Eletrônica Analógica I - Ementa, Bibliografia e Lista de Exercícios

ELETRÔNICA ANALÓGICA I Ementa Bandas de energia nos sólidos Fenômenos de transporte em semicondutores Características de um diodo de junção Circuitos utilizando diodos Características do transistor bipolar de junção BJT Polarização e estabilização térmica de transistores bipolares de junção BJT Transistores de Efeito de Campo de Junção JFET Transistor bipolar de Ementa Junção BJT e de efeito de campo de junção JFET em baixas freqüências e pequenos sinais Práticas Laboratoriais e utilização de simuladores de circuitos e ferramenta CAD de projeto de circuitos impressos Bibliografia básica SMITH K C SEDRA A S Microeletrônica 5ª ed São Paulo Makron Books 2007 MALVINO A P BATES David J Eletrônica McGrawHill 7ª ed v2 e 2 2008 BOGART Jr Theodore F Dispositivos e circuitos eletrônicos v1 São Paulo Pearson Education 2004 MALVINO Albert BATES David JEletrônica Diodos Transistores e Amplificadores 7ª Edição Grupo A Porto Alegre 20110101 Ciências Exatas Livro digitalrecurso online Minha Biblioteca CRUZ Eduardo Cesar Alves JUNIOR Salomão ChoueriEletrônica Aplicada Editora Saraiva São Paulo 062008 Ciências Exatas Livro digitalrecurso online Minha Biblioteca SCHULER CharlesEletrônica I Série Tekne Grupo A Porto Alegre 032013 Ciências Exatas Livro digitalrecurso online Minha Biblioteca Bibliografia complementar CRUZ Eduardo Cesar Alves CHOUERI JR Salomão Eletrônica Analógica Básica Editora Saraiva 2015 São Paulo Minha Biblioteca DUARTE Marcelo de Almeida Eletrônica Analógica Básica Grupo GEN 2017 Rio de Janeiro Minha Biblioteca PAIXÃO Renato Rodrigues SOUZA JR José Carlos de Circuitos Eletroeletrônicos Fundamentos e Desenvolvimento de Projetos Lógicos Editora Saraiva 2014 São Paulo Minha Biblioteca Questão 1 Considere que no circuito apresentado abaixo a tensão de ruptura do diodo Zener seja igual a 10 V a resistência Zener seja desprezível e a potência máxima desse diodo seja de 500 mW A partir dessas informações julgue a frase abaixo como CERTO ou ERRADO e explique através de cálculos a sua resposta Ao se substituir a fonte de tensão de 50 V por outra sem que se ultrapasse a máxima potência do diodo Zener o valor máximo dessa nova fonte deverá ser inferior a 60 V Questão 2 Considerando o circuito com transistor bipolar representado na figura em que β é igual a 200 e a tensão baseemissor é igual a 07 V julgue os próximos itens Julgue as seguintes afirmativas e explique através de cálculos ou texto a sua resposta a A corrente do coletor depende do valor do β do transistor e da tensão baseemissor b valor da corrente de saturação do coletor é superior a 15 mA Questão 3 Encontre ID VS VDS VG VGS e Vp para o circuito abaixo a Utilizando o método matemático b Utilizando o método gráfico para encontrar ID IDSS 8mA Questão 4 Sabese que um dos principais usos do diodo é como retificador Ou seja transforma circuitos alternados em circuitos contínuos com o auxílio de filtros Assim sabendo que o diodo abaixo é ideal desenhe o esboço da forma de onda em Vo e encontre o nível dc na saída Tensão na entrada Questão 5 Ainda sobre retificadores considerando agora que o