ELETRÔNICA DE POTÊNCIA

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ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
Circuitos elétricos
1. 
Quando se pensa em circuitos elétricos, logo vem a imagem de condutores, lâmpadas, tomadas e tantos outros elementos. Porém se não houvesse o conhecimento das grandezas elétricas, de nada adiantaria ter todos esses elementos físicos. Nas alternativas apresentadas abaixo, assinale aquela que contenha somente grandezas elétricas.
B. 
Corrente, potência, resistência e tensão.
2. 
As correntes que circulam nos circuitos elétricos são a corrente alternada (CA) e a corrente contínua (CC). Ambas são provenientes de geradores e fontes de alimentação. Dentre as opções abaixo, assinale a alternativa correta que contemple a definição de corrente alternada e corrente contínua relacionadas:
C. 
A fonte de alimentação CC mantém sempre a mesma polaridade e intensidade, de forma que a corrente no circuito tem sempre o mesmo sentido. Já no gerador CA, a tensão muda de polaridade em períodos bem definidos, de forma que a corrente no circuito circula em um sentido e depois em outro sentido.
3. 
Uma das grandezas elétricas envolvidas nos circuitos elétricos é a potência elétrica. Abaixo, há três afirmativas relativas à potência elétrica:
I - A potência elétrica P está associada à quantidade de energia elétrica ΔW desenvolvida num intervalo de tempo Δt por um dispositivo elétrico.
II - A potência elétrica é definida como sendo a quantidade de carga elétrica Q que uma fonte de tensão V pode fornecer ao circuito num intervalo de tempo Δt.
III - A potência elétrica corresponde à corrente elétrica I fornecida pela fonte de alimentação V ao circuito elétrico.
Assinale a alternativa que corresponda às afirmações verdadeiras:
E. 
Afirmativas I, II e III.
4. 
A corrente elétrica presente em um circuito elétrico tem um valor numérico e uma direção associados a ela. A corrente elétrica é medida por meio da taxa de variação de cargas em movimento que passam por determinado ponto em uma direção específica. Dessa forma, tem-se a resposta da corrente elétrica de diversas formas gráficas. Os gráficos apresentados representam algumas respostas da corrente elétrica de acordo com a sua função. Escolha a alternativa que relaciona o tipo de corrente de acordo com a sua representação gráfica, obedecendo à sequência numérica dos gráficos.
​​​​​​​​​​​​​​
B. 
Contínua, senoidal, exponencial, senoide amortecida e instantânea.
5. 
Em uma instalação elétrica residencial, há diversos equipamentos elétricos conectados. Considerando que se tem um aquecedor elétrico cujo valor de corrente é de 10A e a tensão de alimentação desse equipamento é de 220V, qual será o valor da potência e da resistência desse aquecedor?
D. 
2.200W e 22Ω.
Circuitos CA
1. 
O valor eficaz, Vef, ou, como também é conhecido, Vrms, de uma tensão ou corrente alternada corresponde ao valor de uma tensão ou corrente contínua que, se aplicado a uma resistência, faria com que ela dissipasse a mesma potência média caso fosse aplicada essa tensão alternada.
Qual alternativa apresenta corretamente o valor, respectivamente, de pico a pico e eficaz do gráfico de tensão?
C. 
Vpp=1.000V e Vrms=353,55V.
2. 
Um capacitor se comporta como um circuito aberto em corrente contínua e como uma impedância em corrente alternada. Se a frequência da tensão for muito alta, ele se comporta como um curto-circuito.
Uma tensão senoidal de 127cos(380t+60)Vrms é aplicada sobre um capacitor de capacitância igual a 50μF.
Qual é o valor da corrente?
E. 
î =2,41∠-150A
3. 
A corrente alternada é a corrente elétrica na qual a intensidade e a direção variam ciclicamente com o passar do tempo, diferentemente da corrente contínua (CC), que tem direção bem definida e não varia com o tempo.
Assinale a alternativa que apresenta corretamente a impedância e a corrente do circuito representado na figura.
​​​​​​​
C. 
Î=0,0098∠-88,39A
4. 
