoidal varia suavemente, a quadrada muda bruscamente entre dois níveis e a triangular sobe e desce a uma taxa aproximadamente constante.
Qual forma de onda identificada tem transições abruptas e passa a maior parte de cada ciclo em um de dois níveis de tensão?
2 · Especifique o sinal por completo
8 min
Use estas grandezas:
- Frequência
f(Hz): ciclos por segundo.160 Hzsignifica 160 ciclos completos por segundo. - Período
T(s): tempo de um ciclo completo. Frequência e período são recíprocos:f = 1/TeT = 1/f. - Tensão de pico a pico
Vpp: diferença entre o mínimo e o máximo da forma de onda. - Amplitude: geralmente a distância do valor central até um pico. Em uma onda simétrica, a amplitude é metade de
Vpp. As convenções variam; leia a unidade mostrada — o Hive identifica a configuração relevante emVpp. - Deslocamento CC: valor central em torno do qual a onda varia. Um deslocamento de
0 Vcentraliza um sinal simétrico em relação ao terra. - Referência/terra: nó em relação ao qual a tensão do sinal é definida.
- Convenção de carga e impedância da fonte: muitos geradores têm fonte de
50 Ωe podem mostrar a amplitude para uma carga de50 Ωou de alta impedância. A mesma configuração mostrada pode produzir outra tensão no circuito se a convenção estiver errada. Registre a convenção escolhida e verifique a Vpp real na carga com um osciloscópio.
Leia uma forma de onda periódica
Alterar a frequência comprime ou estende a onda horizontalmente. Alterar Vpp muda sua escala vertical. Alterar o deslocamento move seu centro para cima ou para baixo.
Calcule o período de um sinal de 160 Hz. Mostre T = 1/f, primeiro em segundos e depois em milissegundos.
Uma forma de onda simétrica está centralizada em 0 V e configurada para 5 Vpp. Quais valores ideais máximo e mínimo ela deve atingir?
3 · Altere uma configuração e verifique o resultado
10 min
O circuito salvo no Hive liga o gerador a uma rede RC e conecta dois canais do osciloscópio. Nesta aula, use o canal 1 como evidência da entrada do gerador. O comportamento RC ainda não está sendo avaliado.
A execução 1 usa as configurações salvas: senoide, 160 Hz, aproximadamente 5 Vpp e deslocamento de 0 V. A execução 2 altera apenas a frequência para 80 Hz. Se amplitude, deslocamento ou forma de onda mudar por engano, restaure os valores da execução 1 antes de continuar.
Crie e inspecione dois sinais de teste
Abra o Hive a partir deste bloco e aguarde o circuito RC salvo aparecer.
Abra o Gerador de funções. Registre forma de onda, frequência,
Vppe deslocamento antes de alterar qualquer valor.Abra o Osciloscópio. Mantenha o canal 1 visível e use as configurações de tela salvas na primeira execução.
Selecione Realizar medição (
Realizar medición) uma vez. Observe o canal 1 e estime o período pela curva ou pelas medições disponíveis.Volte ao gerador e altere somente a frequência de
160 Hzpara80 Hz. No Hive, pressione Freq, Enter Number, Offset (tecla também marcada com8), Recall (tecla também marcada com0) e depois a tecla de unidade com seta para a direita marcada Hz. Mantenha senoide,5 Vppe deslocamento de0 V.Selecione Realizar medição novamente. Observe o canal 1 e estime o novo período.
Se a onda ficar difícil de ver, ajuste apenas a escala de tempo do osciloscópio; não altere a amplitude do gerador para corrigir um problema horizontal da tela.
Confirme a entrada de 80 Hz antes de medir
Depois da sequência de teclas, pare e confirme que o mostrador indica 80 Hz antes de selecionar Realizar medição. Caso contrário, restaure a configuração salva, reabra o Gerador de funções e repita a entrada da frequência sem alterar forma de onda, Vpp nem deslocamento.
Complete exatamente duas linhas. O período observado pode ser estimado pela curva; use milissegundos. Exemplo apenas de formato para a linha salva: E1: 160 Hz | senoidal | 160 Hz | 5 Vpp | 0 V | 6,25 ms. As células numéricas recebem o número e o cabeçalho fornece a unidade. Use seus valores observados em vez de copiar o exemplo. Deixe as linhas extras em branco.
Configurações e evidências do gerador
Complete duas linhas: execução salva de 160 Hz e execução alterada de 80 Hz. Registre as configurações e o período observado no canal 1 do osciloscópio.
| Execução | Forma de onda | Frequência Hz | Pico a pico Vpp | Deslocamento CC V | Período observado ms |
|---|---|---|---|---|---|
Explique o que mudou e o que permaneceu constante. Use as duas frequências e os dois períodos e depois diga se sua evidência sustenta T = 1/f.
4 · Teoria opcional: reproduza o sinal mais tarde
6 min
Nenhum gerador físico é necessário. Use esta teoria ao se preparar para um futuro laboratório supervisionado:
- Confirme a faixa de entrada permitida e a referência do circuito.
- Desative a saída ao fazer conexões incertas.
- Escolha forma de onda, frequência, convenção de
Vppou amplitude, deslocamento e a convenção de cargaHigh-Z/50 Ωcorreta. - Com a alimentação desligada, identifique se o comum do gerador e o terra do osciloscópio estão aterrados; ligue-os apenas à referência compartilhada aprovada.
- Ative a saída e verifique Vpp e deslocamento reais na carga com um osciloscópio.
- Altere e registre uma configuração por vez.
Quais detalhes são necessários para reproduzir o sinal salvo do Hive em outro gerador de funções? Selecione todos os aplicáveis.
Escreva o sinal salvo como uma especificação compacta e reproduzível do gerador.
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