Exercícios aula 2 transistores

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Exercícios Aula 2 – Transistores 
BJT 
Exercício 1 
Na Figura 3.4, VCC = 120 V, RC = 20 Ω. Determine a corrente de carga e a perda de potência para as 
seguintes correntes de base (cujas respectivas tensões foram obtidas da curva característica): 
a) IB = 0,6 A ; VCE ≈ 1 V 
b) IB = 0,4 A ; VCE = 2 V 
c) IB = 0,2 A ; VCE = 50 V 
d) IB = 0,0 A ; VCE = VCC 
 
Ic? P=? 
𝑰𝒄 =
𝑽𝑪𝑪 − 𝑽𝑪𝑬
𝑹𝒄
 
a) para IB = 0,6 A ; VCE ≈ 1 V 
𝐼𝑐 =
(120 − 1)𝑉
20 Ω 
= 5,95𝐴 
 
𝑃𝑜𝑛 = 𝑉𝐶𝐸𝐼𝐶 = (1𝑉)(5,95𝐴) = 5,95 𝑊 
b) para IB = 0,4 A ; VCE = 2 V 
𝐼𝑐 =
(120 − 2)𝑉
20 Ω 
= 5,9𝐴 
 
𝑃𝑜𝑛 = 𝑉𝐶𝐸𝐼𝐶 = (2𝑉)(5,9𝐴) = 11,8 𝑊 
 
c) para IB = 0,2 A ; VCE = 50 V 
𝐼𝑐 =
(120 − 50)𝑉
20 Ω 
= 3,5𝐴 
 
𝑃𝑜𝑛 = 𝑉𝐶𝐸𝐼𝐶 = (50𝑉)( 3,5) = 175 𝑊 
 
d) para IB = 0,0 A ; VCE = VCC 
𝐼𝑐 =
(120 − 120)𝑉
20 Ω 
= 0𝐴 
 
𝑃𝑜𝑛 = 𝑉𝐶𝐸𝐼𝐶 = (120𝑉)( 0) = 0 𝑊 
 
Exercício 2 
Na Figura 3.4, VCC = 208 V, RC = 20 Ω, VCE(sat) = 0,9 V, VBE(sat) = 1,1 V e β=10. 
Determine: 
a) IC 
b) IB 
c) a perda de potência no coletor (PC) 
d) a perda de potência na base (PB) 
 
𝑰𝒄 =
𝑽𝑪𝑪 − 𝑽𝑪𝑬
𝑹𝒄
 
 
𝐼𝑐 =
(208 − 0,9)
20Ω
= 10,36 𝐴 
a) 
 
b) 𝛽 = 10 𝛽 =
𝐼𝐶
𝐼𝐵
→ 𝐼𝐵 =
𝐼𝐶
𝛽
=
10,36
10
= 1,04𝐴 
c) 𝑃𝐶 = 𝑉𝐶𝐸(𝑠𝑎𝑡)𝐼𝐶 = 0,9(10,36) = 9,3𝑊 
d) 𝑃𝐵 = 𝑉𝐵𝐸(𝑠𝑎𝑡)𝐼𝐵 = 1,1(1,04) = 1,14𝑊 
𝑃𝐵 < 𝑃𝐶 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exercício 3 
Na Figura 3.4, VCC = 200 V, RC = 20 Ω, tr = 1,0 μs e tf = 1,5 μs. Se a frequência de chaveamento for de 5 
kHz determine: 
a) a perda de energia na passagem de desligado para ligado 
b) a perda de energia na passagem de ligado para desligado 
c) a perda de potência no chaveamento 
 
 
𝐼𝐶 =
𝑉𝐶𝐶
𝑅𝑐
=
200
20
= 10𝐴 
 
a) WSW-ON 
𝑊𝑆𝑊−𝑂𝑁 =
1
6
𝑉𝑐𝑐𝐼𝑐𝑚𝑎𝑥𝑡𝑟 
𝑊𝑆𝑊−𝑂𝑁 =
1
6
(200𝑉)(10𝐴)(1𝜇𝑠) = 333𝜇𝐽 
 
b) WSW-OFF 
𝑊𝑆𝑊−𝑂𝐹𝐹 =
1
6
𝑉𝑐𝑐𝐼𝑐𝑚𝑎𝑥𝑡𝑓 
𝑊𝑆𝑊−𝑂𝐹𝐹 =
1
6
(200𝑉)(10𝐴)(1,5𝜇𝑠) = 500𝜇𝐽 
 
 
c)𝑃𝑆𝑊 = (𝑊𝑆𝑊−𝑂𝑁 + 𝑊𝑆𝑊−𝑂𝐹𝐹)𝑓 
𝑃𝑆𝑊 = (333𝜇𝐽 + 500𝜇𝐽)(5𝑘𝐻𝑧) = 4,17𝑊 
 
MOSFET 
Exercício 4 
Na Figura a fonte de tensão DC Vs = 120 V e a resistência de carga RL = 10 Ω. Os parâmetros do MOSFET 
são tr = 1,5 μS e RDS(ON) = 0,1 Ω. Se o ciclo de trabalho for igual a d = 0,6 e a frequência de chaveamento 
for igual a 25 kHz, determine: 
a) a perda de potência no estado ligado. → Pon 
b) a perda de potência durante o tempo de ligação. → PSW-ON 
 