Nos circuitos que são atravessados por corrente contínua, a resistência é definida como a tensão sobre a corrente. Assim, a corrente é calculada por meio da Lei de Ohm. Já em corrente alternada, a relação entre tensão e corrente é feita usando fasores, e o resultado encontrado é um número complexo, porém esse número não é um fasor.
Considerando esse contexto, analise as seguintes afirmativas:
I. A reatância pode ser positiva ou negativa.
II. A impedância, a reatância e a resistência são todas medidos em Ohms.
III. Materiais que são isolantes ou dielétricos têm resistência alta; assim, apresentam alta condutância.
IV. A unidade de medida tanto da condutância quanto da susceptância é o Siemens (S).
É correto o que se afirma em:
C. 
I, II e IV.
5. 
Um indutor apresenta indutância e resistência elétrica devido à resistividade do fio do indutor. Em um indutor ideal em série com um resistor, a corrente encontra dois tipos de oposição: a reatância indutiva e a resistência elétrica do fio.
Considere um circuito RL em série com R=50Ω e L=5mH operando na frequência de 2kHz. O diagrama de impedância desse circuito é mostrado na figura.
​​​​​​​​​​​​​​
Qual alternativa apresenta corretamente o valor de X?
A. 
62,8.
1. 
Por meio de uma fonte CC de 38V, deseja-se acionar uma carga com L = 275mH e R = 8Ω. Para isso, será utilizado um inversor monofásico em ponte H com modulação por largura de pulso.
Com o intuito de dimensionar as chaves comutadoras, qual será a corrente média que circulará pela carga, considerando um ciclo de trabalho de 0,7?
B. 
1,9A.
2. 
Um engenheiro está projetando um circuito inversor e está tendo problemas com a corrente do indutor, que não descarrega entre um ciclo e outro. Qual o artifício utilizado para descarregar a corrente da parte indutiva da carga RL?​​​​​​​
C. 
Diodo em paralelo com cada comutador do inversor.
3. 
Por meio de uma ponte monofásica de fase controlada, construída com SCR, é fornecido sinal de tensão de 60Hz e 32V de pico para um eletroímã supercondutor. A indutância no eletroímã é de 1,2mH, e a resistência do eletroímã mais os condutores que o alimentam é de 12,5mΩ. Calcule qual será a tensão CC para um ângulo de carga de 115º. Em seguida, marque a alternativa correta.
E. 
- 8,61V.
4. 
Utiliza-se um inversor de tensão em ponte H com PWM para controlar a velocidade de um motor de indução. Considerando que esse inversor esteja sendo alimentado por uma rede AC 127V e que se utilize um retificador ideal para transformar a tensão da rede em um sinal contínuo (desconsidere as perdas no retificador), qual será o valor do ciclo de trabalho para entregar uma tensão média de 90V a esse motor de indução?
B. 
0,751.
5. 
Um motor CC é utilizado para controlar uma esteira em uma indústria de caixas de papelão. Esse motor é alimentado com tensão CC de 24V por uma ponte monofásica de fase controlada.
Considerando que a ponte está sendo alimentada por uma rede monofásica alternada de 220V, qual é o ângulo de disparo utilizado nessa ponte?
D. 
83⁰. ​​​​​​​
Eletrônica de potência: Caracterização; Aplicações
1. 
A eletrônica de potência teve um grande crescimento a partir do fim do século XX, estando presente em praticamente todas as situações do cotidiano. Qual foi o maior motivo para a evolução da eletrônica de potência?
C. 
Maior complexidade dos dispositivos eletrônicos.
2. 
Considerando os circuitos dos exemplos, repita-os para uma fonte de 10 V e uma carga resistiva de 10 Ω de tensão nominal 2 V. Percentualmente, qual é a potência desperdiçada no divisor resistivo?​​​​​​​
D. 
80%.
3. 
O tiristor é um dispositivo de chaveamento semicontrolado. Em quais condições ele deixa de conduzir?
B. 
Quando a corrente circulando por seu anodo e catodo é menor que a corrente de sustentação.
4. 
Os dispositivos da eletrônica de potência tem como uma das principais características a conversão de energia elétrica em energia elétrica. Em uma fonte chaveada quantos processos de conversão de energia estão presentes?
D. 
Quatro.
5. 