diodo abaixo é de Si desenhe o esboço da forma de onda em Vo Questão 6 Para o circuito a seguir utilizando a análise precisa determine VC VB VE VCE IC IE e IB Considere hfe 150 Questão 7 Utilizando a análise para pequenos sinais encontre re Zi Zo Av e Ai para o circuito abaixo Faça também o desenho do esquema do circuito equivalente ac Considere Vcc 15 V RB 100 kΩ RC 22 kΩ β 220 e ro Utilize caso necessário β RE10R2 VALORES COMERCIAIS DE RESISTORES Os valores comerciais de resistores são potências de 10 multiplicadas pelos valores abaixo Ex 10Ω 100Ω 1kΩ10kΩ etc Parâmetros Polarização Fixa Zi βre Zo RC AvRC re AiAv Zi RC Polarização por Divisor de Tensão R R1R2 ZiR βr e Zo RC AvRC re AiAv Zi RC Polarização no Emissor Zb β RE ZiRBZb Zo RC Av RC RE AiAv Zi RC Seguidor de Emissor Zb β RE ZiRBZb I e V i r eRE Zore AvV o V i 1 AiAv Zi RE Eq Shockley 10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82 Questão 1 A corrente do Zener quando este está em condução V Z10V é dada por I ZV10 1000 10 2000 I ZV10 1000 5 1000 I ZV15 1000 A potência do Zener é PZV Z I Z PZV 15 100 O valor máximo de V é V0510015 V65V Portanto a afirmativa está incorreta Questão 2 A corrente do coletor é dada por I Cβ I B Porém I B V CCV BE RBβ1RE Substituindo I Cβ V CCV BE RBβ1 RE a É possível afirmar que a corrente do coletor depende do valor do β do transistor e da tensão baseemissor porém existem outras variáveis que também influenciam no resultado Sabese também que para uma análise mais facilitada o valor de V BE é fixado em 07 V Na região de saturação V CE0 A corrente de coletor é I C V CC RCRE I C 15 1100 b A afirmação está incorreta pois a corrente de coletor na saturação é de aproximadamente 1364 mA Questão 3 I DV DDV D RS I D189 2000 45mA V SRSI D V S6804510 3 V S306V V DSV DV S594V V GV DD R2 R1R2 V G18 91 91750 V G194V V GSV GV S V GS112V I DI DSS1V GS V P 2 1V GS V P I D I DSS V GS V P 1 I D I DSS V P V GS 1 I D I DSS V P 112 1 45 8 V P448V Utilizamos esse valor de V P para montar o gráfico I DI DSS1V GS V P 2 2 18 16 14 12 1 08 06 04 02 0 VGS 0 1 2 3 4 5 6 7 8 ID 103 Adicionamos o gráfico do ponto de operação V GSV GI D RS V GS194680I D 5 4 3 2 1 0 1 2 VGS 0 1 2 3 4 5 6 7 8 ID 103 X 112 Y 00045 O cruzamento dos gráficos determina o ponto de operação que foi igual ao encontrado matematicamente Questão 4 Considerando o diodo ideal a tensão na saída é igual a tensão de entrada no semiciclo positivo e zero no semiciclo negativo 0 500 1000 1500 2000 2500 t 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 V vi vo O valor médio DC do sinal de saída é V DC 1 T 0 T 2 100sint dt V DC 1 2π 0 π 100sintdt V DC100 2π cosπ cos 0 V DC100 π 318V Questão 5 Consideramos que a queda de tensão no diodo polarizado diretamente é de 07 V No semi ciclo positivo da tensão de entrada o diodo é polarizado inversamente portanto não conduz A tensão nos seus terminais é igual a tensão de entrada somada ao offset de 2 V No semiciclo negativo da tensão de entrada o diodo é polarizado diretamente quando o limiar é superado vlimiar20727V A partir desse momento a tensão de saída se mantém constante igual a vo107327V 0 500 1000 1500 2000 2500 