Vs = 120 V; RL = 10 Ω, d = 0,6, f=25kHz, RDS(ON) = 0,1 Ω. 
a) 𝑃𝑂𝑁 = 𝐼𝐷
2𝑅𝐷𝑆(𝑂𝑁)𝑑 
𝐼𝐷 =
𝑉𝑆
𝑅𝐷𝑆(𝑂𝑁) + 𝑅𝐿
=
120 𝑉
(0,1 + 10)Ω
= 11,88 𝐴 
𝑃𝑂𝑁 = 𝐼𝐷
2𝑅𝐷𝑆(𝑂𝑁)𝑑 = (11,88 𝐴)
2(0,1)(0,6) 
𝑃𝑂𝑁 = 8,47𝑊 
 
b) 𝑃𝑆𝑊−𝑂𝑁 = 𝑊𝑆𝑊−𝑂𝑁𝑓 
tr = 1,5 μS 
𝑊𝑆𝑊−𝑂𝑁 =
1
6
(120𝑉)(11,88)(1,5𝜇𝑠) = 356,4𝜇𝐽 
 
𝑃𝑆𝑊−𝑂𝑁 = (356,4𝜇𝐽)(25𝑘𝐻𝑧) = 8,91 𝑊 
 
Exercício 5 
Um MOSFET tem os seguintes parâmetros IDSS = 2 mA, RDS(ON) = 0,3 Ω, o ciclo de trabalho d = 0,5, ID = 6 A, 
VDS = 100 V, tr = 100 ns , tf = 200 ns. Se a frequência de chaveamento for igual a 40 kHz, determine a 
perda total de potência. 
 
a) 1ro → 𝑃𝑂𝑁 = 𝐼𝐷
2𝑅𝐷𝑆(𝑂𝑁)𝑑 
𝑃𝑂𝑁 = (6 𝐴)
2(0,3Ω)(0,5) = 5,4𝑊 
b) 2do → 𝑃𝑂𝐹𝐹 = 𝑉𝐷𝑆(𝑚𝑎𝑥)𝐼𝐷𝑠𝑠𝑑′ 
𝑃𝑂𝐹𝐹 = (100𝑉)(0,002 𝐴)(0,5) = 0,1 𝑊 
c) 3ro→ 𝑃𝑆𝑊 
 
𝑊𝑆𝑊−𝑂𝑁 =
1
6
𝑉𝐷𝑆(𝑚𝑎𝑥)𝐼𝐷𝑚𝑎𝑥𝑡𝑟 
𝑊𝑆𝑊−𝑂𝐹𝐹 =
1
6
𝑉𝐷𝑆(𝑚𝑎𝑥)𝐼𝐷𝑚𝑎𝑥𝑡𝑓 
𝑊𝑆𝑊 =
1
6
𝑉𝐷𝑆(𝑚𝑎𝑥)𝐼𝐷𝑚𝑎𝑥(𝑡𝑟 + 𝑡𝑓) 
𝑊𝑆𝑊 =
1
6
(100)(6)(100𝑛𝑠 + 200𝑛𝑠) = 30𝜇𝐽 
𝑃𝑆𝑊 = 𝑊𝑆𝑊𝑓 = 30𝜇𝐽(40𝑘𝐻𝑧) = 1,2 𝑊 
𝑃𝑇 = 𝑃𝑂𝑁 + 𝑃𝑂𝐹𝐹 + 𝑃𝑆𝑊 
𝑃𝑇 = 5,4 + 0,1 + 1,2 = 6,7𝑊 
 
 
Exercício 5A 
IDEM 5 com d=0,7 
a) 1ro → 𝑃𝑂𝑁 = 𝐼𝐷
2𝑅𝐷𝑆(𝑂𝑁)𝑑 
𝑃𝑂𝑁 = (6 𝐴)
2(0,3Ω)(0,7) = 7,56 𝑊 
b) 2do → 𝑃𝑂𝐹𝐹 = 𝑉𝐷𝑆(𝑚𝑎𝑥)𝐼𝐷𝑠𝑠𝑑′ 
𝑃𝑂𝐹𝐹 = (100𝑉)(0,002 𝐴)(0,3) = 0,06 𝑊 
 