Um inversor de frequência tem a função de transformar energia elétrica em corrente contínua em energia elétrica em corrente alternada. Deacordo com o diagrama de blocos, qual a função do controlador no inversor de frequência em ponte completa?
E. 
Chavear os componentes da ponte H formando um sinal alternado em sua saída.
1. 
Nas bandas de energia, os elétrons recebem uma quantidade de energia e saem do átomo, tornando-se um elétron livre. Qual é o caminho percorrido por esse elétron quando se torna livre?
C. 
Banda de valência para banda de condução.
2. 
Na dopagem de semicondutores, são utilizados átomos trivalentes e pentavalentes. Quais são as características desses átomos?
D. 
Possuem, respectivamente, três e cinco elétrons na camada de valência.
3. 
O que são semicondutores intrínsecos?​​​​​​​
B. 
São materiais que já são encontrados com propriedades semicondutoras.
4. 
Analise as afirmativas a seguir e indique quais estão corretas.
I - Os elétrons de valência estão localizados nos núcleos dos átomos.
II - O cobre possui um elétron de valência.
III - Nos condutores, os elétrons de valência são fortemente atraídos pelos núcleos.
IV - Os portadores de corrente nos condutores são os elétrons de valência.
V - Nos isolantes, os elétrons de valência são fracamente atraídos pelos núcleos.
B. 
Apenas as afirmativas II e IV estão corretas.
5. 
Analise as afirmativas a seguir e indique quais estão corretas.
I - O silício é um condutor.
II - O germânio possui quatro elétrons de valência.
III - O cristal de silício é formado por ligações covalentes.
IV - Aquecer o semicondutor silício fará com que sua resistência aumente.
V - O silício intrínseco, em temperatura ambiente, atua como isolante.
E. 
Apenas as afirmativas II, III e V estão corretas.
Aplicação de dispositivos de potência e controle
1. 
Circuitos eletrônicos de potência têm como função a conversão da potência elétrica para valores nominais dos equipamentos. Dada a classificação, assinale a alternativa correta.
A. 
Conversores com entrada CA e saída CC são conhecidos como retificadores e transferem a potência média CA para a carga CC.
2. 
Hoje, os conversores são utilizados em diversas aplicações com uma ampla faixa de potência. Quanto a isso, assinale a alternativa correta.
B. 
O controle de velocidade de um motor de indução ou o controle de luminosidade (dimmer) são exemplos do uso de conversores de tensão CA.
3. 
Assinale a alternativa correta quanto às chaves eletrônicas ideais.
E. 
Os dois estados possíveis de uma chave eletrônica são caracterizados por um curto-circuito e um circuito-aberto.
4. 
Assinale a alternativa correta quanto às chaves eletrônicas.
A. 
O diodo, em condução ou ligado (polarização direta), tem sua tensão de ânodo é maior que a de cátodo.
5. 
Assinale a alternativa correta quanto às especificações das chaves utilizadas pelo circuito de potência.
D. 
A tensão e a corrente de acionamento em dispositivos de grande potência podem chegar ao ponto de serem tão altas que as perdas do comando se tornam significativas, incrementado o custo do circuito de comando e podendo, inclusive, ultrapassar o valor do próprio dispositivo.
Dispositivos e circuitos de controle
1. 
No datasheet de componentes, é possível encontrar dados sobre o comportamento do dispositivo quando submetido a testes. Analise a figura a seguir e assinale a resposta correta.​​​​​​​
E. 
​​​​​​​No circuito de teste RG, é utilizado para carga e descarga das capacitâncias Cgs e Cgd. Em uma situação hipotética, em que o resistor RG estivesse sendo utilizado apenas para o momento tON, o tempo de tOFF aumentaria.
2. 
Sobre aplicação de controle de potência em cargas C.A. em 60Hz, por ciclo integral e por ângulo de fase, assinale a alternativa correta​​​​​​.
A. 
​​​​​​​Para células resistivas de aquecimento, é aplicável o controle por ciclo integral, visto que flutuações de tensão não são fatores que influenciam no calor médio emitido.​​​​​​
3. 
Para realizar o controle de potência em uma carga resistiva de 7Ω, é utilizado controle por ciclo integral. A alimentação é dada por uma rede de 127 V_C.A_RMS. Qual será o ciclo de trabalho e o valor de T_ON para fornecer 700 W para essa carga?
