INSTITUTO POLITÉCNICO DE TOMAR

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO DE TOMAR Departamento de Engenharia Electrotecnica Electrónica II Recurso Data: I. (6 valores) 1.1 Calcule o factor de propagação e a relação de onda estacionaria numa linha de transmissão com uma indutância e capacidade distribuída de 25nH e 10pF, com uma carga de 200Ω. Qual a amplitude da onda reflectida se na entrada aplicarmos 100V. 1.2 Explique a diferença entre uma PLA e uma FPGA. Como é feita a programação em ambas. 1.3 Um conversor AD tem uma SNR de 72dB. Calcule o respectivo numero efectivo de bits do conversor. 1.4 Explique em que consiste a transformação complementar em filtros. Exemplifique. 1.5 Calcule o valor da tensão de ruído térmico, à temperatura de 27ºC, à saída de um filtro de 1º ordem, com uma resistencia de 100k e um condensador de 1pF. Se o valor da resistencia aumentar para 1M, qual o valor da tensão de ruído na saída. Calcule o valor da largura de banda de ruído em cada um dos casos. 1.6 Um transístor MOS tem uma corrente Id de 2mA e uma tensão de overdrive de 200mV. Calcule o valor da corrente de ruído no dreno, considerando uma largura de banda de 10MHz e temperatura 27ºC.

2 INSTITUTO POLITÉCNICO DE TOMAR Departamento de Engenharia Electrotecnica Electrónica II Exame Data: I. (6 valores) 1.1 Calcule o factor de reflexão e a relação de onda estacionaria numa linha de transmissão de 50Ω com uma carga de 100Ω. Qual a amplitude da onda reflectida se na entrada aplicarmos 100V. 1.2 Calcule a relação SNR na saída de um conversor A/D de 15 bits tendo na sua entrada um sinal de 2V de amplitude, com Vref=4V. Qual é a SNR máxima do conversor e para que situações tal ocorre. 1.3 Indique como pode aumentar a gama dinâmica de funcionamento num multiplicador de Gilbert. Que aplicações podem ter os multiplicadoes analógicos, exemplifique. 1.4 Explique como é feita a estabilização de amplitude num oscilador em ponte de Wien, justificando. 1.5 Calcule o valor da tensão de ruído térmico à saída de um filtro de 1º ordem, com frequência de corte 1MHz que utiliza uma resistencia de 1M ohm. Qual o valor da largura de banda equivalente de ruído do filtro. 1.6 Calcule a precisão necessária a utilizar nas resistências de um DAC de string para obtermos 7 bits de resolução.

3 INSTITUTO POLITÉCNICO DE TOMAR Departamento de Engenharia Electrotecnica Electrónica II Recurso Data: I. (8 valores) 1.1 Dimensione um amplificador classe D para uma potência na carga de 100W com RL=50Ω e resistência de condução dos transístores Ron=2Ω. Qual o rendimento do andar nessas condições. 1.2 Indique como pode aumentar a gama dinâmica de funcionamento num multiplicador de Gilbert. Que aplicações podem ter os multiplicadoes analógicos, exemplifique. 1.3 Calcule a relação SNR de um sinal de 1V de amplitude aplicado a um conversor A/D de 16 bits, com Vref=2V. Qual é a SNR máxima do conversor e para que situações tal ocorre. 1.4 Explique como é feita a estabilização de amplitude num oscilador em ponte de Wien, justificando. 1.5 Calcule qual deve ser a ordem de um filtro Chebyshev para responder ás seguintes especificações: Ap=0.1dB, As=60dB, wp=5khz, ws=10khz. 1.6 Calcule o factor de reflexão e a relação de onda estacionaria numa linha de transmissão de 50Ω com uma carga de 25Ω. 1.7 Calcule o consumo de potência de um conjunto de 1000 portas lógicas CMOS a operar a 100MHz cada uma com uma carga de saída de 250fF usando uma alimentação de 5V. 1.8 Um amplificador em malha fechada tem um ganho de 10 e um polo dominante de 100kHz. O amplificador foi realimentado com β = Calcule o ganho em malha aberta e seu respectivo pólo.

