Departamento de Engenharia Electrotécnica Problemas Propostos Para as Disciplinas: Electrónica I do Curso de E.E.C. Electrónica I do Curso de E.E. Introdução à Electrónica de E.A.C.I. Victor Antunes Novembro/2005 Victor Antunes Electrónica 08-03-2006 1. Considere o circuito da Figura 1 e responda às alíneas a), b) e c). Para tal, deve indicar na sua folha de teste o sentido que arbitrou para cada corrente. Para o modelo dos diodos representados na figura 1 utilize: Vγ=0.7, Rf=0, Rr=∞. a) As correntes IR1 , IR2 e IR3 , para V1=10V e V2=10V. b) As correntes IR1 , IR2 e IR3 , para V1=5V e V2=10V. c) As correntes IR1 , IR2 e IR3 , para V1=5V e V2=2V. Figura 1 2. Considere o circuito da Figura 2 e responda às alíneas a), b) e c). Para tal, deve indicar na sua folha de teste o sentido que arbitrou para cada corrente. Para o modelo dos díodos representados na figura 1 utilize: Vγ=0.7, Rf=0, Rr=∞. a) Determine IR1 , IR2 , IR3 e IR4 , para V2=10V. b) Determine IR1 , IR2 , IR3 e IR4 , para V2=5V. c) Determine IR1 , IR2 , IR3 e IR4 , para V2=2V. Figura 2 3. Considere o circuito da Figura 3, em que os díodos D1 e D2 são caracterizados por um Vγ = 0,7V e um rF = 0Ω, e determine as correntes I1 e I2 e a tensão aos terminais de R3 para as seguintes situações: R2 R1 1K I1 I2 D1 D2 V1 1K V2 8V a) V2 = 5V; b) V2 = 12V; c) V2 = 8V. Nota: não se esqueça de indicar e justificar todos os cálculos apresentados. 3K R3 Figura 3 4. Considere o circuito da Figura 4 e responda às seguintes questões: a) b) c) d) Esboce a forma de onda de V0 justificando todos os passos que conduziram o seu raciocínio. Determine os valores máximo e mínimo de V0. Identifique o circuito. Descreva resumidamente a função do circuito. 1 Victor Antunes Electrónica 08-03-2006 D1 R V0 Vi=10sin(w.t) V1=5V R=10Ω Vi V1 Nota: Use o modelo ideal para o diodo. Figura 4 5. Considere que os diodos da Figura 5 são ideais, Vf=2.5V e Vi=5V.sin(Wt). D1 D2 Vi RL Vo Vf . Figura 5 a) Desenhe as formas de onda de entrada Vi e saída V0. b) Desenhe as formas de onda Vi e V0, considerando invertida a polaridade da fonte de tensão contínua. c) Substitua a fonte de tensão contínua por um diodo de Zener de 3V, e repita a alínea a). 6. Considere o circuito da Figura 6 e responda às seguintes questões: a) b) c) d) e) Esboce a forma de onda de VD justificando todos os passos que conduziram o seu raciocínio. Determine os valores máximo e mínimo de VD. Esboce a forma de onda de V0 justificando todos os passos que conduziram o seu raciocínio. Determine os valores máximo e mínimo de V0 . Identifique o circuito e descreva resumidamente a sua função. Vi 2 C 0 D1 VD t V0 Vi V1 V1=3V -12 Tensão V1 Utilize o modelo ideal para o diodo. Figura 6 7. Identifique o circuito da Figura 7, esboce as formas de onda Vi, Vc, e V0 e deduza a expressão para V0. Considere o diodo ideal e Vi = Vmax.sin(w.t). 2 Victor Antunes Electrónica 08-03-2006 Vc Vi C D Vo Figura 7 8. Identifique o circuito da Figura 8 e esboce as formas de onda Vi, Vc, e V0 e deduza a expressão para V0. Considere o diodo ideal e Vi = Vmax.sin(w.t). Vc Vi C D Vo Figura 8 9. Dado o circuito da Figura 9, determine: a) b) c) d) IRP A corrente IRP. A corrente IRL A corrente IZ A potência dissipada no diodo da Zener, (PZ). I RL RP Figura 9 RP=80Ω IZ V V=10V Z RL 10. Figura 10, em que Vin(t)=20.sin(wt). RL=200Ω Considere o circuito da os díodos são ideais e VZ=8V a) calcule analiticamente os valores da tensão de entrada Vin para os quais os díodos mudam de estado. b) represente num gráfico as tensões Vin(t), V01(t) e V02(t). 