Lista de Exercícios Eletrônica Analógica com

Lista de Exercícios de Eletrônica Analógica
Semicondutores, Diodos e Retificadores
Questões sobre Semicondutores:
1) O que é um material semicondutor? Dê 2 exemplos.
2) O que é camada de valência?
3) O que é um cristal semicondutor?
4) O que é dopagem?
5) Se inserirmos um átomo de Fósforo em um cristal de semicondutor, o
semicondutor ficará positivo ou negativo? Explique.
6) Se inserirmos um átomo de Boro ou Gálio em um semicondutor, ele ficará
positivo ou negativo? Explique.
7) O que acontece quando unimos um semicondutor do Tipo P e outro do tipo N,
formando uma junção PN?
8) O que é camada de depleção?
9) Faça um desenho de uma junção PN polarizada diretamente. Explique: a
corrente consegue passar ou não? Por quê?
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10) Faça um desenho de uma junção PN polarizada reversamente. Explique: a
corrente consegue passar ou não? Por quê?
Questões sobre Diodos:
11) O que é um diodo?
12) Qual a principal diferença entre um diodo feito com Silício e outro com
Germânio?
13) O que é tensão de joelho ou Vγ?
14) Desenhe o gráfico contendo a curva característica de um diodo.
15) Um diodo polarizado reversamente nunca queimará, independente da tensão
que nele aplicarmos? Ou há um limite? Explique, com base no gráfico da curva
característica do diodo.
16) Informe as lâmpadas que estão acesas no circuito abaixo (considerar a primeira
lâmpada da esquerda como L1, a segunda como L2, e assim por diante).
D1
D2
D3
D4
D5
V1
12 V
D10
D6
D7
D8
D9
D11
Resposta: Apenas L1 e L3 estarão acesas.
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17) Para o circuito abaixo, sabendo-se que a Resistência da Lâmpada é de 24Ω,
calcule a tensão, a corrente e a potência na lâmpada.
Obs.: Considere que D1 é diodo de Silício e D2 é um diodo ideal.
D1
Respostas:
VL = 19,3V
D2
IL = 19,3/24 = 804,16mA
V1
20 V
PL = 15,52W
18) Para o circuito abaixo, calcule a tensão, a corrente e a potência na lâmpada.
Obs.: considere que o Diodo D1 é de Germânio
D1
Respostas:
VL = 0V
IL = 0A
V1
17 V
PL = 0W
19) No circuito abaixo, está circulando uma corrente de 25mA sobre o resistor R1.
Qual é o valor da Resistência Elétrica desse Resistor?
Obs.: considere que o diodo D1 é de Silício
Respostas:
D1
IR1 = 25mA
VR1 = 12-0,7 = 11,3V
V1
12 V
R1
R = V/I -> R = 452 Ω
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20) Estamos em 2017 e você foi contratado para fazer o circuito de controle de
uma bomba. Essa bomba deverá explodir as dependências da antiga e extinta
Sociedade Esportiva Palmeiras, após a falência do Clube no ano de 2015,
quando o time caiu para a 4ª divisão do Campeonato Brasileiro.
A carga R1 representa o circuito da bomba. Entretanto, como esse circuito é
digital, o nível de tensão que ele aceita para funcionar é entre 4V e 6V.
a) Assim sendo, qual é a tensão que está sobre o diodo R1, considerando que
todos os diodos são de Silício?
b) A bomba será detonada com sucesso?
D1
Respostas:
a) 9 – 3,5 = 5,5V
b) Sim, pois a tensão
na bomba está
entre 4 e 6V.
D2
D3
D4
D5
V1
9V
R1
Questões sobre Retificadores
21) O que é um circuito Retificador? Circuito que converte AC em DC.
22) Quais são os nomes dos 3 principais circuitos retificadores monofásicos que
existem?
Retificador de Meia Onda, Retificador de Onda Completa com Center-Tape,
Retificador de Onda Completa em Ponte.
23) Em um circuito Retificador, qual das alternativas abaixo representa o papel do
transformador?
