Colectânea sobre díodos

Departamento de Engenharia Electrotécnica
Colectânea de problemas
Capítulo 1 – Díodos
P-1
Considere o circuito da figura P1 em que V1 =10V, V2 =5V, V3 =5V e V4 =15V; aplicando os
métodos e teoremas já estudados responda às seguintes questões:
V2
R1
R6
0,5k Ω
1kΩ
V1
R3
R5
1kΩ
R2
R4
1kΩ
10kΩ
V4
5kΩ
V3
Fig. P1
a)
b)
c)
Calcule IR1 , IR2 , IR3 , IR4 , IR5, IR6, VR3 e VR5 usando o método das malhas (represente o
sentido das correntes).
Calcule, IR4 usando o teorema de Thévenin, e compare-o com o resultado obtido na alínea a).
Calcule VR5 usando o teorema da sobreposição, e compare-o com os resultado obtido na
alínea a).
P-2
Considere o circuito da figura P2 com o díodo D1 caracterizado por: Vγ=1V , Rf=0Ω e Rr=∞. Calcule o valor de
VR1 para as seguintes condições:
R1
V1
D1
a) V1 = 11V e R1 = 1KΩ
b) V2 = -11V e R1 = 1KΩ
Fig. P2
Electrónica II – Cursos de Engª Electrotécnica e de Electrónica e Computadores
Pág. 1
Departamento de Engenharia Electrotécnica
P- 3
Considere o circuito da figura P3, com os díodos caracterizados por Vγ=0,7V , Rf=0Ω e
Rr=∞, e calcule as correntes IR1 , IR2 e IR3 , indiR1
R3
D1
D3
cando o seu sentido, para:
1kΩ
a)
b)
c)
d)
V1 =10V e V2 =10V.
V1 =5V e V2 =10V
V1 = 5V e V2 = 2V
Considerando os resultados obtidos na
alínea a) determine VR2 .
1kΩ
D2
V1
V2
1kΩ
R2
Fig. P3
P- 4
Considere o circuito da figura P4 e responda às questões seguintes, tendo o cuidado de indicar
o sentido que arbitrou para cada circulação, assim como os sentidos das correntes e polaridades
das tensões obtidas. Os díodos são caracterizados por: Vγ=0,7V, Rf=0Ω e Rr=∞
V2
D1
D4
.
a) Calcule IR1 , IR2 , IR3 , IR4 , IR5 , VR2
R2
R4
e VR4 , para: V1 = 15V, V2 = 10V
V1
V3
1kΩ
1kΩ
e V3 =15V.
b) Calcule IR1 , IR2 , IR3 , IR4 , IR5 , VR2
D2
D3
R1
R3
R5
e VR3 , para: V1 = 10V, V2 = 10V
e V3 =15V.
1kΩ
1kΩ
1kΩ
Fig. P4
P- 5
Dado o circuito da figura P5, com V1 =12V, Rp =50Ω/250mW, RL=200Ω/500mW e o díodo
zener D1 caracterizado por Vz=7,5V/500mW, Izmin =15mA, determine:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
A corrente IRp
A corrente IR2
V1
A corrente Iz
A potência dissipada na resistência Rp
A potência dissipada na resistência RL
A potência dissipada no díodo de zener
Entre que valores pode variar Rp de modo
a que o díodo zener esteja a funcionar
como regulador e não exceda os seus parâmetros máximos?
Rp
D1
RL
Fig. P5
Electrónica II – Cursos de Engª Electrotécnica e de Electrónica e Computadores
Pág. 2
Departamento de Engenharia Electrotécnica
h) Entre que valores pode variar RL de modo a que o díodo zener esteja a funcionar como
regulador e não exceda os seus parâmetros máximos?
i) Descreva uma aplicação para o circuito.
j) A potência nominal das resistências está correcta?
P- 6
Para o circuito da figura P6, Vi é uma fonte de tensão alternada sinusoidal com Vmax=15V e
com período de 1ms. O díodo D é caracterizado por Vγ=0,7V, Rf=0Ω e Rr=∞ e R=100Ω.