3 Victor Antunes Electrónica 08-03-2006 Figura 10 11. Para o circuito da Figura 11 admita que BF=99, VBEon=0,6V, VZ0=5.6V, IZmin=1mA, R1=1KΩ, R2=10Ω, RL=100Ω. a) Considere VCC=4V. Determine IR1, IR2, IRL, VCE e VRL. b) Considere VCC=8V. Determine IR1, IR2, IRL, VCE e VRL. c) Considere que VCC tem a forma de onda indicada na Figura 12. Determine a tensão aplicada a RL para cada valor de VCC. d) Considere VCC=10V. Indique para que valores de RL se obtém VRL=5V. Figura 11 Figura 12 12. Considere o circuito representado na Figura 13, em que: RS = 50Ω; RL = 200Ω; VZO = 3,9V; rz = 10Ω Sabendo que a tensão Vi tem a forma representada na Figura 14, responda às questões seguintes, indicando todos os passos e cálculos que conduziram o seu raciocínio. a) Calcule o valor de Vi a partir do qual o díodo DZ se considera a operar na região de Zener. b) Faça um esboço gráfico da tensão de saída Vo e calcule o seu valor máximo (Vomáx). c) Qual o valor máximo que RL poderá tomar de forma a garantir que o díodo Zener não funcione como limitador (regulador) de tensão? d) Calcule a potência máxima instantânea dissipada em cada um dos elementos RS, RL e DZ. 4 Victor Antunes Electrónica 08-03-2006 Vi Rs (V) Vi DZ1 VO RL t Figura 13 Figura 14 13. Sabendo que a tensão V na Figura 15 varia entre 10V e 14V e que se pretende que a tensão e a corrente em RL, sejam respectivamente, 7,5V e 40mA, determine: a) b) c) d) e) O valor Vz do diodo de Zener. O valor de RL O valor máximo que RP pode assumir de modo a garantir que o diodo de Zener funcione como regulador de tensão. A potência máxima dissipada em RP . Considere para RP o valor calculado em c). A potência máxima dissipada do diodo de Zener. IR P IRL RP IZ V = 10V / 14V Z RL Izmin = 1mA IZmax = 500mA Figura 15 14. Considere o circuito da Figura 16 Figura 16, em que o díodo Dz1 é caracterizado por um Vγ=0V; Vz0=5V; Rf=Rz=0Ω e Rr=∞. Sabendo que a tensão Vi é dada por Vi=10.sin(wt), calcule analiticamente os valores da tensão de entrada para os quais o díodo muda de estado e faça um esboço gráfico da tensão aos terminais de R1. 15. Considere o circuito da Figura 17, em que os díodos Dz1 e Dz2 são idênticos e caracterizados por um Vγ = 0V; Vz=15V; Rf =Rz=0Ω e Rr=∞. Sabendo que a tensão Vi é dada por Vi=30.sin(wt), faça um esboço gráfico da tensão de saída Vo e calcule analiticamente os valores da tensão de entrada para os quais os díodos mudam de estado. Figura 17 5 Victor Antunes Electrónica 08-03-2006 16. Considere o circuito da Figura 18, em que os díodos Dz1 e Dz2 são idênticos e caracterizados por um Vγ = 0,7V; Vz=10V; Rf =Rz=0Ω e Rr=∞. Sabendo que a tensão Vi é dada por Vi=20.sin(wt), faça um esboço gráfico da tensão de saída Vo e calcule analiticamente os valores da tensão de entrada para os quais os díodos mudam de estado. Figura 18 17. Considere o circuito da Figura 19, em que o díodo D1 é ideal e o