ENG 1403 CIRCUITOS ELÉTRICOS E ELETRÔNICOS. Prova Final Instruções para a prova

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1 Nome: Matrícula: ENG 1403 CIRCUITOS ELÉTRICOS E ELETRÔNICOS Prova Final Valor Questão Questão Questão Questão Questão TOTAL 10.0 Nota Instruções para a prova - Não ultrapasse os limites de espaço para a solução das questões. Você pode usar a frente e o verso das folhas destinadas às respostas. - Use o verso das folhas de enunciados das questões como folha de rascunho. Uma folha extra de rascunho se encontra no final da prova. - É proibido destacar folhas da prova. - Todas as respostas devem vir acompanhadas de justificativas. Respostas sem justificativas não serão corrigidas. - A prova pode ser feita a lápis ou caneta - As provas serão recolhidas impreterivelmente às 08h55min PF ENG pág. 1

2 QUESTÃO 1 (2.0 pontos) A associação de pilhas ou baterias em paralelo é muito comum em sistemas autônomos, pois ela garante maior confiabilidade ao sistema. Se por acaso uma (ou mais de uma) das pilhas apresentar algum defeito, as demais ainda são suficientes para o funcionamento do circuito. A figura abaixo ilustra uma parte de um circuito utilizado em um robô autônomo. Observe a presença de 5 pilhas alcalinas em paralelo à esquerda, representadas pelos símbolos P1 a P5. O amperímetro do lado direito pode ser considerado ideal. Na situação ilustrada na figura, com todas as pilhas funcionando, a corrente medida pelo amperímetro é de 250mA (com polaridade de cima para baixo). Considerando que a tensão em aberto de cada uma das pilhas é de 3V, responda: (a) É possível afirmar que as pilhas utilizadas no circuito acima podem ser modeladas como fontes ideais de tensão? Justifique. (b) Foi observado em laboratório que, quando uma pilha apresenta defeito, ela se comporta como um circuito aberto. Determine o novo valor da corrente lida pelo amperímetro quando a pilha P3 se tornar defeituosa. PF ENG pág. 2

3 RESPOSTA QUESTÃO 1 PF ENG pág. 3

4 QUESTÃO 2 (2.0 pontos) No circuito abaixo, a fonte de corrente I permaneceu durante muito tempo na polaridade indicada na figura quando, subitamente, em t = 0, ela inverte de sentido, porém mantendo o mesmo valor em módulo. O AmpOp é ideal. I Determine a tensão na saída do AmpOp, em função de I e dos componentes do circuito, nas seguintes situações: (a) Imediatamente antes da fonte de corrente inverter de polaridade (t = 0 ) (b) Imediatamente depois da fonte de corrente inverter de polaridade (t = 0 + ) PF ENG pág. 4

5 RESPOSTA QUESTÃO 2 PF ENG pág. 5

6 QUESTÃO 3 (2.5 pontos) Um aluno de ENG1403 decidiu montar na bancada do laboratório um circuito que permita acender e apagar dois LEDs usando uma chave SPST. Quando o LED1 está aceso, o LED2 está apagado e vice-versa. A ideia do circuito é fazer com que, após a chave S mudar de estado, os dois LEDs mudem de estado, porém não instantaneamente. A figura abaixo ilustra o circuito. O comparador utilizado pelo aluno é do tipo rail-torail, e os LEDs apresentam uma queda de tensão de 4V quando atravessados por uma corrente direta. (a) Explique o papel desempenhado por cada um dos resistores do circuito. (b) Suponha que a chave S ficou na posição indicada na figura (ou seja, aberta) durante muito tempo, e no instante t = 0 ela é fechada. Determine o estado de cada um dos LEDs (aceso ou apagado) em t = 0. (c) Determine em quanto tempo os LEDs mudam de estado após a chave S fechar. PF ENG pág. 6

7 RESPOSTA QUESTÃO 3 PF ENG pág. 7

8 QUESTÃO 4 (2.0 pontos) O circuito abaixo ilustra uma montagem realizada no laboratório, na qual uma fonte de tensão senoidal é conectada a um circuito desconhecido através de um capacitor de 10µF. O gráfico logo a seguir ilustra as tensões na fonte e nos terminais do capacitor depois que todos os transitórios são dissipados. Z in + v c v in v in v c Considerando que o gráfico possui escala horizontal e vertical de, respectivamente, 0.2ms/divisão e 0.5V/divisão, determine o valor aproximado da impedância de entrada Z in do circuito desconhecido. PF ENG pág. 8

9 RESPOSTA QUESTÃO 4 PF ENG pág. 9

10 QUESTÃO 5 (1.5 pontos) Alfredo estava navegando tranquilamente pela Internet quando deparou-se com o seguinte problema de Circuitos Elétricos: DESAFIO! Projete um circuito alimentado por uma fonte de tensão que, ao mesmo tempo, apresente resposta ao degrau unitário e módulo da função de transferência (relativos à mesma saída) dados por, respectivamente: y t = 1 3te!!""! u!! (t) [V] H jω = ω! 100! ω!! + 200ω! Resolva esse desafio e concorra a prêmios incríveis! Alfredo, que cursou ENG1403, percebeu rapidamente que o problema, na realidade, é impossível de ser solucionado. (a) De que forma Alfredo pode ter chegado a essa conclusão? Explique. (b) Bruno, amigo de Alfredo, afirmou que se a expressão relativos à mesma saída fosse retirada do enunciado ou seja, se as duas expressões fossem relativas ao mesmo circuito, porém a saídas diferentes aí sim, nesse caso, haveria solução ao problema. Você concorda com Bruno? Justifique. PF ENG pág. 10

11 RESPOSTA QUESTÃO 5 PF ENG pág. 11

12 RASCUNHO (FOLHA 1) PF ENG pág. 12

13 RASCUNHO (FOLHA 2) PF ENG pág. 13