(A)
(B)
(C)
(D)
Abaixar ou elevar a tensão;
Abaixar ou elevar a freqüência;
Abaixar ou elevar a tensão e a freqüência;
Transformar o sinal AC em DC
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24) O retificador abaixo é chamado de Retificador de Meia Onda (RMO). Calcule o
que se pede (considerar D1 diodo de Silício e a Carga R1 de 30Ω):
D1
V1
127 Vrms
60 Hz
0°
R1
12:1
Tensão Eficaz no Secundário (V2rms):
V2rms = 10,583V
Tensão de Pico no Secundário (V2p):
V2p = 14,967V
Forma de Onda da Tensão no Secundário (F.O. V2p): SENOIDAL AC
V2 [V]
T [s]
Forma de Onda da Tensão na Carga (F.O. VRL): MEIA ONDA
VRL
T [s]
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Frequência na Carga RL:
60Hz
Tensão de pico na Carga RL:
VRLP = 14,267V
Tensão e Corrente Eficaz RMS na carga (VRLrms):
VRLrms = 7,13V e IRLrms = 237,78mA
Tensão e Corrente Média CC na carga (VRLmed):
VRLmed = 4,54V e IRLmed = 151,45mA
25) O sinal abaixo foi obtido através de um osciloscópio, que estava ajustado na
escala vertical para 25V/div e escala horizontal de 0,1ms/div:
a) O sinal é AC ou DC? Justifique. O sinal é AC, pois tem 2 polaridades, (+) e (-)
(
b) Qual é o nome dessa forma de onda? SENÓIDE OU SENOIDAL
c) Qual é a tensão de pico, pico a pico, média e eficaz desse sinal?
Resposta: 100Vp, 200Vpp, 0Vmed e 70,7 Vrms,
Vrms, respectivamente.
d) Qual é o período e a freqüência desse sinal?
P (ou T) = 4x0,1ms = 0,4ms ou 400µs.
400
F = 1/T = 2500Hz
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26) Considerando que o sinal do exercício 24 foi ligado no primário do
transformador do retificador abaixo, informe o que se pede:
Obs.: D1 é de Silício e RL = 18Ω
D1
V1
RL
5000esp / 800esp
a) Tensão Eficaz RMS no Primário; 70,7V1rms
b) Tensão Eficaz RMS no Secundário; 11,31V2rms
c) Tensão de pico no Secundário; 15,99V2p
d) Tensão de Pico na Carga RL; 15,29VRLp
e) Corrente de Pico na Carga RL; IRLp = 849,86mA
f) Corrente Média CC na Carga RL; IRLmed = 270,52mA
g) Tensão Eficaz RMS na Carga RL; VRLrms = 7,64V
h) Corrente Eficaz RMS na Carga RL; IRLrms = 424,72mA
i) Desenho da Forma de Onda na Carga RL; DESENHAR MEIA-ONDA (ver F.O.
na carga do Ex. 24)
j) Frequência do sinal de saída na Carga RL; 2500Hz
k) Período (T) do sinal de saída na Carga RL; 0,4ms ou 400µs.