Zener é caracterizado por um Vγ=0V; Vz0=5V; Rf=Rz=0Ω e Rr=∞. Sabendo que a tensão Vi é dada por Vi=10.sin(wt), calcule analiticamente os valores da tensão de entrada para os quais os díodos mudam de estado e faça um esboço gráfico da tensão aos terminais de R1. Figura 19 18. Para o circuito da Figura 20 considere, V=10V, Rp=1K, Vz=5V e responda às seguintes questões: a) b) c) d) Identifique o circuito que se encontra no interior da caixa a tracejado. Para RL=1.5K calcule IRP , IRL e a tensão aplicada a RL. Descreva a função do circuito. Determine a gama de valores que pode assumir RL, de modo a que a tensão aplicada a RL se mantenha constante e igual a 5V. I RP I RL IZ RP V Z RL Figura 20 Vcc Vcc = 30V Rb = 950K Rb 19. Considerando o circuito da Figura 21, calcule as correntes de base, de colector e de emissor. Calcule ainda a tensão VCE e a potência dissipada em cada um dos componentes do circuito. 6 Rc Rc = 1K B = 80 Victor Antunes Electrónica 08-03-2006 Figura 21 Vcc R1 Vcc = 12V R1 = 10K R2 = 10K RE = 1K BF = 100 VBEon = 0,6V 20. Calcule o PFR do transístor da Figura 22. VT = 25mV VCEsat=0,2V R2 RE Figura 22 Vcc Vcc = 15V 21. Considerando o circuito da Figura 23, calcule a corrente de base, a corrente de colector e o valor de V0 , para: a) Vi = 0V. b) Vi = 10V. Rc V0 10V B = 40 Rb 0v Rb = 1,5K Rc = 100K VBE = 0,7V VCEsat = 0,2V Vi Figura 23 10V 5V 5V 0v Ri Rc R1 Vi R1=30K R2=20K Ri=60K Rc=500Ω V0 RE=200Ω B=100 VBE = 0,6V VCEsat=0,2V R2 RE 22. Considerando o circuito da Figura 24, calcule: a) A corrente de colector, a corrente de base e o valor de V0 , para Vi = 0. b) A corrente de colector, a corrente de base e o valor de V0 , para Vi = 5V. Figura 24 7 Victor Antunes Electrónica 08-03-2006 23. Para o circuito da Figura 25 admita que BF=100, VBEon=0,6V, VCESAT =0,2V e Vγ=1V e calcule o PFR de Q1. Figura 25 24. Considerando o circuito da Figura 26, calcule: a) A corrente de colector e o valor de V0 , para Vi = 0. b) A corrente de colector, a corrente de base e o valor de V0 , para Vi = 5V. c) Calcule o valor máximo que pode assumir Vi de modo a que o transístor não sature. 10V 10V 5V Ri Rc R1 0v R1=100K R2=100K Ri=100K Rc= 1Κ V0 B=100 V BE = 0,6V V CEsat= 0,2V Vi R2 Figura 26 25. Calcule determine o valor das resistências R1, R2 e RE da Figura 27 de modo a que VCE=3V e IC=6mA. Figura 27 8 Victor Antunes Electrónica 08-03-2006 26. Considere o circuito da Figura 28 e responda às alíneas a), b), c)e d). Para tal, deve indicar na sua folha de teste o sentido que arbitrou para cada corrente. Para o modelo dos diodos representados na figura 1 utilize: Vγ=0.7, Rf=0, Rr=∞. Para o transístor considere β=100, VBEON=0,7V, VBESAT =0.7V e VCESAT =0,2V. a) b) c) d) Considere Vin=5V, determine Ic, Vc, Ib e VCE. Determine para que valores de Vin o transístor se encontra na Zona de Corte. Determine para que valores de Vin o transístor se encontra na Zona Activa Directa. Determine para que valores de Vin o transístor se encontra na Zona de Saturação. Figura 28 27. Para o transístor da Figura 29 considere que βF=250, VBEON=0,6V, VCESAT =0,2V a) Sendo Vi uma fonte de tensão contínua com o valor de 0V, determine o PFR de Q1 e o valor de V0. b) Sendo Vi uma fonte de tensão contínua