Prova Eletrônica Básica II - UNIFEI - Amplificadores, Filtros e Conversores

Ministério da Educação Universidade Federeal de Itajubá Câmpus Itabira Avaliação 02 Resposta em frequência Realimentação Filtros Amplificadores de Potência e Conversores de Dados RTE Professor Paulo Márcio Moreira e Silva Disciplina EELI12 Eletrônica Básica II Data 06082021 Instruções a avaliação contém 7 questões fazer a prova individualmente ler a avaliação com calma não desista da prova sem ao menos tentar fazêla a partir das 15 h 45 min do dia 060821 a avaliação estará disponível pelo SIGAA as respostas deverão ser enviadas em um PDF também pelo SIGAA em um período de até 2 h 30 min a partir do início da avaliação as respostas podem ser escritas em folhas de caderno por exemplo e as fotos dessas folhas devem ser enviadas em um PDF prezar pela organização de suas respostas idealmente a avaliação deve ser feita em menos de 1 h 50 min não é necessário utilizar um simulador de circuitos em nenhum momento da prova é necessário o uso de calculadora nesta prova reler essas instruções ao término da avaliação todas as questões de múltipla escolha devem ser justificadas Nesta prova o termo NDA significa nenhuma das alternativas Prova com letra ilegível não será corrigida Boa prova 1 Ministério da Educação Universidade Federal de Itajubá Câmpus Itabira A figura 1 apresenta um circuito de dois amplificadores MOS em cascata Sobre esse circuito responder as questões de 1 a 4 Fazer as considerações abaixo quando necessário Considerações os transistores estão saturados ro IDS sat ½βVGS VTH2 onde β 70 mAV2 e VTH 05 V gm dIDS satdVGS Figura 1 Amplificador em malha aberta de dois estágios A polarização DC foi omitida por simplicidade 1 Se a corrente de saturação entre dreno e fonte IDS de M1 e M2 for 20 μA escolher o valor das resistências de R1 e R2 para que em baixas frequências o módulo do ganho de tensão de cada estágio seja igual a 100 1 pt A 10 kΩ B 15 kΩ C 20 kΩ D 60 kΩ E NDA 2 Considerando que todas as capacitâncias do circuito são representadas por C1 e C2 calcular o valor máximo dessas capacitâncias para que os polos no nó x e na saída estejam em uma frequência maior ou igual a 1 kHz 1 pt A 26 nF B 52 nF C 166 nF D 332 nF E NDA 3 Determinar o valor de vxvin na frequência de 4 kHz se os polos de cada estágio estão em 1 kHz e se o ganho em baixas frequências de cada estágio vale 100 VV 15 pt Ministério da Educação Universidade Federeal de Itajubá Câmpus Itabira 4 Montar um diagrama de blocos de um amplificador de tensão com realimentação negativa Qual deve ser o ganho da realimentação para que em baixas frequências o ganho de malha fechada seja igual a 100 VV Considerar que o amplificador de malha aberta é o apresentado na figura 1 e que cada estágio possui ganho de 30 VV em baixas frequências 15 pt 3 Ministério da Educação Universidade Federeal de Itajubá Câmpus Itabira 5 Certo filtro possui uma função de transferência igual a Hs 28145109s2 28145109s226526106s1 Considerando que um step de 0 a 1 V é aplicado na entrada desse filtro em t 0 s qual esboço melhor representa a resposta transiente desse sistema Justificar a resposta 15 pt 0 05 1 15 2 1 05 0 05 1 Time ms Output V Step response a 0 05 1 15 2 1 05 0 05 1 Time ms Output V Step response b 0 05 1 15 2 0 05 1 15 2 Time ms Output V Step response c 0 05 1 15 2 0 05 1 15 2 Step response Output V Time ms d 0 05 1 15 2 0 02 04 06 08 1 12 14 Time ms Output V Step response e 4 Ministério da Educação Universidade Federeal de Itajubá Câmpus Itabira Para as questões 6 e 7 seguir o texto abaixo O esquemático e operação básica de um comparador de tensão são mostrados na figura 2 O comparador pode ser visto como um circuito de decisão Se a entrada vp tem tensão maior que a entrada vm a saída do comparador tem lógica 1 enquanto que se a entrada tem potencial menor que a entrada a saída do comparador tem lógica 0 Trecho do livro CMOS Circuit Design Layout and Simulation de Baker J em tradução livre Figura 2 Operação do comparador Um engenheiro deseja projetar um comparador que utiliza como carga um circuito com resistência igual a 100 kΩ em paralelo com uma capacitância igual a 50 pF Para implementar o comparador o engenheiro decidiu conhecer melhor o desempenho do amplificador operacional LF155 com algumas métricas de desempenho apresentadas na figura 3 a b c d Figura 3 Desempenho AC do LF155 a Impedância de saída b Ganho de malha aberta c Diagrama de Bode na configuração de amplificador inversor d CMRR 5 Ministério da Educação Universidade Federeal de Itajubá Câmpus Itabira 6 Sobre o projeto do comparador responder os itens a seguir 2 pts A A partir das características do LF155 qual seria a frequência do polo na carga do comparador 80 da questão B Esse polo adicionado na saída do comparador limita a resposta transiente do LF155 Explicar sua resposta 20 da questão 7 Responder com verdadeiro V ou falso F Justificar suas escolhas 15 pt i O amplificador da figura 3 c é instável ii O amplificador da figura 3 c tem margem de fase de aproximadamente 70o iii O amplificador da figura 3 c tem seu ganho de tensão próximo de 40 dB em baixas frequências mas na figura 3 c ele é reduzido devido ao polo dominante do LF155 iv A fase do amplificador da figura 3 c foi somada a 180o Dessa forma fica mais fácil de ver a margem de fase pois em baixas frequências não deveria haver inversão de fase v A frequência do polo dominante do LF155 está acima de 1 MHz 6 Não altera A frequência do polo está muito além da região de ganho maior que 1 VV do op amp F Pois quando o ganho é 0 dB a fase varia aproximademente 110 graus V mesma justificativa do item anterior O polo dominante do LF155 está próximo de 10 Hz e por isso em 1 MHz esperase um ganho menor que 40 dB