Responda às seguintes questões:
D
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Identifique o tipo de circuito;
Determine a corrente máxima em R;
Determine a corrente mínima em R;
Vi
R
Vo
Determine a corrente eficaz em R;
Determine a corrente média em R;
Esboce as formas de onda da tensão e corrente
na resistência R e relacione-as com as formas
Fig. P6
de onda da tensão na entrada.
g) Esboce as formas de onda de tensão e corrente no díodo e relacione-as com as formas
de onda da tensão na entrada
P -7
Para o circuito da figura P7, considere :V i=20.sin(wt) [V] e frequência de 100Hz. Com
R=1KΩ, VZo= 7,5V, Vγ=0,7V, Rf=0Ω, RZ=0Ω e Rr=∞ responda às seguintes questões:
a) Esboce as formas de onda de tensão e corrente
na resistência R, relacionando-as com as formas de onda de entrada.
b) Esboce as formas de onda de tensão e corrente
no díodo de zener, relacionando-as com as
formas de onda de entrada.
P –8
Dz
Vi
R
Vo
Fig. P7
Pretende-se projectar um rectificador de onda completa, usando um transformador com ponto
médio, com as tensões no secundário 16+16Vef, usando díodos rectificadores com Vγ = 0,7V,
Rf=0Ω e Rr = ∞.
a) Desenhe o esquema adequado à montagem;
b) Esboce a forma de onda na saída desenhando em simultâneo a onda de entrada;
Electrónica II – Cursos de Engª Electrotécnica e de Electrónica e Computadores
Pág. 3
Departamento de Engenharia Electrotécnica
c) Se utilizarmos uma resistência de carga de 100Ω, qual será o valor eficaz da corrente
que a atravessa?
P- 9
Pretende-se projectar uma fonte de alimentação, com rectificação em ponte, filtrada e regulada
com díodo zener, para alimentar uma carga que necessita de 12V com consumo de 100mA e
um ripple máximo de 1V. Temos no nosso armazém o seguinte material:
- Transformador 220V/20V, 20VA, η= 50%;
- Díodos zener 1W para diversas tensões;
- Resistências de 2W com diversos valores;
- Condensadores de 50V com diversas capacidades;
- Ponte rectificadora 50W.
a) Desenhe o esquema adequado do circuito;
b) Calcule o valor de todos os componentes e verifique se podem ser utilizados os que
existem em armazém;
c) Qual o ripple da fonte na saída?
d) Aumentando o consumo para 200 mA o que é acontece?
e) Represente as formas de onda nos pontos sensíveis do circuito.
P- 10
Para o circuito da figura P8,
Vi=5.sin(wt)[V], Vf = 2,5V, R1 = 1KΩ,
D1 =D2 => Vγ=0,7V, Rf=0Ω e Rr=∞Ω.
D1
considere:
D2
R
Vi
Vo
Vf
a) Desenhe as formas de onda na entrada, Vi, e
na saída, Vo , considerando Vf=2,5V;
Fig. P10
b) Desenhe as formas de onda na entrada, Vi, e
na saída, Vo , considerando Vf= -2,5V;
c) Desenhe as formas de onda na entrada, Vi, e na saída, Vo , substituindo a fonte Vf por um
díodo zener com VZO =3V, com o cátodo ligado ao ânodo do díodo D2 .
P-11
Considere o circuito da figura P11 em que Vi=10.sin(wt)
[V]:
a) Identifique o circuito
b) Considere o díodo ideal e o condensador adequado
à frequência de onda de entrada. Represente graficamente as formas de onda Vi e Vo .
C1
Vi
D1
Vo
Fig. P11
Electrónica II – Cursos de Engª Electrotécnica e de Electrónica e Computadores
Pág. 4
Departamento de Engenharia Electrotécnica
c) Idem para o díodo real com Vγ=1V.
d) Sugira uma aplicação para o circuito.
P-12
Considere o circuito da figura P12, em que
Vi=20.sin(wt) [V], Dz1 => VZO=4,7V, Vγ=0,7, Rf=0,
Rz=0 e Rr=∞ e responda às seguintes questões:
R
Dz
V1
Vo
V2
a) Esboce as formas de onda na entrada, Vi, e na saída, Vo , para V2 =0V;
b) Idem para V2 =5V;
c) Idem para V2 =-5V.
Fig. P12
P-13
Considere o circuito da figura P13-a) em que o sinal na entrada, Vi, tem a forma representada
na figura P13-b) e V2 =3V; o díodo é ideal.
a) Esboce as formas de onda VD e Vo justificando todos os passos que conduziram o seu
raciocínio;
b) Determine os valores máximos e mínimos de VD e Vo .