com o valor de 12V, determine o PFR de Q1 e o valor de V0. c) Sendo Vi um gerador de tensão de onda quadrada cujo patamar inferior vale 0V e o patamar superior vale 12V esboce a forma de onda de V0(t). Justifique. Figura 29 28. Considere a Figura 30 e responda às alíneas seguintes: a) Para RL=5Ω, calcule IRL e a tensão aplicada a RL. b) Determine a gama de valores que pode assumir RL, de modo a que a tensão aplicada a RL, se mantenha constante e igual ao valor calculado na alínea anterior. 9 Victor Antunes Electrónica 08-03-2006 I RL B=99 IZmin=1mA IZmax=50mA IZ RL V VZ=5V V=10.6V VBEon=0.6V Figura 30 29. Pretende-se utilizar o circuito da Figura 31 para activar automaticamente a luz de entrada de uma habitação à noite. O componente LDR é uma resistência cujo valor varia em função da luminosidade ambiente. Neste caso a resistência do LDR vale 1K quando de encontra iluminado (de dia) e vale 10K quando se encontra na escuridão (à noite). O relé é activado (fecha o interruptor S1) quando o transistor se encontra na saturação. Consire que o relé pode ser substituído por uma resistência equivalente de 1KΩ , BF=100, VBEon=VBEsat=0,6V e VCEsat=0,2V. a) Dimensione a resistência R1 de modo a que a lâmpada L1 se mantenha activa a noite e desactiva durante o dia. b) Determine a corrente que circula no relé durante o dia. c) Determine a corrente que circula no relé durante a noite. d) Determine a potência total dissipada pelo circuito durante a noite. Vcc L1 RELÉ R1 S1 LDR Figura 31 10 220V AC Victor Antunes Electrónica 08-03-2006 30. Considere o circuito representado na Figura 32, em que: BF1=100; BF2=50; VBEon1= VBEon2=0,6V; VCESAT1= VCESAT2=0,2V a) Determine o P.F.R. dos dois transistores T1 e T2. b) Determine a gama de valores que pode assumir RB de modo a garantir que T2 se encontra na Z.A.D.. c) Determine a gama de valores que pode assumir RB de modo a garantir que T1 se encontra na Z.A.D.. Figura 32 31. Para o amplificador da Figura 33: a) Determine o PFR do circuito. 12V R1 B=100 VBE = 0,6V VCEsat= 0,2V Rc=7,9K R L RE1=680 RE2=80 Rc Rs C C RE1 Vi R1=43K C R2 R2=5,2K Rs=10K R E2 Figura 33 Figura 34 32. Para o amplificador da Figura 35: a) Determine o PFR do circuito. 11 R L=10K Victor Antunes Electrónica 08-03-2006 12V R1 B=500 VBE = 0,6V VCEsat=0,2V Rc=7,9K RL RE1=680 RE2=80 R1=43K Rc Rs C C RE1 C Vi R2 RE2 R2=5,2K Rs=10K RL=10K Figura 35 33. Para o amplificador da Figura 36: a) Determine o PFR do circuito. b) Trace a Recta. Vcc Vcc = 12V R1 = 1.6K R1 Rc R2 = 1K Vo Vi R2 RE = 1K RL = 1K B = 100 V BEon = 0,6V V T = 25mV RE RL Figura 36 34. Considere o circuito da Figura 37 e responda às questões seguintes: a) Determine o PFR do circuito. b) Trace a Recta. Vcc Vcc = 12V R1 = 8.2K R1 R2 = 10K R2 RE = 1K RL = 1K RS = 2K B = 100 VBEon = 0,6V VT = 25mV Rs Vs RE RL Figura 37 12 Victor Antunes Electrónica 08-03-2006 35. Para o amplificador da Figura 38. a) Determine o PFR do circuito. b) Trace a Recta Vcc = 12V R1 Rc BF = 100 600 BEon = 0,6V 4,7K VT = 25mV RS Vi Vo 1K R2 1,5K RE 150 RL 1K Figura 38 36. Para o amplificador da Figura 39. a) Determine o PFR do circuito. b) Trace a Recta de Carga. rd = η.Vt ID η=2 Vt = 25mV BF=100 Vγ=0,6V VBEon=0,6V Figura 39 37. Para o