Trabalho 1-2022 1

Dispositivos Eletrônicos – ENG C41 Professora: Ana Isabela Araújo Cunha Primeiro Trabalho – Semestre 2022.1 – Turma 2 Nas questões a seguir, N é o número da sua ordem na lista de alunos inscritos na disciplina, exibida na última página. Além das tabelas e gráficos solicitados, deverá ser apresentada uma memória de cálculo (pode ser um rascunho escrito à mão) para cada questão. 1) Caracterização e Modelagem do Diodo. Simule a característica corrente-tensão (iD x vD) do diodo retificador RR601BM4S para vD variando de 0,3 volt até o valor correspondente à corrente iD = 0,02.N A (tente aproximar o limite superior da característica o mais possível deste valor de corrente e utilize mais de 1000 pontos). Encontre os parâmetros que melhor ajustam (pelo método dos mínimos quadrados) a característica simulada: a) Ao modelo exponencial, utilizando toda a faixa especificada acima, para a qual é possível utilizar a expressão iD = ISevD (t) ⁄ . Neste caso, os parâmetros a serem determinados são IS e  (adote t = 26 mV) e o ajuste pode ser feito a uma reta relacionando ln(iD) a vD. b) Ao modelo linearizado por partes da fonte de tensão em série com uma resistência, limitando a faixa inferiormente de tal modo a tomar um trecho mais semelhante a uma reta até o último ponto simulado, ou seja, o ponto correspondente a iD = 0,02.N A. (Sugestão: utilize o último oitavo da faixa de tensão). Neste caso, os parâmetros a serem determinados são VD0 e rD. Anote os parâmetros encontrados na Tabela 1 e apresente a memória de cálculo e um gráfico comparando as características simulada e ajustadas aos dois modelos, nas faixas consideradas (opcionalmente, podem ser dois gráficos, cada um comparando a característica simulada com uma das características ajustadas). Valores: (a) (1,5 ponto); (b) (1,5 ponto); Gráfico(s) (1 ponto) 2) Análise de Retificadores. Suponha que dois retificadores, um de meia onda e outro de onda completa com dois diodos, serão construídos com diodos iguais ao caracterizado na questão 1 e com uma resistência de carga RL = 750/N . A tensão de entrada é uma senoide de 60 Hz e amplitude igual a 15 volts. a) Para cada um dos retificadores, utilize os parâmetros da característica linearizada por partes para prever teoricamente as seguintes propriedades da forma de onda da tensão na resistência de carga vOUT(t) e em um diodo vD(t): vOUTmáx, T1 (período de condução na carga), T2 (período de não condução na carga), vDmáx e vDmin. Simule os dois circuitos no domínio do tempo, utilizando uma fonte de tensão senoidal para representar a tensão no secundário do transformador no retificador de meia onda e duas fontes de tensão senoidal iguais em série no retificador de onda completa. Determine, a partir das formas de onda vOUT(t) e vD(t) simuladas, as mesmas propriedades citadas. Apresente a memória de cálculo e os gráficos com as formas de onda simuladas para ambos retificadores e preencha a Tabela 2 com os valores teóricos e obtidos por simulação das mencionadas propriedades. b) Dimensione um capacitor, a ser conectado em paralelo com a resistência de carga especificada no retificador de meia onda, para que o fator de “ripple” seja de no máximo 5%. Escolha um valor comercial para a capacitância (10 – 12 – 15 – 18 – 22 – 27 – 33 – 39 – 47 – 56 – 68 – 82, vezes uma potência de 10). Simule os retificadores filtrados de meia onda e de onda completa utilizando o mesmo valor de capacitância escolhido acima. Obtenha as formas de onda da tensão de saída vOUT(t) e da corrente em um dos diodos iD(t) em ambos retificadores A partir da forma de onda da tensão de saída determine graficamente os valores