4 II. (6 valores) Rc 3k C2 100uF V0 C π = 70 pf C µ = 20 pf RL = 10k Vi 100 ohm C1 β = 250 Rin 100uF 5k Re -15V 2.1 Desenhe o modelo incremental de baixas frequências do amplificador. 2.2 Calcule a frequência de corte inferior do amplificador pelo método das constantes de tempo. 2.3 Desenhe o modelo incremental de altas-frequências do amplificador. 2.4 Calcule a frequência de corte superior do amplificador pelo método das constantes de tempo. 2.5 Esboce o diagrama de resposta de frequência do ganho do amplificador. III. (6 valores) 3.1 Projecte e apresente um filtro Butterworth passa-baixo de 6ª ordem de ganho unitário com frequência de corte f c = 20 khz, utilizando secções biquadráticas de Sallen-Key. 3.2 Como procederia para transformar este filtro num outro do tipo passa alto. 3.3 Que tipo de aproximação usaria para reduzir a ordem do filtro mantendo as mesmas especificações.

5 INSTITUTO POLITÉCNICO DE TOMAR Departamento de Engenharia Electrotecnica Electrónica II Exame Data: I. 1.1 Num andar em push-pull qual é o nível mínimo de entrada para existir sinal na saída. Como se pode resolver este problema, exemplifique. 2 Calcule o valor da tensão de desvio de um andar diferencial considerando uma precisão nas resistências Rc de 4% e no Is dos transístores de 6%. 3 Calcule a relação SNR de um sinal de 1V de amplitude aplicado a um conversor A/D de 10 bits, com Vref=2V. Qual é a SNR máxima do conversor e para que situações tal ocorre. 4 Explique o funcionamento interno de uma memória EEPROM. Como é realizada a sua programação. Que vantagens e inconvenientes tem este tipo de memória. 4.1 Calcule qual deve ser a ordem de um filtro Butterworth para responder ás seguintes especificações: Ap=0.2dB, As=60dB, wp=15khz, ws=100khz. 4.2 Calcule o valor da tensão de ruído térmico gerado por uma resistencia de 1M ohm numa banda de frequências de 1MHz. II. +10V 5k 5k β = 250 Vo V1 2k 2k V2 100k 100k RE = 5k 2.1 Calcule o ganho diferencial e o de modo comum da montagem. 2.2 Calcule o CMRR em db da montagem. Sugira alternativas para aumentar este factor. 2.3 Calcule a frequência de corte superior do amplificador (cπ=40pf cµ=20pf) e esboce a sua resposta de frequencia. -10V

6 III. Considere o seguinte circuito com β= V Vi T3 Vx V0 T4 RL = 4 ohm R1 R2 10k 1k -20V 3.1 Desenhe a caracteristica XY de Vi/Vx. 3.2 Qual é o rendimento do andar. Considerando que a saida do ampop tem transistores com VCEsat = 0.3V. 3.3 Calcule o ganho do andar (Vi/Vo). Basei o calculo na teoria da realimentação justificando. 3.4 Como protegia o circuito para eventual curto-circuito na carga. Exemplifique e dimensione o circuito proposto. 3.5 Altere o circuito de saída para utilizar um transístor composto e compensação da distorção de cruzamento.

7 INSTITUTO POLITÉCNICO DE TOMAR Departamento de Engenharia Electrotecnica Electrónica II Exame Data: I. 1.1 Calcule o valor do condensador equivalente de Miller num amplificador com Cµ=30pF e AV= Indique quais as condições necessarias para um andar em push-pull poder ter um rendimento de 78.6%. Qual é a dissipação de potência em cada um dos transistores nestas condições em %. 1.3 Explique como é feita a estabilização de amplitude num oscilador em ponte de Wien, justificando. 1.4 Um amplificador tem um ganho de 20. Qual deve ser o factor de realimentação β que pode colocar o amplificador a oscilar. 1.5 Um amplificador tem um ganho de e um polo dominante a 200kHz. O amplificador foi realimentado com um β = Calcule a posição do novo polo do sistema realimentado. II. 6k 100uF V0 Vi 100 ohm C π = 50 pf C µ = 20 pf RL = 6k β = uF 5k -10V 2.1 Desenhe o modelo incremental de baixas frequências do amplificador. 2.2 Calcule a frequência de corte inferior do amplificador pelo método das constantes de tempo. 2.3 Desenhe o modelo incremental de altas-frequências do amplificador. 2.4 Calcule a frequência de corte superior do amplificador pelo método das constantes de tempo. 2.5 Esboce o diagrama de resposta de frequência do ganho do amplificador.

8 III. Considere o seguinte circuito com β=250. Vi Vx V0 R1 R2 RL = 5 ohm 1k 10k -15V 3.1 Desenhe a caracteristica XY de Vi/Vx. 3.2 Qual é o rendimento do andar. Considerando que a saida do ampop tem transistores com VCEsat = 0.3V. 3.3 Calcule o ganho do andar (Vi/Vo). Basei o calculo na teoria da realimentação justificando. 3.4 Como protegia o circuito para eventual curto-circuito na carga. Exemplifique e dimensione o circuito proposto. IV. 4.1 Projecte e apresente um filtro Butterworth passa-baixo de 4ª ordem de ganho unitário com frequência de corte f c = 20 khz, utilizando secções biquadráticas de Sallen-Key. 4.2 Como procederia para transformar este filtro num outro do tipo passa banda. 4.3 Que tipo de aproximação usaria para reduzir a ordem do filtro mantendo as mesmas especificações.