amplificador da Figura 40 considere BF=100, VBEon=0,6V e VCEsat=0,2V. a) Determine o PFR do circuito. b) Trace a Recta de Carga. c) Diga qual a função da resistência RE. 13 Victor Antunes Electrónica 08-03-2006 Figura 40 38. Projecte um circuito que permita carregar uma bateria Ni-Cd de 6V. A bateria deve ser carregada a corrente constante de valor igual a 20mA. Para realizar o projecto admita que dispõe de: • • • • • Uma fonte de tensão de 12V. Resistências de 0.25W de potência máxima. Diodos com Vγ=0.6 e 0.5W de potência máxima. Diodos Zener com potência máxima de 0.5W. Transistores com B=100 e potência máxima de 0.5W. Verifique que nenhum componente ultrapassa o valor de potência máxima especificada. 39. Para o transístor da Figura 41 considere que: VT =2, K=1mA/V2 e λ=0. a) Considere RL = ∞. Calcule o PFR do transístor (VD,VS, VG, VDS, VGS e ID) e diga em que zona de funcionamento se encontra o transístor. b) Determine o mínimo valor que pode assumir RL, de modo a que o transístor se mantenha na mesma zona de funcionamento da alínea a). VDD=10V RG1=6M RG2=4M RG1 RD=4K RD RS=1K RG2 RL RS Figura 41 40. Considerando o circuito da Figura 42, responda às seguintes questões: a) b) c) d) Identifique os terminais do transístor (G, D, S). Identifique o transístor Diga se VP é positivo ou negativo para este transístor. Determine o valor de R2. 14 Victor Antunes Electrónica 08-03-2006 VBat R1 V0 VBat=20V IDSS=4mA Vi Vo=12V |VP|=4V R1=8K R3 R2 Vi=5V Figura 42 41. Para o circuito da Figura 43 considere que: 2 VT =1V, K=3mA/V e λ=0, Vz=5V, VBEon=VBEsat =0,6V , VCEsat =0,2V e β=100. Vcc=12V RL=1K Vcc RG=1K T2 VZ=5V Vcc RB=1K T1 S1 Rs=1K Figura 43 a) Calcule o PFR do transístor T2 (VD,VS, VG, VDS, VGS e ID) e diga em que zona de funcionamento se encontram os transistores T1 e T2. b) Determine o máximo valor que pode assumir RL, de modo a que o transístor T2 se mantenha na mesma zona de funcionamento da alínea a). c) Modifique a posição do interruptor S1 e repita a alínea a). 42. Admita para o transístor M1 da Figura 44 que VT=2V, K=1mA/V2 e que λ=0. a) Calcule RD, RS e RG de modo a que a corrente de dreno de M1 seja 1mA (ID=1mA). b) Determine a gama de valores que pode assumir RD para os quais M1 se encontra na Z.S. Figura 44 15 Victor Antunes Electrónica 08-03-2006 43. Para M1 do circuito da Figura 45 admita que VT=2V, λ=0 e K=1mA/V . Admita ainda para DZ que VZ0=5.6V e IZmin=1mA. 2 a) Calcule o P.F.R. do transístor M1. b) Determine a gama de valores que pode assumir RD de modo que a corrente de dreno de M1 se mantenha constante e com valor idêntico ao obtido na alínea a) Figura 45 44. Para M1 do circuito da Figura 46 admita que VT=2V, λ=0 e K=1mA/V . Admita ainda para DZ que VZ0=5.6V e IZmin=1mA. 2 a) Calcule o P.F.R. do transístor M1. b) Determine a gama de valores que pode assumir RD de modo que a corrente de dreno de M1 se mantenha constante e com valor idêntico ao obtido na alínea a) Figura 46 45. Para o circuito da Figura 47 admita que Vt=-1V, K=1mA/V e λ=0. 2 a) Para que valores de VGS se pode dizer que M1 está «ON». b) Diga para que valores de VGD se encontra saturado o transístor M1. c) Calcule o PFR de M1. Figura 47 16 Victor Antunes Electrónica 08-03-2006 - 17