do fator de “ripple” alcançados com o capacitor escolhido nos dois retificadores, por meio da expressão: r% = ∆V 2√3VDC 100% sendo V = vOUTmáx – vOUTmin e VDC = (vOUTmáx + vOUTmin)/2, com vOUTmáx e vOUTmin lidos no gráfico de vOUT(t). Apresente a memória de cálculo e os gráficos com as formas de onda simuladas para os dois retificadores filtrados e preencha a Tabela 3 com os valores da capacitância C utilizada, da máxima corrente no diodo iDmáx, assim como os valores de vOUTmáx, vOUTmin, V, VDC e r%. Valores: a) (3,0 pontos); b) (1,5 ponto) 3) Análise de um Circuito com Diodo. Considere o circuito ilustrado na Figura 1, no qual vT(t) é uma forma de onda triangular variando de 0 a 14 + 0.5.N volts na frequência de 100 Hz, VS = 7 + 0.25.N volts, R1 = 10 , R2 = 30 , R4 = 20  e o diodo é o mesmo caracterizado na questão 1. Determine: a) As expressões dos parâmetros Vth (em função de vT(t) e de R3) e Rth (em função de R3 e de R5) da reta de carga. b) O valor de R3 para que o diodo inicie a condução quando vT(t) = 3 + 0,5.N volts, segundo o modelo linearizado por partes ajustado na questão 1. c) O valor de R5 para que quando vT(t) = 14 + 0.5.N volts a corrente no diodo seja iD = 0,02.N A (ampères), segundo o modelo exponencial ajustado na questão 1, e os valores de vD, Vth e de Rth nesta condição. d) As formas de onda de vT(t), vOUT(t), vD(t) e iD(t), simuladas em pelo menos dois períodos, os valores de vD e iD lidos a partir destas formas de onda para vT = 14 + 0.5.N V e o valor de vT no início da condução do diodo também lidos a partir das formas de onda. Preencha a Tabela 4 e apresente a memória de cálculo e o gráfico com as formas de onda simuladas. Valores: (a) (1,0 ponto); (b) (0,5 ponto); (c) (1,0 ponto); (d) (1,0 ponto) Figura. 1 vT(t) R1 iD R3 + VS + vD - + - R2 R4 R5 + vOUT - Meu N é _____ Tabela 1 (Questão 1) Parâmetros de Modelagem Modelo Exponencial Modelo Linearizado por Partes IS (nA)  VD0 (V) rD () Tabela 2 (Questão 2) Propriedade  vOUTmáx (V) T1 (ms) T2 (ms) vDmáx (V) vDmin (V) Retificador de meia onda Calculada teoricamente Obtida por simulação Retificador de onda completa Calculada teoricamente Obtida por simulação Tabela 3 (Questão 2) C (F) (valor escolhido) iDmáx (A) vOUTmáx (V) vOUTmin (V) VDC (V) V (V) r% Retificador de meia onda Retificador de onda completa Tabela 4 (Questão 3) Amplitude de vT(t): 14 + 0.5.N (V) VS = 7 + 0.25.N (V) Valor de vT(t) no limiar do diodo: 3 + 0,5.N (V) a) Expressão de Vth em termos de vT(t)e de R3 Expressão de Rth em termos de R3 e de R5 b) R3 () c) R5 () vD (V) para iD = 0,02.N A (modelo exponencial) Vth (V) para iD = 0,02.N A Rth () para iD = 0,02.N A d) iD (A) para vT = 14 + 0.5.N volts (simulação) vD (V) para vT = 14 + 0.5.N volts (simulação) vT (V) no limiar de condução do diodo (simulação) LISTA DE INSCRITOS N Nome 1 ALCIDES AUGUSTO BEZERRA NETO 2 ANDERSON ROQUE ARAÚJO DOS SANTOS MENESES 3 ATILA GRACAS CORREIA 4 AYRAN DE FREITAS ANDRADE 5 BRUNO SANTOS JUNQUEIRA 6 CAIO SOUSA MENDES 7 CARLOS EDUARDO DA SILVA CERQUEIRA 8 EMERSON CARDOSO DOS SANTOS 9 ENZO OLIVEIRA SANTOS DA CRUZ 10 FELIPE FIGUEIREDO PORTO 11 FELIPE GUIMARÃES IZIDORO FREIRE 12 GABRIEL SILVA CARVALHO 13 IVON LUIZ CORREIA MARTINEZ GARCIA 14 JOÃO PAULO RIOS BRANDÃO DE OLIVEIRA 15 JOÃO VICTOR MOURA DOS SANTOS 16 JULIA LOPES GUEDES 17 JULIO ANGELO DOS SANTOS 18 MAURICIO DOS SANTOS DE JESUS 19 MAYARA DOS SANTOS LOPES 20 MIGUEL ANGELO MOTA MELO SILVA 21 PEDRO DANIEL SILVA DA CONCEIÇÃO 22 PHILIPPE MUNIZ AMORIM SANTOS 23 RAFAEL FLORENCIO DA COSTA PONDE 24 RAPHAEL ALMEIDA GONÇALVES 25 RICARDO GONCALVES PINTO 26 SAILON BISPO NASCIMENTO 27 THAÍS PEREIRA SANTOS 28 VICTOR GERIN DE LACERDA