9 INSTITUTO POLITÉCNICO DE TOMAR Departamento de Engenharia Electrotecnica Electrónica II Recurso Data: I. 1.1 A tensão de saída de um oscilador tem um desfasamento na origem de 50º. Qual deve ser o desfasamento introduzido pela malha de realimentação para a entrada. Considere que o amplificador não introduz desfasamento. 1.2 Indique quais as condições necessarias para um andar em push-pull poder ter um rendimento de 78.6%. Qual é a dissipação de potência em cada um dos transistores nestas condições em %. 1.3 Calcule qual deve ser a ordem de um filtro Butterworth para responder ás seguintes especificações: Ap=0.5dB, As=60dB, wp=5khz, ws=10khz. 1.4 Calcule o valor do condensador equivalente de Miller num amplificador com Cµ=30pF e AV= Um amplificador tem um ganho de 1000 e um polo dominante a 200kHz. O amplificador foi realimentado com um β = Calcule a posição do novo polo do sistema realimentado. II. 5k 5k β = 150 Vo V1 2k 2k V2 100k 100k RE = 5k 2.1 Calcule o ganho diferencial e o de modo comum da montagem. 2.2 Calcule o CMRR em db da montagem. Sugira alternativas para aumentar este factor. 2.3 Calcule a resistência de entrada diferencial. 2.4 Calcule o valor da tensão de desvio do amplificador considerando uma precisão nas resistências Rc de 5% e no Is dos transístores de 15%. -15V

10 III. Considere o seguinte circuito com β=250. Vi Vx V0 R1 R2 RL = 5 ohm 1k 10k -15V 3.1 Desenhe a caracteristica XY de Vi/Vx. 3.2 Qual é o rendimento do andar. Considerando que a saida do ampop tem transistores com VCEsat = 0.3V. 3.3 Calcule o ganho do andar (Vi/Vo). Justifique o cálculo com base na teoria da realimentação. 3.4 Como protegia o circuito para eventual curto-circuito na carga. Exemplifique e dimensione o circuito proposto. IV. 4.1 Projecte e apresente um filtro Butterworth passa-baixo de 4ª ordem de ganho unitário com frequência de corte f c = 10 khz, utilizando secções biquadráticas de Sallen-Key. 4.2 Como procederia para transformar este filtro num outro do tipo passa alto. 4.3 Que tipo de aproximação usaria para reduzir a ordem do filtro mantendo as mesmas especificações.

11 INSTITUTO POLITÉCNICO DE TOMAR Departamento de Engenharia Electrotécnica Electrónica II Exame Data: I. 1.1 Calcule o valor da resistencia de entrada de modo comum de um par diferencial a operar com Ic=1mA, β=250 e Re=10kΩ. 1.2 Indique quais as condições necessarias para um andar em push-pull poder ter um rendimento de 78.6%. Qual é a dissipação de potência em cada um dos transistores nestas condições em %. 1.3 Qual deve ser o valor da parte real dos polos de um oscilador sinusoidal no seu arranque. Depois de ter arrancado qual deve ser o seu valor. 1.4 Calcule qual deve ser a ordem de um filtro Butterworth para responder ás seguintes especificações: Ap=0.5dB, As=60dB, wp=1khz, ws=5khz. 1.5 Um amplificador tem um ganho de 1000 e um polo dominante a 200kHz. O amplificador foi realimentado com um β = 0.1. Calcule a posição do novo polo do sistema realimentado. II. +10V 3k 3k β = 350 Vo V1 1k 1k V2 100k 100k RE = 2k -10V 2.1 Calcule o ganho diferencial e o de modo comum da montagem. 2.2 Calcule o CMRR em db da montagem. Sugira alternativas para aumentar este factor. 2.3 Calcule a resistência de entrada diferencial. 2.4 Calcule o valor da tensão de desvio do amplificador considerando uma precisão nas resistências Rc de 2% e no Is dos transístores de 10%.