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27) Calcule a Corrente Média CC, a Corrente Eficaz RMS e a Frequência do sinal na
carga dos Retificadores de Meia Onda (RMO) abaixo:
a) Considerar D1 de Si:
V1
110 Vrms
60 Hz
0°
T1
Respostas:
D1
RL
10 Ω
10:1
IRLCC = 473,13mA
IRLrms = 742,8mA
FRL = 60Hz
b) Considerar D1 de Ge:
Respostas:
V1
220 Vrms
60 Hz
0°
T1
D1
RL
10 Ω
10:1
c) Considerar D1 de Si:
V1
127 Vrms
100 Hz
0°
T1
IRLCC = 968,56mA
IRLrms = 1,52A
FRL = 60Hz
Respostas:
D1
RL
10 Ω
IRLCC = 549,69mA
IRLrms = 863mA
FRL = 100Hz
10:1
d) Considerar D1 ideal:
Respostas:
V1
127 Vrms
60 Hz
0°
T1
D1
RL
15 Ω
5:1
IRLCC = 747,79mA
IRLrms = 1,174mA
FRL = 60Hz
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28) Calcule a Corrente Média CC, a Corrente Eficaz RMS e a Frequência do sinal na
carga dos retificadores Onda Completa com Center-Tape (ROCCT) abaixo:
a) Considerar RL = 20 Ω e diodos de Si:
D1
Respostas:
V1
T1
220 Vrms
60 Hz
0°
RL
15:1
IRLCC = 307,99mA
IRLrms = 341,886mA
FRL = 120Hz
D2
b) Considerar Diodos de Si:
D1
Respostas:
V1
T1
380 Vrms
120 Hz
0°
RL
15 Ω
20:1
IRLCC = 540,76mA
IRLrms = 600,33mA
FRL = 240Hz
D2
c) Considerar Diodos Ideais:
D1
Respostas:
V1
T1
127 Vrms
60 Hz
0°
RL
10 Ω
2:1
IRLCC = 2,815A
IRLrms = 3,125A
FRL = 120Hz
D2
d) Considerar Diodos de Silício (Vpk = Tensão de pico):
D1
Respostas:
V1
T1
230 Vpk
60 Hz
0°
IRLCC = 573,24mA
RL
12 Ω IRLrms = 636,39mA
FRL = 120Hz
10:1
D2
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29) Calcule a Corrente Média CC, a Corrente Eficaz RMS e a Frequência na carga
dos retificadores Onda Completa em Ponte (ROCP) abaixo:
a) Considerar Diodos de Si:
Respostas:
V1
T1
120 Vrms
60 Hz
0°
10:1
RL
10 Ω
IRLCC = 991mA
IRLrms = 1,1A
FRL = 120Hz
b) Considerar Diodos de Si:
V1
Respostas:
T1
220 Vrms
60 Hz
0°
12:1
RL
10 Ω
IRLCC = 1,56A
IRLrms = 1,73A
FRL = 120Hz
c) Considerar Diodos Ideais:
V1
Respostas:
T1
110 Vrms
60 Hz
0°
RL
30 Ω
5:1
IRLCC = 630,89mA
IRLrms = 700,16mA
FRL = 120Hz
d) Considerar Diodos de Silício:
Respostas:
T1
V1
180Vp / 60Hz
8:1
RL
50 Ω
IRLCC = 268,81mA
IRLrms = 298,35mA
FRL = 120Hz
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Respostas:
e) Considerar Diodos de Si:
IRLCC = 901,76mA
IRLrms = 1,0A
FRL = 120Hz
T1
V1
110 Vrms
60 Hz
0°
RL
10 Ω
10:1
30) Vamos agora comparar o rendimento dos 3 tipos de Retificadores. Vamos usar
a mesma tensão de entrada, o mesmo transformador e a mesma carga para os
3 retificadores. Calcule a Tensão Média CC e a Tensão Eficaz RMS na Carga para
os 3 circuitos. Considere todos os Diodos de Si. Depois, responda às perguntas.
a) RMO:
V1
127 Vrms
60 Hz
0°
Respostas:
VRLcc = 5,497V
D1
T1
RL
20 Ω
VRLrms = 8,63V
10:1
b) ROCCT:
D1
V1
127 Vrms
60 Hz
0°
Respostas:
VRLcc = 5,27V
T1
RL
20 Ω
VRLrms = 5,85V
10:1
D2
c) ROCP:
Respostas:
V1
127 Vrms
60 Hz
0°
T1
10:1
VRLcc = 10,53V
RL
20 Ω
VRLrms = 11,708V
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31) Com base nos resultados do exercício 29, qual dos 3 retificadores apresentou o
melhor rendimento, obtendo uma tensão média CC maior na carga?
Certamente foi o Retificador de Onda Completa em Ponte.
32) Com base nos resultados do exercício 29, qual dos 3 retificadores apresentou o
pior rendimento, obtendo uma tensão média CC menor na carga?
Foi o Retificador de Onda Completa com Center Tape.
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