Lista de Exercícios de Eletrônica Analógica. Semicondutores, Diodos e Retificadores

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1 Lista de Exercícios de Eletrônica Analógica Semicondutores, Diodos e Retificadores Questões sobre Semicondutores: 1) O que é um material semicondutor? Dê 2 exemplos. 2) O que é camada de valência? 3) O que é um cristal semicondutor? 4) O que é dopagem? 5) Se inserirmos um átomo de Fósforo em um cristal de semicondutor, o semicondutor ficará positivo ou negativo? Explique. 6) Se inserirmos um átomo de Boro ou Gálio em um semicondutor, ele ficará positivo ou negativo? Explique. 7) O que acontece quando unimos um semicondutor do Tipo P e outro do tipo N, formando uma junção PN? 8) O que é camada de depleção? 9) Faça um desenho de uma junção PN polarizada diretamente. Explique: a corrente consegue passar ou não? Por quê?

2 10) Faça um desenho de uma junção PN polarizada reversamente. Explique: a corrente consegue passar ou não? Por quê? Questões sobre Diodos: 11) O que é um diodo? 12) Qual a principal diferença entre um diodo feito com Silício e outro com Germânio? 13) O que é tensão de joelho ou Vγ? 14) Desenhe o gráfico contendo a curva característica de um diodo. 15) Um diodo polarizado reversamente nunca queimará, independente da tensão que nele aplicarmos? Ou há um limite? Explique, com base no gráfico da curva característica do diodo. 16) Informe as lâmpadas que estão acesas no circuito abaixo (considerar a primeira lâmpada da esquerda como L1, a segunda como L2, e assim por diante). D2 D3 D4 D5 12 V 0 D6 D7 D8 D9 1 Resposta: Apenas L1 e L3 estarão acesas.

3 17) Para o circuito abaixo, sabendo-se que a Resistência da Lâmpada é de 24Ω, calcule a tensão, a corrente e a potência na lâmpada. Obs.: Considere que é diodo de Silício e D2 é um diodo ideal. D2 VL = 19,3V IL = 19,3/24 = 804,16mA 20 V PL = 15,52W 18) Para o circuito abaixo, calcule a tensão, a corrente e a potência na lâmpada. Obs.: considere que o Diodo é de Germânio VL = 0V 17 V IL = 0A PL = 0W 19) No circuito abaixo, está circulando uma corrente de 25mA sobre o resistor R1. Qual é o valor da Resistência Elétrica desse Resistor? Obs.: considere que o diodo é de Silício 12 V R1 IR1 = 25mA VR1 = 12-0,7 = 11,3V R = V/I -> R = 452 Ω

4 20) Estamos em 2017 e você foi contratado para fazer o circuito de controle de uma bomba. Essa bomba deverá explodir as dependências da antiga e extinta Sociedade Esportiva Palmeiras, após a falência do Clube no ano de 2015, quando o time caiu para a 4ª divisão do Campeonato Brasileiro. A carga R1 representa o circuito da bomba. Entretanto, como esse circuito é digital, o nível de tensão que ele aceita para funcionar é entre 4V e 6V. a) Assim sendo, qual é a tensão que está sobre o diodo R1, considerando que todos os diodos são de Silício? b) A bomba será detonada com sucesso? D2 D3 D4 D5 a) 9 3,5 = 5,5V b) Sim, pois a tensão na bomba está entre 4 e 6V. 9 V R1 Questões sobre Retificadores 21) O que é um circuito Retificador? Circuito que converte AC em DC. 22) Quais são os nomes dos 3 principais circuitos retificadores monofásicos que existem? Retificador de Meia Onda, Retificador de Onda Completa com Center-Tape, Retificador de Onda Completa em Ponte. 23) Em um circuito Retificador, qual das alternativas abaixo representa o papel do transformador? ( A ) Abaixar ou elevar a tensão; ( B ) Abaixar ou elevar a freqüência; ( C ) Abaixar ou elevar a tensão e a freqüência; ( D ) Transformar o sinal AC em DC

5 24) O retificador abaixo é chamado de Retificador de Meia Onda (RMO). Calcule o que se pede (considerar diodo de Silício e a Carga R1 de 30Ω): 12:1 R1 Tensão Eficaz no Secundário (V2rms): V2rms = 10,583V Tensão de Pico no Secundário (V2p): V2p = 14,967V Forma de Onda da Tensão no Secundário (F.O. V2p): SENOIDAL AC V2 [V] T [s] Forma de Onda da Tensão na Carga (F.O. V): MEIA ONDA V T [s]