12 III. +12V R2 V0 100uF R1 Vi 1k Rin 10uF C π = 50 pf C µ = 5 pf β = Dimensione R1, R2 e para termos uma corrente IC=1mA. Considere que R1=R Calcule o ganho do amplificador. 3.3 Calcule a frequência de corte superior e inferior do amplificador pelo método das constantes de tempo. 3.4 Esboce o diagrama de Bode do ganho do amplificador. IV. 4.1 Projecte e apresente um filtro Butterworth passa-baixo de 6ª ordem de ganho unitário com frequência de corte f c = 10 khz, utilizando secções biquadráticas de Sallen-Key. 4.2 Como procederia para transformar este filtro num outro do tipo passa alto. 4.3 Que tipo de aproximação usaria para reduzir a ordem do filtro mantendo as mesmas especificações.

13 Instituto Politécnico de Tomar Engenharia Electrotécnica/ Engenharia Informática Exame de Época Especial de Electrónica II 23/09/2005 Nota: Todas as questões devem ser devidamente comentadas e justificadas. Grupo I 1. (1.5 Val) Calcule o valor do condensador de Miller num amplificador com Cµ=20pF e AV= (1.5 Val) Considere a montagem não inversora com amplificador operacional. O ganho DC do AMP-OP é de 10 4 e o ganho da montagem é de 20. Qual deve ser a frequência do pólo dominante do AMP-OP para que a montagem possua uma largura de banda de 100 khz. 3. (1.5 Val) Dimensione um oscilador em ponte de Wien para que oscile a uma frequência de 5 khz. Explique como pode ser feita a estabilização de amplitude. 4. (1.5 Val) Pretende-se projectar um filtro de ganho unitário com frequência de corte de 5 khz, atenuação máxima da banda passante de 3dB e atenuação mínima da banda de rejeição de 50dB a partir da frequência de 10kHz. Determine a ordem de um filtro Butterworth necessária para que obedeça às especificações desejadas. Qual a atenuação mínima da banda de rejeição resultante? 5. (1.5 Val) Calcule o consumo de potência de um conjunto de 1000 portas lógicas CMOS a operar a 50MHz cada uma com uma carga de saída de 250fF usando uma alimentação de 5V. Grupo II 1. Considere o circuito da figura 5 em que V CC =6V, -V EE =-6V, R C1 =10kΩ, R C2 =11kΩ, R x = 2kΩ, I EE =100 µa, β 1 =100, β 2 =80, I S1 = I S2. A fonte de corrente é ideal. Despreze o efeito de Early. a) (1 Val) Calcule o ganho diferencial e o ganho em modo comum. b) (0.75 Val) Calcule a relação de rejeição de modo comum, CMRR em db. c) (0.75 Val) Determine a tensão de desvio de entrada, a corrente de desvio de entrada e correntes de polarização. V CC v o v i Q1 Rx Q2 Rx I EE -V EE

14 Instituto Politécnico de Tomar Engenharia Electrotécnica/ Engenharia Informática Exame de Época Especial de Electrónica II 23/09/ Considere o seguinte circuito (β=200, RL=8Ω);. R1 5KΩ T5 T4 R3 V o (t) V i (t) T3 R4 Rl 16Ω R2 5kΩ T6-15V a) (1 Val) Determine justificando o valor de v0 quando vi = 0V. Indique, justificando a classe deste andar de saída. b) (1 Val) Qual a função dos transistores T3 e T4? c) (1 Val) Dimensione as resistências R3 e R4 para que a corrente máxima nos transistores de potência seja de 2A. d) (1 Val) Determine a máxima potência de saída do amplificador sem distorção e o seu rendimento nestas condições. (VCEsat=0.3V). 3. Considerar o circuito da figura em que o transístor tem β=100 e VA=100V. V CC 9V v 1 C 1 100µF 20kΩ R 1 R 2 10kΩ R C 2 KΩ R E 1.5kΩ C 2 100µF R L 200Ω C E 33µF

15 Instituto Politécnico de Tomar Engenharia Electrotécnica/ Engenharia Informática Exame de Época Especial de Electrónica II 23/09/2005 a) (0.75 val.) Determine Ponto de Funcionamento em repouso do circuito. b) (0.75 val.) Determinar o ganho na gama média, a resistência de entrada e a resistência de saída. c) (1.25 val.) Determine a frequência de corte inferior do circuito, considerando que a resistência da fonte v 1 é Rg=500. d) (1.25 val.) Se o transístor tiver f T =1GHz e C µ =2 pf, determinar a largura de banda do amplificador. Esboce o gráfico de resposta em frequência do circuito. 4. (2 val.) Projecte e apresente um filtro de Butterwoth passa-baixo de ganho unitário de 3ª ordem com frequência de corte f c = 5 khz.

