UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE
CENTRO DE ENGENHARIA ELÉTRICA E
INFORMÁTICA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
ELETRÔNICA
SÉRIE DE EXERCÍCIO #A
(1) CONVERSOR A/D APROXIMAÇÃO SUCESSIVA (SAR)
A figura a seguir esboça o diagrama de um conversor analógico-digital tipo
Aproximação Sucessiva (SAR - Successive Approximation Register).
Normalmente este é o tipo de conversor A/D implementado internamente em diversos
microcontroladores disponíveis no mercado. Explique a sua funcionalidade, ou seja, o seu
princípio de funcionamento.
(2) FILTRO A CAPACITOR CHAVEADO
Determine a função de transferência E2/E1. Considere fc a frequência de chaveamento dos
capacitores.
(3) COMPARADORES DE TENSÃO
Explique, de forma sucinta, a funcionalidade dos 3 tipos de comparadores de tensão
mostrados em sala de aula (Comparador Simples, Janela e com Histerese). Exemplifique com
aplicações.
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(4) CONVERSOR D/A COM REDE R-2R
O circuito seguinte faz a conversão digital-analógica com a vantagem de utilizar apenas dois
valores de resistores. Considere o bit “1” representado por V = 5V.
(A) Considerando A1A2A3A4 = 1010, determine VS.
(B) Preencha a tabela a seguir.
(5) CONVERSOR D/A TIPO R-2R
Um conversor digital-analógico de 8 bits, usando apenas resistores R-2R, é usado na
saída de um microcontrolador para converter uma palavra binária em uma tensão analógica.
Considere que o bit “1” é representado por uma tensão VR. Considere VR=5V.
(A) Escreva a expressão da tensão na saída Vo.
(B) Determine o valor da saída Vo quando a saída do microcontrolador for igual a 11010101.
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(6) FONTE DE CORRENTE
a) Escreva a expressão para Io.
b) Determine R1, R2 e R3 para Io=10 mA e Vref=5V.
c) O que ocorrerá em caso de curto-circuito em RL? Determine a corrente de curto-circuito.
(7)
O circuito a seguir é usado como pré-amplificador para amplificar sinais gerados por um
instrumento musical.
(A) Determine a função de transferência H(s) para o circuito amplificador, com controle de
tonalidade, mostrado na figura a seguir, formado pela associação de um amplificador operacional
com ganho não inversor e um filtro elétrico na entrada. (B) Identifique o tipo e ordem do filtro
(C) Determine o ganho e a frequência de corte. Observe que o ganho é determinado pelo
potenciômetro do controle de volume e a tonalidade (quantidade de grave) pelo potenciômetro do
filtro elétrico.
(8) Um sinal de áudio analógico (20Hz-20kHz) deve ser digitalizado com 16 bits e uma
frequência de amostragem de 44.100 Hz. Podemos afirmar que o tempo de conversão TC
necessário para o conversor A/D a ser utilizado nesta conversão deve satisfazer a relação:
(A) TC < 22,6μs
(B) TC > 22,6μs
(C) TC =22,6μs
(D) TC < 50μs
(E) TC > 50μs
(F) TC =50μs
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(9) COMPARADOR POR HISTERESE (Schmitt Trigger)
O circuito Schmitt Trigger foi inventado pelo cientista americano Otto Schmitt em 1934
quando ainda era um estudante de graduação e descrito mais tarde em sua dissertação de doutorado
em 1937.
Determine o valor da tensão de threshold (limiar) VT para que o circuito a seguir funcione
como um comparador por histerese obedecendo a curva característica (Vo x Vi) mostrada.
(10) Comparador de Tensão
Considere o circuito comparador de tensão a seguir. Determine a tensão de threshold, isto é,
a tensão Vi na qual a saída muda de estado.
(11) Para que valores de tensão Vi os LEDs acenderão?
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(12) Para que faixa de valores da tensão Vi não fluirá corrente no resistor de 10kΩ?
(13) FILTRO ATIVO UNIVERSAL
Topologia de filtro capaz de produzir simultaneamente saída passa baixa, passa alta e passa
faixa. Encontre as respectivas funções de transferência, fator de qualidade, ganho, frequência
central e faixa de passagem. Identifique as saídas correspondentes (passa baixa, passa alta e passa
faixa).
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(14) FILTRO ATIVO PASSA-BAIXA BUTTERWORTH DE SEXTA ORDEM
A partir de filtros ativos de segunda ordem, projete um filtro passa-baixa com
aproximação Butterworth de sexta ordem para uma frequência de corte de 10 kHz.
Verifique em uma tabela de filtros Butterworth de sexta ordem a função de
transferência H(s) correspondente normalizada para 1 rd/s.
(15) Identifique o tipo de filtro apresentado na figura a seguir.
(A) Encontre a função de transferência H(s).
(B) Determine o fator de qualidade Q e a frequência central do filtro ω o e a faixa de passagem Δω .
(16) Em um experimento no laboratório foi aplicada uma tensão Vi(t)=9sen104t (volts) ao circuito
mostrado na figura a seguir. Escreva a expressão para o sinal Vo(t) observado no osciloscópio.
Sugira, pelo menos, duas aplicações para o circuito a seguir. Determine H(s).
Considere R=100kΩ e C=1nF.
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(17) Função de Transferência H(s)
Sugira um circuito capaz de realizar as respectivas funções de transferências H(s).
