INSTITUTO POLITÉCNICO DE SETÚBAL ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO DE SETÚBAL ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA COLECTÂNEA DE EXERCÍCIOS DE ELECTRÓNICA II (Para apoio às Aulas Práticas Exercícios retirados do livro Microelectronics Circuits Sedra/Smith) Setembro 2003 Colectânea de exercícios sobre amplificadores Pág. 1

2 AMPLIFICADORES 1. Escreva as expressões dos sinais sinusoidais com as seguintes características: a) Amplitude de 10V de pico e frequência de 10kHz b) 120Vrms e frequência de 60Hz c) 0,2V pp e frequência de 1000rad/s d) 100mV de pico e período de 1ms 2. Uma fonte de sinal sinusoidal tem uma tensão em circuito aberto de 10mV e uma corrente de curto-circuito de 10µA. Qual é a resistência da fonte? 3. Dois amplificadores de tensão têm ganhos de 46dB e 43dB, respectivamente. Qual a relação entre os respectivos ganhos de tensão lineares? Os mesmos amplificadores apresentam, respectivamente ganhos de potência de 80dB e de 83dB. Qual a relação entre os respectivos ganhos de potência lineares? Compare os resultados obtidos. 4. Um amplificador de áudio necessita de um sinal sinusoidal na entrada de 1V rms, para entregar na saída uma onda sinusoidal de 0,5V pico. A resistência de entrada do amplificador é de 120kΩ. Como carga é usado um altifalante com resistência de 8Ω. Calcule o ganho de tensão, o ganho de corrente, o ganho de potência, em unidades lineares e logarítmicas. 5. Um amplificador tem um ganho de corrente de 60dB e um ganho de potência de 50dB. Calcule o ganho de tensão. Colectânea de exercícios sobre amplificadores Pág. 2

3 6. Um amplificador opera com uma fonte de alimentação simétrica de ±15V e entrega na saída uma onda sinusoidal de 20V pp, para uma resistência de carga de 2kΩ. O amplificador drena uma corrente média de 2mA da fonte simétrica e uma corrente desprezável da fonte de sinal. Calcule a potência dissipada pelo circuito do amplificador. 7. Um amplificador operando com uma fonte de alimentação simétrica de ±15V tem uma característica de transferência linear com a excepção da saturação de ±13V na saída. Se o ganho do amplificador é de 100V/V, encontre o valor rms do maior sinal sinusoidal que pode ser aplicado na entrada sem que ocorra saturação da saída. 8. Um amplificador foi projectado usando um transístor MOS com a seguinte característica de transferência: v O = I 10 5( v 2) 2. Esta característica de transferência requer v O positivo e 2 v I v O +2. Nos limites dessa região o amplificador satura. a) Esboce e marque claramente a característica de transferência. Que níveis de saturação L + e L - correspondem aos valores de v I? b) Polarize o amplificador para obter uma tensão de saída de 5V. Qual é o valor necessário para a tensão cc de entrada V I? c) Calcule o valor do ganho de tensão em sinais fracos no ponto de polarização. d) Se um sinal sinusoidal for sobreposto à tensão de polarização cc V I, isto é, v I =V I +V i cos(wt) calcule a tensão na saída v O. 9. Um projectista tem à disposição um amplificador de tensão com uma resistência de entrada de 10kΩ, uma resistência de saída de 1kΩ e um ganho de tensão em circuito aberto de 10V/V. A fonte de sinal tem uma resistência de 10kΩ e Colectânea de exercícios sobre amplificadores Pág. 3

4 proporciona um sinal de 10mV rms, mas é necessário fornecer um sinal de pelo menos 2V rms, para uma carga de 1kΩ. Quantos estágios o amplificador deverá ter nesse caso? Qual o valor da tensão de saída obtida nesse caso? 10. É necessário um amplificador que proporcione um sinal, na saída, com potência de 0,5W para uma resistência de carga de 100Ω. A fonte de sinal acoplada proporciona uma tensão de 30mVrms e tem uma resistência de 0,5MΩ. Para conseguir implementar o amplificador desejado pode combinar 2 ou mais amplificadores, com as seguintes características: a) Amplificador de elevada resistência de entrada: R i =1MΩ, A vo =10 e R o =10KΩ. b) Amplificador de elevado ganho: R i =10kΩ A vo =100 e R o =1kΩ c) Amplificador de baixa resistência de saída: R i =10kΩ A vo =1 e R o =20Ω Optimize o seu projecto de modo a utilizar o menor número de estágios possíveis. Calcule a tensão na carga e a potência desenvolvida na saída. 11. Um amplificador de transconductância com R i =2kΩ, gm=40ma/v e R O =20kΩ é alimentado por uma fonte de tensão com uma resistência de 2kΩ e uma resistência de carga de 1kΩ. Calcule o ganho de tensão. 12. A Fig. 1 representa um amplificador de transconductância cuja saída realimenta a entrada. Calcule a resistência de entrada R in resultante da entrada do quadrípolo. + vi - R gm vi (sugestão: aplique uma tensão de teste v x entre os dois terminais de entrada e encontre a corrente i x drenada pela fonte; então R in v x /i x ). Rin Figura 1 Colectânea de exercícios sobre amplificadores Pág. 4

5 13. Um amplificador com uma resistência de entrada de 10KΩ está ligado a uma carga de 4KΩ. Quando accionado por uma fonte de corrente de 1µA com uma resistência de 100KΩ, tem uma corrente de curto-circuito de 10mA e uma tensão de saída em circuito aberto de 10V. Calcule o ganho de tensão, o ganho de corrente e o ganho de potência expressos em unidades lineares em db. Colectânea de exercícios sobre amplificadores Pág. 5