𝑃𝑆𝑊 = 𝑊𝑆𝑊𝑓 = 30𝜇𝐽(40𝑘𝐻𝑧) = 1,2 𝑊 
𝑃𝑇 = 𝑃𝑂𝑁 + 𝑃𝑂𝐹𝐹 + 𝑃𝑆𝑊 
𝑃𝑇 = 7,56 + 0,06 + 1,2 = 8,82 𝑊 
 
Exercício 5B 
IDEM 5 com d=0,3 
a) 1ro → 𝑃𝑂𝑁 = 𝐼𝐷
2𝑅𝐷𝑆(𝑂𝑁)𝑑 
𝑃𝑂𝑁 = (6 𝐴)
2(0,3Ω)(0,3) = 3,24 𝑊 
b) 2do → 𝑃𝑂𝐹𝐹 = 𝑉𝐷𝑆(𝑚𝑎𝑥)𝐼𝐷𝑠𝑠𝑑′ 
𝑃𝑂𝐹𝐹 = (100𝑉)(0,002 𝐴)(0,7) = 0,14 𝑊 
 
𝑃𝑆𝑊 = 𝑊𝑆𝑊𝑓 = 30𝜇𝐽(40𝑘𝐻𝑧) = 1,2 𝑊 
𝑃𝑇 = 3,24 + 0,14 + 1,2 = 4,58 𝑊 
 
Exercício 6 
Um MOSFET tem os seguintes parâmetros IDSS = 2 mA, RDS(ON) = 0,3 Ω, o ciclo de trabalho d = 0,5, ID = 6 A, 
VDS = 100 V, tr = 100 ns , tf = 200 ns. Se a frequência de chaveamento for igual a 100 kHz, determine a 
perda total de potência. Fazer também para d=0,4 e d=0,6. 
(Para fazer em casa) 
 
 
 
 
 
 
IGBT 
Exercício 4 
Na Figura 3.22, a fonte de tensão é de 220 V e a resistência de carga e 
igual a 5 Ω. 
O IGBT é operado na frequência de 1 kHz. 
Determine, para a pulso, o tempo no estado ligado, caso a potência 
requerida seja de 5 kW. 
ton do ciclo de trabalho (d)? 
P=5kW 
f=1 kHz→ T=1ms 
 
𝑃 =
𝑉𝑜𝑛
2
𝑅𝐿
 
 
𝑉𝑜𝑛 = 𝑉𝑑 =
𝑉𝑡𝑜𝑛
𝑇
 
 
𝑃 =
(
𝑉𝑡𝑜𝑛
𝑇
)
2
𝑅𝐿
 
𝑡𝑜𝑛 = √
𝑃𝑅𝐿𝑇
2
𝑉2
=
𝑇
𝑉
√𝑃𝑅𝐿 =
0,001
200
√(5000)(5) 
 
𝑡𝑜𝑛 = 790,59𝜇𝑠 
 
 
 
 
 
 
 
Exercício 5 
Na Figura, VS = 220 V, RL = 10 Ω, fSW = 1 kHz e d = 0,6. Se o IGBT tiver 
seguintes dados: 
*ton=2,5μs; *toff=1 μs; VCE(sat) =2,0 V 
*tr=2,5μs; *tf=1 μs; VCE(sat) =2,0 V 
* devido ao gráfico 
 
 
 
Calcular 
a) a corrente média na carga 
𝐼𝐶 =
𝑉𝑠 − 𝑉𝐶𝐸(𝑠𝑎𝑡)
𝑅𝐿
=
220 − 2
10
= 21,8𝐴 
𝐼𝐶(𝑎𝑣𝑔) = 21,8(𝑑) = (21,8)(0,6) = 13,08 𝐴 
b) as perdas na condução 
𝑃𝑐𝑜𝑛𝑑 = 𝑉𝐶𝐸(𝑠𝑎𝑡)𝐼𝐶(𝑎𝑣𝑔) = 2(13,08) = 26,16 𝑊 
 
c) as perdas de potência durante o tempo de ligação 
𝑊𝑆𝑊−𝑂𝑁 =
1
6
𝑉𝐶𝐸(𝑚𝑎𝑥)𝐼𝐶𝑚𝑎𝑥𝑡𝑟 
𝑊𝑆𝑊−𝑂𝑁 =
1
6
(220)(21,8)(2,5𝜇𝑠) = 2𝑚𝐽 
𝑃𝑆𝑊−𝑂𝑁 = (𝑊𝑆𝑊−𝑂𝑁)𝑓 = 2𝑚𝐽(1𝑘𝐻𝑧) = 2 𝑊 
d) as perdas de potência durante o tempo de desligamento 
𝑊𝑆𝑊−𝑂𝐹𝐹 =
1
6
𝑉𝐶𝐸(𝑚𝑎𝑥)𝐼𝐶𝑚𝑎𝑥𝑡𝑓 
𝑊𝑆𝑊−𝑂𝐹𝐹 =
1
6
(220)(21,8)(1𝜇𝑠) = 0,8𝑚𝐽 
𝑃𝑆𝑊−𝑂𝐹𝐹 = (𝑊𝑆𝑊−𝑂𝐹𝐹)𝑓 = 0,8𝑚𝐽(1𝑘𝐻𝑧) = 0,8 𝑊