C. 
D = 0,3; T_ON = 3 ciclos.
4. 
Para uma carga resistiva de 3Ω, deseja-se controlar a potência utilizando controle por ângulo de fase. A alimentação é dada pela rede 220 V_CA_RMS. Qual será o ângulo de disparo considerando que a potência requerida na carga é de 1 kW? Calcule também o fator de potência para esse sistema.​​​​​​​
D. 
α = 140,77⁰; FP = 0,249.
5. 
Um controlador de potência por ângulo de fase é utilizado para controlar a potência de um motor, que será considerado aqui como uma carga RL, onde R = 10 Ω e L = 20 mH. Deseja-se manter uma potência média de 300 W no motor. Qual será o ângulo de retardo para o circuito de controle para uma tensão de alimentação de 220 V_CA_RMS?​​​​​​​
B. 
α = 131,8⁰.
Conversor CC–CC
1. 
Você é um projetista de circuitos conversores CC-CC​​​​​​​ lineares e baixadores de tensão, e um cliente solicitou um dispositivo que, a partir de uma alimentação de 12V, obtenha uma tensão menor com a maior eficiência possível.
A partir da equação de rendimento deste circuito, quais parâmetros devem ser mínimos para que a eficiência seja maior?
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C. 
Diminuição da tensão VCE.
2. 
Existe um equipamento eletrônico que apresenta problemas na sua tensão de referência que é de -5V, mas somente há disponível uma tensão de +12V nas proximidades do equipamento. Você deve selecionar um dispositivo conversor CC-CC para substituição e manter o seu correto funcionamento.
Sabendo que o conversor em questão deve alimentar a carga, isto é, a corrente vai em sentido do conversor para a carga, em qual quadrante de tensão e corrente deverá trabalhar o conversor CC-CC​​​​​​​?
D. 
Quarto quadrante.
3. 
Você é um engenheiro projetista e está desenvolvendo um conversor CC-CC tipo buck, no qual já foram definidos alguns parâmetros, mas ainda é necessário calcular outros. Já foram definidas: a tensão de entrada Vs = 10V, a tensão média de saída Va = 5V, a resistência de carga R = 470Ω, a ondulação da tensão de saída Va= 25mV, a frequência de chaveamento f = 20kHz e a ondulação de corrente no indutor de 0,5A.
Qual é o valor do indutor e do capacitor para que este circuito trabalhe nessas condições?
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​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​
A. 
C = 125μF e L = 250μH.
4. 
Você foi encarregado de parametrizar um conversor CC-CC​​​​​​​ tipo boost, cuja tensão de entrada é Vs = 12V, e a tensão média de saída Va = 24V, cuja corrente média de saída na carga é de Ia = 0,75A e a frequência de chaveamento é f = 20kHz, com um valor de capacitor C = 300μF e L = 1,2mH.
Qual é o ciclo de trabalho, a ondulação de corrente no indutor e a ondulação da tensão no capacitor?
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A. 
k = 50%; ΔI = 0,25A; ΔVc = 0,0625V.
5. 
Sendo o mesmo circuito conversor CC-CC tipo boost que foi parametrizado no exercício 4 (Vs = 12V, Va = 24V, Ia = 0,75A, f = 20kHz, C = 300μF e L = 1,2mH).
Quais são os valores críticos (valores mínimos) de Lcr e Ccr para que não apresente descontinuidades nas formas de onda do circuito?
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B. 
Ccr = 0,39μF e Lcr = 100μH.
Fundamentos da Modulação
1. 
Um sinal elétrico de tensão senoidal pode transportar informação por meio de um processo conhecido como modulação.
Como se caracteriza o processo de modulação?
D. 
Aplicação de um sinal modulante sobre um sinal de portadora.
2. 
Existem diversos tipos de sinais e formas de propagá-los. Em comunicação de dados, os sinais modulantes têm alguns meios nos quais são transmitidos, cada um com suas características.
Quais são os meios em que um sinal modulante pode se propagar?
E. 
Par de fios, cabo coaxial e ondas eletromagnéticas.
3. 
O processo de modulação discreta se dá pela substituição dos parâmetros de uma portadora pela função discreta do fluxo de bits.