(A)
(C)
100
s + s + 100
s
H ( s ) = 10 3 2
3
s + 10 s + 10 7
H (s) =
2
(B) H ( s ) =
1
s + s + 0,25
2
(18) Encontre o fator de qualidade Q para o filtro passivo passa-faixa mostrado na figura a
seguir. (A) Q=2 (B) Q=3 (C) Q=4 (D) Q=1/2 (E) Q=1/3
(F) Q=1/4
(19) FONTE DE CORRENTE
Projete a fonte de corrente a seguir para Io = 200 mA. VZ = 9V , VC = 12V . Determine o
valor de R2 e a potência de dissipação no transistor. β = 200. Determine o valor da tensão VB e IB.
(20) Um conversor D/A de 8 bits produz uma tensão de saída de 2V para um código de entrada de
01100100.
a) Qual será o valor de Vo para um código de entrada de 10110011?
b) Determine o peso de cada bit de entrada.
c) Qual é a resolução desse conversor D/A? Expresse-a em volts e em porcentagem.
(21) Um conversor D/A de cinco bits tem saída em corrente. Para uma entrada digital de 10100,
uma corrente de saída de 10 mA é produzida. Qual será a corrente de saída para uma entrada digital
de 11101?
(22) Conversores analógico-digitais usados em placas digitalizadoras de vídeo trabalham com 8 bits
e frequências de amostragem da ordem de 10 MHz, ou seja, são capazes de realizar 10 milhões de
conversões por segundo. Baseado nestas informações, quanto tempo de sinal de vídeo, sem
compressão, pode ser armazenado em um DVD (4,7 GB)? Considere 1 GB = 1.000.000 bytes.
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(23) USB (Universal Serial Bus)
O padrão USB foi criado em 1995, com o objetivo principal de criar um padrão para
interface de periféricos de computadores. USB é a sigla para Universal Serial Bus. Trata-se de uma
tecnologia que tornou mais simples, fácil e rápida a conexão de diversos tipos de aparelhos
(câmeras digitais, HDs externos, pendrives, mouses, teclados, MP3-players, impressoras, scanners,
leitor de cartões, etc) ao computador, evitando assim o uso de um tipo específico de conector para
cada dispositivo. Tal como ocorre com outras tecnologias, o padrão USB passa periodicamente por
revisões em suas especificações para atender as necessidades atuais do mercado. A versão inicial
USB 1.0 tinha uma taxa de 1,5 Mb/s. A versão USB 2.0, lançada em abril de 2000, possui uma taxa
de transferência máxima de 480 Mbps/s ou 60 MB/s. A versão atual USB 3.0, lançada em setembro
de 2009, possui uma taxa de transferência de 4,8 Gbps. (A) Determine o tempo necessário para se
transferir todo o conteúdo de um DVD para um computador com entrada USB 3.0. (B) Determine o
tempo necessário para se transferir todo o conteúdo de um Pendrive de 16GB para um computador
usando um cabo USB 2.0. A capacidade de armazenamento de um DVD é de 4,7GB.
(24) Para um conversor A/D tipo contador, com tamanho de degrau de 10 mV e 12 bits de
resolução determine a faixa de valores analógicos de entrada que produzirão uma saída digital de
0100011100.
(25) Projete uma interface A/D para um termostato digital. Esse sistema deve medir com precisão
(± 0,2ºC) de 50 até 101 ºC. Determine o número de bits do conversor A/D.
(26) Considere um equipamento que tem uma saída de 0V a 5V indicando uma força entre 0 e 500
Kgf. Calcule a resolução desta medida (em Kgf) se a mesma for ligada a uma placa AD de 10 bits
com tensão de referência de 5V.
(27) Considere um conversor D/A de 8 bits com uma rede de resistências R-2R e tensão de
referência igual a 5V. Determine o valor da tensão de saída para uma entrada igual a 10101010.
(28) Um conversor A/D de aproximações sucessivas de oito bits tem uma resolução de 20 mV.
Qual será sua saída digital para uma entrada analógica de 2,17V?
(29) Determine a tensão na saída de um conversor DA de 8 bits, cujo sinal de entrada seja 9C
(Hexadecimal) e cuja tensão de referência seja 5V.
(30) ENGENHARIA BIOMÉDICA – ELETROCARDIOGRAMA (ECG)
Deseja-se digitalizar um sinal de eletrocardiograma (ECG- EleCtrocardioGram). Uma
frequência de amostragem de 500 Hz e resolução de 10 bits do conversor A/D são suficientes para
que um sinal de ECG possua qualidade para monitoração. Assim, são geradas 500 amostras de 10
bits de cada derivação do ECG a cada segundo. Um monitor Holter é um dispositivo que registra
continuamente os ritmos do coração durante um dia. O monitor Holter é normalmente usado, para
cada paciente, por um período de 24 horas durante sua atividade normal. (A) Considerando que um
laboratório deseja armazenar os dados monitorados dos seus clientes em um DVD, determine a
quantidade de clientes que pode ser gravado em cada DVD.
(B) Após serem registrados por 24 horas os dados referentes ao ECG devem ser transferidos para
um computador usando uma entrada USB 3.0. Determine o tempo de transferência destes dados por
cliente.
(31) Um conversor D/A de 8 bits produz uma tensão de saída de 2V para um código de entrada de
01100100. Qual será o valor de Vo para um código de entrada igual a 10110011?
(32) Quantos bits são necessários para um conversor D/A ter uma saída fundo de escala de 10 mA
com resolução menor do que 40 µA?
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