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 V vi vo Questão 6 Polarização por divisor de tensão RTHR1R2 R1R2 RTH8203900 8203900 677Ω ETHR2V CC R1R2 ETH 390012 8203900991V βhfe150 Usamos V BE07V I B 1207ETH 67715168 I B126μA I Eβ1I B I E191mA I CI EI B I C19mA V EV CCRE I E V E107V V BV E07 V B10V V CRC I C V C42V V CEV CV E V CE65V Questão 7 Polarização I BV CCV BE RB Consideramos V BE07V I B 1507 10010 3 I B143μA I Eβ1RC I E316mA re26mV I E re0822 Ω Zi RBβ rE RB βr E Zi1806Ω ZoRCro RCr o Como ro ZoRC22kΩ AvRC re Av2674 Aiβ220 Circuito equivalente AC Figura 522 Substituição do modelo re no circuito da Figura 521 Questão 1 A corrente do Zener quando este está em condução 𝑉𝑍 10 V é dada por 𝐼𝑍 𝑉 10 1000 10 2000 𝐼𝑍 𝑉 10 1000 5 1000 𝐼𝑍 𝑉 15 1000 A potência do Zener é 𝑃𝑍 𝑉𝑍𝐼𝑍 𝑃𝑍 𝑉 15 100 O valor máximo de 𝑉 é 𝑉 05 100 15 𝑉 65 V Portanto a afirmativa está incorreta Questão 2 A corrente do coletor é dada por 𝐼𝐶 𝛽𝐼𝐵 Porém 𝐼𝐵 𝑉𝐶𝐶 𝑉𝐵𝐸 𝑅𝐵 𝛽 1𝑅𝐸 Substituindo 𝐼𝐶 𝛽 𝑉𝐶𝐶 𝑉𝐵𝐸 𝑅𝐵 𝛽 1𝑅𝐸 a É possível afirmar que a corrente do coletor depende do valor do β do transistor e da tensão base emissor porém existem outras variáveis que também influenciam no resultado Sabese também que para uma análise mais facilitada o valor de 𝑉𝐵𝐸 é fixado em 07 V Na região de saturação 𝑉𝐶𝐸 0 A corrente de coletor é 𝐼𝐶 𝑉𝐶𝐶 𝑅𝐶 𝑅𝐸 𝐼𝐶 15 1100 b A afirmação está incorreta pois a corrente de coletor na saturação é de aproximadamente 1364 mA Questão 3 𝐼𝐷 𝑉𝐷𝐷 𝑉𝐷 𝑅𝑆 𝐼𝐷 18 9 2000 45 mA 𝑉𝑆 𝑅𝑆𝐼𝐷 𝑉𝑆 680 45 103 𝑉𝑆 306 V 𝑉𝐷𝑆 𝑉𝐷 𝑉𝑆 594 V 𝑉𝐺 𝑉𝐷𝐷 𝑅2 𝑅1 𝑅2 𝑉𝐺 18 91 91 750 𝑉𝐺 194 V 𝑉𝐺𝑆 𝑉𝐺 𝑉𝑆 𝑉𝐺𝑆 112 V 𝐼𝐷 𝐼𝐷𝑆𝑆 1 𝑉𝐺𝑆 𝑉𝑃 2 1 𝑉𝐺𝑆 𝑉𝑃 𝐼𝐷 𝐼𝐷𝑆𝑆 𝑉𝐺𝑆 𝑉𝑃 1 𝐼𝐷 𝐼𝐷𝑆𝑆 𝑉𝑃 𝑉𝐺𝑆 1 𝐼𝐷 𝐼𝐷𝑆𝑆 𝑉𝑃 112 1 45 8 𝑉𝑃 448 V Utilizamos esse valor de 𝑉𝑃 para montar o gráfico 𝐼𝐷 𝐼𝐷𝑆𝑆 1 𝑉𝐺𝑆 𝑉𝑃 2 Adicionamos o gráfico do ponto de operação 𝑉𝐺𝑆 𝑉𝐺 𝐼𝐷𝑅𝑆 𝑉𝐺𝑆 194 680𝐼𝐷 O cruzamento dos gráficos determina o ponto de operação que foi igual ao encontrado matematicamente Questão 4 Considerando o diodo ideal a tensão na saída é igual a tensão de entrada no semiciclo positivo e zero no semiciclo negativo O valor médio DC do sinal de saída é 𝑉𝐷𝐶 1 𝑇 100 sin𝑡 𝑑𝑡 𝑇2 0 𝑉𝐷𝐶 1 2𝜋 100 sin𝑡 𝑑𝑡 𝜋 0 𝑉𝐷𝐶 100 2𝜋 cos𝜋 cos0 𝑉𝐷𝐶 100 𝜋 318 V Questão 5 Consideramos que a queda de tensão no diodo polarizado diretamente é de 07 V No semiciclo positivo da tensão de entrada o diodo é polarizado inversamente portanto não conduz A tensão nos seus terminais é igual a tensão de entrada somada ao offset de 2 V No semiciclo negativo da tensão de entrada o diodo é polarizado diretamente quando o limiar é superado 𝑣𝑙𝑖𝑚𝑖𝑎𝑟 2 07 27 V A partir desse momento a tensão de saída se mantém constante igual a 𝑣𝑜 10 73 27 V Questão 6 Polarização por divisor de tensão 𝑅𝑇𝐻 𝑅1 𝑅2 𝑅1 𝑅2 𝑅𝑇𝐻 820 3900 820 3900 677 Ω 𝐸𝑇𝐻 𝑅2𝑉𝐶𝐶 𝑅1 𝑅2 𝐸𝑇𝐻 3900 12 820 3900 991 V 𝛽 ℎ𝑓𝑒 150 Usamos 𝑉𝐵𝐸 07 V 𝐼𝐵 12 07 𝐸𝑇𝐻 677 151 68 𝐼𝐵 126 μA 𝐼𝐸 𝛽 1𝐼𝐵 𝐼𝐸 191 mA 𝐼𝐶 𝐼𝐸 𝐼𝐵 𝐼𝐶 19 mA 𝑉𝐸 𝑉𝐶𝐶 𝑅𝐸𝐼𝐸 𝑉𝐸 107 V 𝑉𝐵 𝑉𝐸 07 𝑉𝐵 10 V 𝑉𝐶 𝑅𝐶𝐼𝐶 𝑉𝐶 42 V 𝑉𝐶𝐸 𝑉𝐶 𝑉𝐸 𝑉𝐶𝐸 65 V Questão 7 Polarização 𝐼𝐵 𝑉𝐶𝐶 𝑉𝐵𝐸 𝑅𝐵 Consideramos 𝑉𝐵𝐸 07 V 𝐼𝐵 15 07 100 103 𝐼𝐵 143 μA 𝐼𝐸 𝛽 1𝑅𝐶 𝐼𝐸 316 mA 𝑟𝑒 26 mV 𝐼𝐸 𝑟𝑒 0822 Ω 𝑍𝑖 𝑅𝐵 𝛽𝑟𝐸 𝑅𝐵 𝛽𝑟𝐸 𝑍𝑖 1806 Ω 𝑍𝑜 𝑅𝐶 𝑟𝑜 𝑅𝐶 𝑟𝑜 Como 𝑟𝑜 𝑍𝑜 𝑅𝐶 22 kΩ 𝐴𝑣 𝑅𝐶 𝑟𝑒 𝐴𝑣 2674 𝐴𝑖 𝛽 220 Circuito equivalente AC