Aula prática Circuitos Elétricos

Disciplina: Circuitos Elétricos

Modelo 2025.1

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ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 1

Unidade: 1: Leis de Circuitos.

Aula: 04: Teorema de circuitos II

 Software LTspice e Excel on-line

Acesso on-line

Livre

 Infraestrutura

Computador com acesso à internet.

1. Caso utilize o Windows 10, dê preferência ao navegador Google Chrome;

2. Caso utilize o Windows 7, dê preferência ao navegador Mozilla Firefox;

3. Feche outros programas que podem sobrecarregar o seu computador.

 Descrição dos softwares

Software LTspice

LTspice é um software simulador SPICE poderoso, rápido e gratuito, captura esquemática e

visualizador de forma de onda com melhorias e modelos para melhorar a simulação de circuitos

analógicos. Sua interface de captura esquemática gráfica permite sondar esquemas e produzir

resultados de simulação, que podem ser explorados ainda mais através do visualizador de forma

de onda integrado.

O download do software pode ser feito no seguinte endereço:

https://www.analog.com/en/resources/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

Após o download, a instalação é rápida e intuitiva. A própria desenvolvedora do software fornece

um tutorial básico de utilização que pode ser acessados em:

https://www.analog.com/en/resources/media-center/videos/series/ltspice-getting-started

tutorial.html

 

Software Excel on-line

O Excel Online é uma versão baseada na web da popular planilha eletrônica Microsoft Excel. Ele

faz parte do conjunto de aplicativos do Microsoft Office Online (anteriormente conhecido como

Office Web Apps), que também inclui versões online do Word, PowerPoint e OneNote. O Excel

Online permite que os usuários criem, editem e colaborem em planilhas diretamente em um

navegador da web, sem a necessidade de instalar o software Excel em seu computador local.

 

Aula prática Circuitos Elétricos

 

Atividade Prática

 

Introdução

 

Público

Neste experimento você vai fazer a montagem e análise de circuitos elétricos para comprovar os

teroremas da transformação de fonte e da máxima transferência de potência

1) O teorema da transformação de fonte trata da substituição de fontes de tensão por fontes de

corrente e vice-versa, mantendo inalteradas as características do circuito original, e descreve

como uma rede de circuitos complexos pode ser simplificada em um circuito equivalente mais

simples, que facilita a análise e o cálculo das grandezas elétricas, como tensão e corrente.

O teorema da transformação de fonte é composto por dois teoremas relacionados, o Teorema de

Thévenin e o Teorema de Norton. Assim, um circuito de Thévenin que consiste em uma fonte de

tensão ideal em série com uma resistência pode ser transformado em um circuito de Norton que

consiste em uma fonte de corrente ideal em paralelo com uma resistência.

 

2) O teorema da máxima transferência de potência é um conceito fundamental em circuitos

elétricos que descreve as condições sob as quais a potência é transferida de uma fonte de energia

(geralmente um gerador ou uma fonte de tensão) para uma carga de forma eficiente. O teorema

estabelece que a potência transferida é máxima quando a resistência da carga é igual à

resistência interna da fonte de energia. A potência máxima é entregue a uma carga quando a

resistência de carga (Rcarga) é idêntica à resistência de Thévenin quando vista da carga (RTH),

calculada de acordo com a equação (1):

�

�= 2

4

(1)

 

Atividade proposta

Analisar circuitos elétricos e aplicar os teoremas de circuitos.

 

Objetivos

Conhecer os teoremas da transformação de fonte e da máxima transferência de potência;

Saber utilizar ferramentas computacionais para emular circuitos elétricos;

Aplicar os conhecimentos sobre a análise de circuitos para a validação dos resultados obtidos

em ambiente de simulação computacional.

 

Procedimentos para a realização da atividade

Etapa 1: compreendendo o experimento:

Após a instalação do LTspice, você irá se deparar com a tela inicial do software, apresentada a

seguir. Para criar um novo esquemático de circuito clique no local indicado.