Marque a opção que representa os três parâmetros que podem ser modulados:
B. 
Amplitude, frequência e fase.
4. 
As técnicas mais modernas de modulação envolvem modulaçãomista, modulando simultaneamente mais do que um dos tipos básicos de modulação, que são: ASK, FSK e PSK.
Marque a opção que representa os tipos de modulação que, quando utilizados simultaneamente, dão origem à modulação QAM:
C. 
ASK e PSK
5. 
A modulação PSK, ou por chaveamento de fase de uma portadora, define os símbolos a partir de trechos de sinal da portadora com determinada fase e tem diferentes esquemas de modulação.
Marque a opção referente aos esquemas de modulação PSK:
A. 
BPSK, QPSK e 8PSK.
Sinal PWM com microcontrolador
1. 
O controle de potência é importante, pois permite alterar o funcionamento da carga acionada.
Qual é a principal vantagem oferecida pela modulação por largura de pulso (PWM) utilizada pelos sistemas microcontrolados?
C. 
Permite regular a tensão utilizando os mesmo níveis lógicos.
2. 
O segredo de um bom microcontrolador está em proporcionar grande flexibilidade, além do poder de processamento com custos, tamanho, consumo e preços mais reduzidos. Assim, é prática comum o compartilhamento de funções entre diferentes módulos com mecanismos de operação similares ou complementares.
Para produzir um sinal de PWM simples, um microcontrolador deve dispor principalmente de:
A. 
temporizadores.
3. 
Considere um microcontrolador com ciclo de máquina de 4 pulsos rodando com um oscilador de 20MHz e registradores de 8 bits.
Qual será a menor frequência possível para um sinal de PWM caso a contagem do temporizador associado seja escalável em até 64 vezes?
A. 
305Hz.
4. 
Considerando o PIC16F877A, que utiliza temporizador Timer 2 de 8 bits e módulo CCP com PWM de 10 bits, operando com clock de 4 MHz, determine qual dos algoritmos a seguir produzirá um PWM com ciclo de trabalho de 30% e frequência de 2kHz?
A. 
TRISC2 = 0;
PR2 = 124;
CCPR1L = 37;
CCP1CONbits.CCP1X = 1;
CCP1CONbits.CCP1Y = 0;
T2CONbits.T2CKPS = 0b01;
T2CONbits.TMR2ON = 1;
CCP1CONbits.CCP1M = 0b1111;
5. 
A partir de um PWM, a depender da carga, a intensidade percebida será similar a de uma tensão constante de valor médio equivalente ao PWM produzido. A partir do código de configuração a seguir, considerando um PIC16F877A, com clock de 20MHz e alimentação de 5V, determine a tensão média esperada na carga e qual a frequência do sinal gerado.
PR2                 = 99;
CCPR1L          = 70;
CCP1X            = 0;
CCP1Y            = 0;
TRISC2           = 0;
T2CONbits.T2CKPS    = 0b00;
TMR2ON              = 1;
CCP1CONbits.CCP1M   = 0b1100;
A. 
3,5V e 50kHz.
1. 
Você precisa de um sistema de alimentação reserva para o seu circuito de controle, caso aconteça uma queda de energia elétrica. O seu circuito é alimentado com uma tensão de 3,3V e consome 5W. Você tem uma bateria de 1V e está desenvolvendo um conversor Ćuk para realizar a adequação da tensão da bateria para o seu sistema. E definiu que a frequência de comutação de 100kHz e o modo de condução contínuo são adequados para sua aplicação.
O circuito de controle é muito suscetível à ruídos. Por esse motivo, o engenheiro deve dimensionar corretamente seu filtro de saída (L2  e Co). Para isso, ele determinou que a ondulação de corrente é de 5% e a ondulação de tensão será de 2% da tensão média de saída. Qual das combinações a seguir atende as especificações do engenheiro? Assinale a alternativa correta.
A. 
342 µH e 1,5 µF.
2. 
Você precisa de um sistema de alimentação reserva para o seu circuito de controle, caso aconteça uma queda de energia elétrica. O seu circuito é alimentado com uma tensão de 3,3 V e consome 5 W. Você conta com uma bateria de 12 V e está desenvolvendo um conversor Ćuk para realizar a adequação da tensão da bateria para o seu sistema. E definiu que a frequência de comutação de 100 kHz e o modo de condução contínuo são adequados para sua aplicação.