16 INSTITUTO POLITÉCNICO DE TOMAR Departamento de Engenharia Electrotécnica Electrónica II Trabalhador Estudante Data: Duração: 3:00h I. 1.1 Calcule o valor do condensador equivalente de Miller num amplificador com Cµ=30pF e AV= Indique quais as condições necessarias para um andar em push-pull poder ter um rendimento de 78.6%. Qual é a dissipação de potência em cada um dos transistores nestas condições em %. 1.3 Explique como é feita a estabilização de amplitude num oscilador em ponte de Wien, justificando. 1.4 Calcule qual deve ser a ordem de um filtro Butterworth para responder ás seguintes especificações: Ap=0.5dB, As=60dB, wp=10khz, ws=20khz. 1.5 Um amplificador tem um ganho de 1000 e um polo dominante a 100kHz. O amplificador foi realimentado com um β = 0.2. Calcule a posição do novo polo do sistema realimentado. II. +20V 5k 5k β = 250 Vo V1 2k 2k V2 100k 100k RE = 5k -20V 2.1 Calcule o ganho diferencial e o de modo comum da montagem. 2.2 Calcule o CMRR em db da montagem. Sugira alternativas para aumentar este factor. 2.3 Calcule a resistência de entrada diferencial. 2.4 Calcule o valor da tensão de desvio do amplificador considerando uma precisão nas resistências Rc de 3% e no Is dos transístores de 15%.

17 III. R2 V0 100uF R1 Vi 2k Rin 10uF C π = 30 pf C µ = 3 pf β = Dimensione R1, R2 e para termos uma corrente IC=1mA. Considere que R1=R Calcule o ganho do amplificador. 3.3 Calcule a frequência de corte superior e inferior do amplificador pelo método das constantes de tempo. 3.4 Esboce o diagrama de Bode do ganho do amplificador. IV. 4.1 Projecte e apresente um filtro Butterworth passa-baixo de 6ª ordem de ganho unitário com frequência de corte f c = 20 khz, utilizando secções biquadráticas de Sallen-Key. 4.2 Como procederia para transformar este filtro num outro do tipo passa alto. 4.3 Que tipo de aproximação usaria para reduzir a ordem do filtro mantendo as mesmas especificações.

18 INSTITUTO POLITÉCNICO DE TOMAR Departamento de Engenharia Electrotécnica Electrónica II Exame Data: I. 1.1 Dimensione IC para que a resistência de entrada de um andar em base comum seja de 20 Ω. 1.2 Um transístor exibe uma variação incremental IC = µa para Vbe = 4 mv. Calcule a corrente IC do transístor. 1.3 Um amplificador tem um ganho de 20. Qual deve ser o factor de realimentação β que pode colocar o amplificador a oscilar. 1.4 Num andar em push-pull qual é o nível mínimo de entrada para existir sinal na saída. Como se pode resolver este problema, exemplifique. 1.5 Um amplificador tem um ganho de 1000 e um polo dominante a 100kHz. O amplificador foi realimentado com um β = Calcule a posição do novo polo do sistema realimentado. II. Considere o seguinte circuito: T5 T6 T3 T4 10k Vo 100uF 10k Vi 13k6 2.1 Calcule o ponto de funcionamento do circuito e desenhe o seu modelo incremental. 2.2 Calcule a resistência de saída do andar considerando β = 200, VAp=50V e VAn=100V 2.3 Calcule o valor da resistência de entrada do andar. 2.4 Calcule o ganho do andar.

19 III. R5 T5 R1 T3 R3 β = 200 Vo R2 T4 R4 RL = 8 Ohm T6 Vin -15V 3.1 Dimensione R5 para que tenha uma corrente Ic de 20 ma. Considere Vo = 0V e desconsidere as correntes de base de T5 e T Dimensione R1 e R2 para evitar distorção de cruzamento. 3.3 Dimensione R3 e R4 para evitar sobrecargas de 2A nos transístores de potência. 3.4 Qual a máxima potência de saída do amplificador sem distorção, e o seu rendimento nestas condições. Tenha em conta a queda de tensão em R3, R4 e VCEsat = 0.3V. IV. 2k 100uF V0 Vi 100 ohm C π = 45 pf C µ = 10 pf RL = 10k β = uF 2k -10V 4.1 Desenhe o modelo incremental de baixas frequências do amplificador. 4.2 Calcule a frequência de corte inferior do amplificador pelo método das constantes de tempo. 4.3 Desenhe o modelo incremental de altas frequências do amplificador. 4.4 Calcule a frequência de corte superior do amplificador pelo método das constantes de tempo. 4.5 Esboce o diagrama de resposta de frequência do ganho do amplificador.