 

Público

 

Prática 1: Aplicando o teorema da transformação de fontes:

A figura a seguir ilustra o equivalente de Thévenin para uma resistência de carga de 1 kOhm.

Observa-se tambem o equivalente de Norton, obtido a partir da aplicação do teorema da

Transformação de fontes. Implemente os circuitos no LTspice e comprove que a corrente e a

tensão sobre a resistência de carga deve ser a mesma, independente do circuito equivalente

utilizado. Comprove, por meio de cálculos pela Lei de Ohm, os resultados obtidos na simulação.

 

RTH=1 k

VTH=10 V Rcarga=1 k

Equivalente de Thévenin

IN=10 mA

RTH=1 k

Equivalente de Norton

Rcarga=1 k

 

Para implementar o circuito, siga as orientações:

A fonte de tensão está posicionada no local indicado a seguir. Configure o valor “DC value[V]”

com o necessário para o experimento.

 

Público

 

A fonte de de corrente deve ser adicionada como um componente. Clicando como o botão

direito configure o valor “DC value[A]” com o necessário para o experimento.

 

O resistor e a referência estão nos locais indicados a seguir. Para configurar o valor do resistor,

clique sobre ele com o botão direito.

 

Público

 

Caso seja necessário remover algum componente, aperte a tecla ‘del’ do teclado e clique sobre

o componente que deseja remover. Para mover um componente, utilize a tecla ‘M’ e clique

sobre o componente desejado. Para cancelar uma seleção ou a adição de algum compente,

aperte a tecla ‘esc’. A ligação dos componetes é feita com o fio (wire), selecionado ao se clicar

‘w’ ou pelo atalho na barra de ferramentas. Para rotacionar um componente quando ele é

adicionado, aperte ‘Crtl+R’. Sabendo disso, você deve montar os seguintes circuitos:

 

Após a montagem, é necessário se configurar a simulação:

 

Público

 

Para realizar a simulação clique no botão indicado a seguir. O resultado irá aparecer em um log

com todos os valores de tensão e corrente dos circuitos ou você pode acessa-los posicionando

o mouse sobre os componentes após fechar a janela de log.

 

Você deve observar que a corrente e a tensão sobre a resistência de carga, independente do

circuito ( Thevenin ou Norton) é a mesma.

Prática 2: Aplicando o teorema da máxima transferência de potência:

O teorema estabelece que a potência transferida é máxima quando a resistência da carga é

igual à resistência interna da fonte de energia. Você deve montar o circuito da figura a seguir e

realizar a coleta da potência de acordo com a variação do valor da resistência de carga, para

obter o gráfico da figura:

 

Público

RTH=1 k

VTH=10 V Rcarga

RTH Rcarga 0

No LTspice monte o circuito da figura a seguir

 

Você deve variar o valor da resistência de carga (R2) entre 0 ohms até 10 kohms. Para 0 ohms,

basta retirar o resistor R2 e realizar um curto-circuito nos terminais adjacentes. O valor da

resistência pode ser alterado de acordo com a tabela a seguir. Para cada valor de resistência,

anotar nas colunas 1 e 2 os valores da tensão e corrente obtidos na simulação. A potência pode

ser obtida por meio da multiplicação entre tensão e corrente.