6 Frequência na Carga : 60Hz Tensão de pico na Carga : VP = 14,267V Tensão e Corrente Eficaz RMS na carga (Vrms): Vrms = 7,13V e Irms = 237,78mA Tensão e Corrente Média CC na carga (Vmed): Vmed = 4,54V e Imed = 151,45mA 25) O sinal abaixo foi obtido através de um osciloscópio, que estava ajustado na escala vertical para 25V/div e escala horizontal de 0,1ms/div: a) O sinal é AC ou DC? Justifique. O sinal é AC, pois tem 2 polaridades, (+) e (-) b) Qual é o nome dessa forma de onda? SENÓIDE OU SENOIDAL c) Qual é a tensão de pico, pico a pico, média e eficaz desse sinal? Resposta: 100Vp, 200Vpp, 0Vmed e 70,7 Vrms, respectivamente. d) Qual é o período e a freqüência desse sinal? P (ou T) = 4x0,1ms = 0,4ms ou 400µs. F = 1/T = 2500Hz

7 26) Considerando que o sinal do exercício 24 foi ligado no primário do transformador do retificador abaixo, informe o que se pede: Obs.: é de Silício e = 18Ω 5000esp / 800esp a) Tensão Eficaz RMS no Primário; 70,7rms b) Tensão Eficaz RMS no Secundário; 11,31V2rms c) Tensão de pico no Secundário; 15,99V2p d) Tensão de Pico na Carga ; 15,29Vp e) Corrente de Pico na Carga ; Ip = 849,86mA f) Corrente Média CC na Carga ; Imed = 270,52mA g) Tensão Eficaz RMS na Carga ; Vrms = 7,64V h) Corrente Eficaz RMS na Carga ; Irms = 424,72mA i) Desenho da Forma de Onda na Carga ; DESENHAR MEIA-ONDA (ver F.O. na carga do Ex. 24) j) Frequência do sinal de saída na Carga ; 2500Hz k) Período (T) do sinal de saída na Carga ; 0,4ms ou 400µs.

8 27) Calcule a Corrente Média CC, a Corrente Eficaz RMS e a Frequência do sinal na carga dos Retificadores de Meia Onda (RMO) abaixo: a) Considerar de Si: 110 Vrms ICC = 473,13mA Irms = 742,8mA F = 60Hz b) Considerar de Ge: 220 Vrms ICC = 968,56mA Irms = 1,52A F = 60Hz c) Considerar de Si: 100 Hz ICC = 549,69mA Irms = 863mA F = 100Hz d) Considerar ideal: 5:1 15 Ω ICC = 747,79mA Irms = 1,174mA F = 60Hz

9 28) Calcule a Corrente Média CC, a Corrente Eficaz RMS e a Frequência do sinal na carga dos retificadores Onda Completa com Center-Tape (ROCCT) abaixo: a) Considerar = 20 Ω e diodos de Si: 220 Vrms 15:1 D2 ICC = 307,99mA Irms = 341,886mA F = 120Hz b) Considerar Diodos de Si: 380 Vrms 120 Hz 20:1 D2 15 Ω ICC = 540,76mA Irms = 600,33mA F = 240Hz c) Considerar Diodos Ideais: 2:1 D2 ICC = 2,815A Irms = 3,125A F = 120Hz d) Considerar Diodos de Silício (Vpk = Tensão de pico): 230 Vpk D2 12 Ω ICC = 573,24mA Irms = 636,39mA F = 120Hz

10 29) Calcule a Corrente Média CC, a Corrente Eficaz RMS e a Frequência na carga dos retificadores Onda Completa em Ponte (ROCP) abaixo: a) Considerar Diodos de Si: 120 Vrms ICC = 991mA Irms = 1,1A F = 120Hz b) Considerar Diodos de Si: 220 Vrms 12:1 ICC = 1,56A Irms = 1,73A F = 120Hz c) Considerar Diodos Ideais: 110 Vrms 5:1 30 Ω ICC = 630,89mA Irms = 700,16mA F = 120Hz d) Considerar Diodos de Silício: 180Vp / 60Hz 8:1 50 Ω ICC = 268,81mA Irms = 298,35mA F = 120Hz

11 e) Considerar Diodos de Si: 110 Vrms ICC = 901,76mA Irms = 1,0A F = 120Hz 30) Vamos agora comparar o rendimento dos 3 tipos de Retificadores. Vamos usar a mesma tensão de entrada, o mesmo transformador e a mesma carga para os 3 retificadores. Calcule a Tensão Média CC e a Tensão Eficaz RMS na Carga para os 3 circuitos. Considere todos os Diodos de Si. Depois, responda às perguntas. a) RMO: 20 Ω Vcc = 5,497V Vrms = 8,63V b) ROCCT: Vcc = 5,27V 20 Ω Vrms = 5,85V D2 c) ROCP: 20 Ω Vcc = 10,53V Vrms = 11,708V

12 31) Com base nos resultados do exercício 29, qual dos 3 retificadores apresentou o melhor rendimento, obtendo uma tensão média CC maior na carga? Certamente foi o Retificador de Onda Completa em Ponte. 32) Com base nos resultados do exercício 29, qual dos 3 retificadores apresentou o pior rendimento, obtendo uma tensão média CC menor na carga? Foi o Retificador de Onda Completa com Center Tape.