A fonte de alimentação conta com restrições quanto a ondulação de corrente que será drenada dela. Sendo que o valor máximo da ondulação deve ser de 5%. A tensão fornecida por essa fonte é de 12 V.
Se o conversor que será utilizado na sua saída é o conversor Ćuk, qual a indutância de entrada deste conversor para que o seu funcionamento não prejudique a fonte de alimentação? Assinale a alternativa correta.
A. 
1,24 mH.
3. 
Você precisa de um sistema de alimentação reserva para o seu circuito de controle, caso aconteça uma queda de energia elétrica. O seu circuito é alimentado com uma tensão de 3,3 V e consome 5 W. Você possui uma bateria de 12 V e está desenvolvendo um conversor Ćuk para realizar a adequação da tensão da bateria para o seu sistema. E definiu que a frequência de comutação de 100 kHz e o modo de condução contínuo são adequados para sua aplicação.​​​​​
O capacitor que realiza a transferência de energia deve ser bem dimensionado, uma vez que seu mal funcionamento pode prejudicar a vida útil do conversor. Qual será a capacitância e a tensão média do capacitor de transferência, sendo que a ondulação de tensão é igual à 10%?​​​​​​​ Assinale a alternativa correta.
C. 
2,2 µF e 15,3 V.
4. 
Você precisa selecionar um transistor para o circuito a seguir. Sabendo que o conversor está operando no modo contínuo, qual das tensões abaixo é adequada para o interruptor?
Considere uma margem de segurança de 50%.
​​​​​​​
B. 
60 V.
5. 
O conversor do circuito a seguir está operando com uma frequência de comutação de 50 kHz no modo de condução contínuo. Qual valor da razão cíclica para que o conversor opere no modo de condução descontínuo?
​​​​​​​
E. 
Não é possível a operação do conversor em condução descontínua.
Princípios de funcionamento dos conversores estáticos
1. 
Os retificadores convertem corrente alternada em corrente contínua.
Considerando o retificador de meia-onda da figura em anexo, determine a tensão e a corrente aproximadas que deverão ser suportadas pelo diodo.
​​​​​​​
A. 
311V e 6,22A.
2. 
Ao passar por um conversor, parte da potência fornecida pela fonte é consumida pelo circuito de conversão, reduzindo a eficiência do sistema.
Qual é a eficiência do circuito de retificação em ponte da imagem em anexo? Considere 0,7V de queda de tensão em cada diodo.
​​​​​​​​​​​​​​
A. 
98,83%.
3. 
Conversores de CA-CA são também conhecidos como cicloconversores e podem alterar a frequência e a tensão eficaz/média de um sinal.
Calcule a tensão média para um cicloconversor que utiliza uma ponte de tiristores com gatilho em 60° e é alimentado por uma tensão eficaz de 220V.​​​​​​​
A. 
99,02V.
4. 
Conversores do tipo CC-CC utilizam técnicas de chaveamento para modificar a tensão média de saída. Dentre as técnicas existentes, a modulação por largura de pulso é uma das mais utilizadas. Nela, é selecionada uma frequência de chaveamento em que os intervalos ligado e desligado podem ser diferentes para alterar o percentual de tensão fornecida.
Um PWM pode ser criado com o uso de transistores que recebem uma tensão contínua de entrada e pulsos na base ou porta para controlar os momentos de corte e saturação.
Considerando o circuito da imagem abaixo, em que um MOSFET é chaveado a partir de um microcontrolador, em conjunto com um indutor em série e um capacitor em paralelo, determine o intervalo de tempo ligado do MOSFET chaveado em uma frequência de 10kHz, para que a tensão de saída seja de 30% da entrada. 
​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​
A. 
30µs.
5. 
Os circuitos de conversão CC-CC tipo Buck e Boost sempre possuem um diodo, em paralelo com o conjunto de chave-eletrônica e corrente.
Caso o diodo fosse removido, um conversor ideal funcionaria? E um conversor real?
A. 
Somente um circuito com componentes ideais funcionaria.