 

Tensão Corrente (mA) Rcarga

Potência

(mW)

V i 0 v*i

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

 

Público

4000

6000

8000

10000

 

Dica: você pode utilizar o Excel on-line para realizar os cálculos e a plotagem. Para isso, basta

acessar uma conta de e-mail outlook ou hotmail e no menu de aplicativos selecionar o Excel:

 

No Excel inserir as colunas: tensão ( que será coletada), corrente mA (que será coletada),

Rcarga (de acordo com a tabela anterior) e Potência mW (que será calculada):

 

Para cada valor de R2 alterada no LTspice, você deve anotar na planilha em Excel:

 

Público

Exemplo para R2 = 200 ohms:

 

Após realizar esse procedimento para toda a faixa de resistência, plote o gráfico de resistência

versus potência: você deve selecionar as colunas Rcarga e Potência (mW), ir até o menu

superior na aba “Inserir→Gráfico→ Dispersão”

 

O gráico será gerado, e você deve verificar que a máxima transferência de potência ocorre

quando Rcarga=RTH. Ainda, por meio da fórmula da máxima transferência de potência é

possível validar o valor de potência estimado.

 

Público

 

Aqui, finaliza-se a atividade prática.

 

Checklist

Realizar a montagem do circuito para a comprovação do teorema da transformação de fontes;

Validar matematicamente por meio dos teoremas, o resultado obtido em simulação;

Realizar a montagem do circuito para a comprovação do teorema da máxima transferência de

potência;

Validar matematicamente por meio dos teoremas, o resultado obtido em simulação;

Realizar a plotagem gráfica para a comprovação do teorema da máxima transferência de

potência.

 

Estudante, você deverá entregar:

Você deve entregar um relatório contendo os prints discussão dos resultados para:

Prática 1: Aplicando o teorema da transformação de fontes e;

Prática 2: Aplicando o teorema da máxima transferência de potência.

O relatório deve conter informações detalhadas sobre o projeto, simulação e resultados do

circuito. Aqui estão os elementos essenciais que devem constar em um relatório desse tipo:

Capa: A capa deve incluir o título do relatório, nome do autor, afiliação institucional (se aplicável),

data e outras informações de identificação relevantes.

Resumo: Um resumo conciso que fornece uma visão geral do experimento, incluindo os principais

objetivos, resultados e conclusões. Deve ser uma breve síntese do relatório.

 

Público

Introdução: Uma introdução ao experimento, explicando o propósito do estudo, as questões que

você pretende responder e a relevância do circuito que está sendo analisado.

Teoria e Fundamentação: Explicação da teoria subjacente ao circuito e aos componentes

utilizados. Isso pode incluir equações, leis de circuito e princípios fundamentais relacionados ao

experimento.

Metodologia: Descrição detalhada de como o circuito foi projetado, incluindo todos os

componentes e valores de resistência, capacitância, tensão, corrente, etc. Também inclua

informações sobre as configurações do simulador LTspice.

Resultados: Apresentação dos resultados da simulação. Isso pode incluir gráficos, tabelas,

medidas de tensão, corrente e outras grandezas elétricas relevantes. Os resultados devem ser

organizados de forma clara e legível.

Discussão: Interpretação dos resultados e análise de seu significado. Compare os resultados

obtidos na simulação com as expectativas teóricas e explique qualquer diferença. Discuta as

tendências observadas nos dados.

Conclusões: Resuma as principais conclusões tiradas do experimento. Responda às questões

levantadas na introdução. Destaque os principais resultados e descubra seu significado.

Considerações Finais: Inclua informações adicionais, como limitações do experimento,

recomendações para melhorias futuras ou experimentos adicionais que possam ser realizados.

Referências: Liste todas as fontes de informações utilizadas na pesquisa, incluindo livros, artigos,

manuais do LTspice ou outras fontes relevantes.

Certifique-se de que o relatório esteja bem estruturado, seja claro e conciso, e inclua gráficos e

tabelas quando apropriado para facilitar a compreensão dos resultados. Além disso, siga as

diretrizes específicas fornecidas pelo seu instrutor ou instituição, pois os requisitos podem variar.

 

Referências

LTspice: https://www.analog.com/en/resources/design-tools-and-calculators/ltspice

simulator.html .

 

Aula prática Circuitos Elétricos

 

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA 2

Unidade: 2: Métodos de Análise de Circuitos.

Aula: 06: Análise de Malhas