C1
Vi
V1
D1
2V
Vo
t
V2
-12V
Fig. P13-a)
Fig. P13-b)
P-14
Considere o circuito da figura P14, em que Vi é uma
fonte de tensão alternada sinusoidal com Vmax=25 V e
o díodo D1 é ideal.
a) Identifique o circuito.
b) Esboce um esquema completo de uma aplicação deste circuito.
c) Esboce a forma de onda na saída, Vo.
d) Qual o efeito do aumento da capacidade do
condensador C1 na forma de onda na saída?
D1
Vi
C1
Vo
Fig. P14
Electrónica II – Cursos de Engª Electrotécnica e de Electrónica e Computadores
Pág. 5
Departamento de Engenharia Electrotécnica
P-15
Considere o circuito da figura P15 em que os díodos zener, DZ1 e DZ2, são caracterizados por:
Vγ=0,7V, VZ0=10V, Rf=RZ=0Ω e Rr=∞.
Considerando Vi=20sin(wt) [V]:
Dz1
a) Esboce as formas de onda na entrada e na
saída, Vi e Vo.
b) Calcule, analiticamente, os valores da tensão
de entrada, Vi, para a qual os díodos zener
mudam de estado.
R1
1kΩ
Vi
Vo
Dz2
Fig. P15
P-16
No circuito da figura P16 os díodos zener são caracterizados por Vγ=0V, Vzo=5V, Rf=Rz=0Ω, Rr=∞ e
Vi=20.sin(wt) [V].
R1
Vi
a) Calcule os valores da tensão para os quais os díodos mudam de estado.
b) Esboce as formas de onda na entrada e saída, Vi e
Vo .
c) Repita a alínea b) considerando Rz=10Ω.
Dz 1
Vo
Dz 2
Fig. P16
P –17
O díodo emissor de luz, vulgarmente designado por LED, tem um papel importante na monitorização de circuitos electrónicos. Considerando que
o LED usado no circuito da figura P17, tem
Vγ=1,8V, Rf=0Ω, Rr=∞, Idmin =5mA, Idmax = 50mA e
R1
Vi=20.sin(wt) [V]:
1kΩ
a) Esboce a forma de onda da corrente no LED.
b) Em que condições o LED se encontra iluminado?
Vi
D1
Vo
Fig. P17
Electrónica II – Cursos de Engª Electrotécnica e de Electrónica e Computadores
Pág. 6
Departamento de Engenharia Electrotécnica
P-18
Considere o rectificador de meia onda, representado na figura P18. Vi é uma tensão alternada
sinusoidal, com 10V de valor máximo, e R=1KΩ. Considere o díodo caracterizado por: Vγ=0,7V, Rf=0Ω e
D
Rr=∞.
a) Esboce a característica de transferência do
circuito Vo/Vi.
b) Esboce as formas de onda da corrente IR e das
tensões na entrada e saída, Vi e Vo.
c) Determine o valor de pico da corrente no díodo.
Vi
R
Vo
Fig. P18
P-19
Responda às seguintes questões tendo em conta o circuito da figura P19. Considere VZ0=5V,
IZmin =10mA, PDzmax=1W, V1 =15V e RL=500Ω.
Rp
a) Determine IZ, IRp , IRL e VRL, para Rp =65Ω.
b) Determine o valor mínimo que Rp pode assumir para que o circuito se comporte
como regulador de tensão.
c) Determine o valor máximo que Rp pode
assumir para que o circuito se comporte
como regulador de tensão.
Irp
IrL
Iz
V1
RL
Dz
VRL
Fig. P20
P-20
Responda às seguintes questões tendo em conta o circuito da figura 2. Considere VZ0=5V,
IZmin =15mA, PDzmax=1W, V1 =15V, Rp =45Ω.
a) Determine IZ, IRp , IRL e VRL, para RL=100Ω.
b) Determine o valor mínimo que RL pode assumir para que o circuito se comporte como
regulador de tensão.
c) Determine o valor máximo que RL pode assumir para que o circuito se comporte como
regulador de tensão.
d) Considere RL=80Ω. Determine o valor mínimo que V1 pode assumir para que o
circuito se comporte como regulador de tensão.
Rp
Irp
IrL
Iz
V1
Dz
RL
VRL
Fig. P19
Electrónica II – Cursos de Engª Electrotécnica e de Electrónica e Computadores
Pág. 7