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1 Prof: Henrique Marin v. d. B. Campos Disciplina: Eletrônica Aluno: Emir Cordeiro – Matrícula – 201601284039- Turma- 3001 LISTA DE EXERCÍCIOS 1 – DIODO E APLICAÇÕES 1) Num diodo de junção p-n, conforme a Figura abaixo, responda o que se pede: a) Qual terminal (esquerda ou direita) corresponde ao anodo? R: O terminal que corresponde ao anodo é o da esquerda “p”. b) Qual terminal (esquerda ou direita) corresponde ao cátodo? R: O terminal que corresponde ao catodo é o da direita “n”. c) Para a polarização direta deve ser aplicado o terminal positivo da bateria no cátodo e o terminal negativo no anodo. Esta afirmação está correta? R: Não. Para ligação direta, deve-se ligar o positivo no terminal do anodo e o negativo no terminal do catodo. d) Para a polarização reversa deve ser aplicado o terminal positivo da bateria no cátodo e o terminal negativo no anodo. Esta afirmação está correta? R: Correto. A ligando-se o positivo no polo do catodo, uma vez sendo polo negativo, e ligando o negativo no anodo, uma vez sendo o polo positivo, vc irá realizar uma polarização inversa. 2 2) O diodo semicondutor é um componente eletrônico baseado numa junção p-n. Observe a curva característica de corrente versus tensão (I x V) e responda. a) O diodo é um dispositivo que conduz corrente em apenas um sentido, independentemente do valor de tensão aplicado sobre ele. Esta afirmação é falsa ou verdadeira? Justifique. R: Sim, ele conduz corrente elétrica apenas em um sentido. Porem ele depende sim de um mínimo de tensão para este efeito. Ele atua como uma chave liga desliga, mas para isso acontecer, é necessário que ele sofra o rompimento de seu dielétrico, para casos de eletrodo de silício, o valor de tensão a ser rompido é de 0,7V, para o de germânio é de 0,5V. b) O diodo apresenta uma região de condução quando polarizado reversamente, denominada de região de avalanche ou zenner. O que ocorre com a tensão nesta região? R: É nessa região que ocorre a Disrupção. Este efeito ocorre quando o campo eléctrico na região de depleção se torna tão intenso que é capaz de quebrar as ligações covalentes e gerar pares electrão-lacuna. Estes portadores são transportados pelo campo eléctrico e atravessam a junção. São estes novos portadores que suportam a corrente inversa em excesso. Quando o efeito começa consegue-se gerar um grande número de portadores sem que isso provoque um aumento significativo da tensão da junção. Por este motivo, a corrente inversa é determinada pelo circuito 3 externo. Disrupção por efeito de avalanche este efeito ocorre quando os portadores minoritários que atravessam a junção por efeito do campo eléctrico ganham energia cinética suficiente para quebrar as ligações covalentes dos átomos com os quais colidem. Os portadores libertados desta maneira podem eles próprios adquirir energia suficiente para libertar outros portadores por efeito de uma nova colisão ionizadora. Este processo é análogo à criação de uma bola de neve e por isso se designa por efeito de avalanche. 3) Observe os circuitos abaixo e responda o que se pede. Considerar que o diodo é substituído por uma bateria de 0,7 V quando polarizado diretamente (modelo simplificado). a) Calcule a corrente I. 𝑬 − 𝑽𝑫 − 𝑽𝑹 = 𝟎 12 – 0,7 – (RxI) = 0 11,3 = 10xI IR = 1,3 A = ID = IT b) Calcule a corrente I. -E + VD – VD + VR = 0 - E = - VR E = VR 10 = RxI 10 = 10xI I = 1 A 4) Considere o circuito abaixo, que é uma aplicação do diodo em CC. Calcule a corrente ID e a tensão Vo. 4 V0 = 2,2. 10³.i1 - 4V -20V – VD1 + VD2 + 2,2. 10³.ID – 4V = 0 - 20 – 0,3 + 0,7 + 2,2. 10³.Id – 4 = 0 -23,60 = - 2,2. 10³.ID ID = 23,60 / 2,2. 10³ ID = 10,73.10-³ ou 10,73 mA Vo = VR - V Vo = (2,2. 10³ x 10,73.10-3) - 4 Vo = 19,60 V 5) A partir do circuito abaixo, considerar a tensão de 10 V CC aplicada para obter a tensão Vo e a corrente ID. -10 + VD + 2. 10³.It + 2.10³ It - 2.10³ It = 0 - 10 + 0,7 + 2. 10³.It = 0 5 - 9,3 = - 2.10³ It It = 4,65.10-3 ou 4,65 mA Vo = 2. 10³.It Vo = 2. 103 x 4,65.10-3 Vo = 9,3V 6) Considere o circuito abaixo, adotando o modelo simplificado para o diodo de silício. Utilize o método de análise CC para determinar o que se pede: a) Qual o circuito equivalente do diodo neste caso? b) Calcule a tensão no resistor (VR). - E + VD + VR = 0 - 20 + 0,7 + VR = 0 VR = 19,3 V c) Calcule a corrente no resistor (IR)? VR = IR x R = 19,3 = IR x 4,7.10³ IR = 19,3/4,7.10³ IR = 4,11 .10³ ou 4,11 mA 6 d) Calcule a corrente no diodo (ID). ID = IR ID = 4,11 mA 7) Considerar o retificador de meia onda alimentando uma carga resistiva, conforme a figura. Considerar os parâmetros da Tabela 1. Tabela 1 - Especificações Parâmetro Valor Valor eficaz da tensão de entrada (Vef) 15 V Frequência da tensão de entrada (f) 60 Hz Resistência de carga (R) 5 Ω Vef = 15V F = 60Hz Vef = Vp/√2 Vp = √2 x Vef Vp = √2 x 15 Vp = 21,21 V a) Considerando o modelo simplificado do diodo, calcule a tensão média no resistor. Vrmédia = Vo + Vr = Vt Vrmédia = (0,318 x Vp) – Vk Vk = (VD) Vrmédia = (0,318 x 21,21) – 0,7 Vrmedia = 6,522 V 7 b) Considerando o modelo simplificado do diodo, calcule a tensão eficaz no resistor. Vref = (Vp – Vk) / 2 Vref = (21,12 – 0,7) / 2 Vref = 10,255 V c) Considerando o modelo ideal do diodo, calcule a tensão média no resistor. Vrmedio.r = 0,318. Vp Vrmedio.r = 0,318 x (21,21) Vrmedio = 6,745 V d) Considerando o modelo ideal do diodo, calcule a tensão eficaz no resistor. Vefr = Vp/2 Vefr = 21,21/2 Vrfr = 10,605 V – diodo ideal e) Adote o modelo ideal e calcule a tensão de pico inversa (VPI) no diodo. Vdp = 2 x Vp Vdp = 2 x 21,21 Vdp = 42,42V f) Adote o modelo ideal e calcule a corrente média e eficaz no resistor. Obs.: usei a lei de ohm para calcular as correntes (𝐼𝑅𝑚𝑒𝑑 = 𝑉𝑅𝑚𝑒𝑑 𝑅 ). Ir médio = Vrmédio/R = (0,318 x Vp) / 5 Irmedio =(0,318*21,21) / 5 Irmedio = 1,349 A 8 Iref = (Vp / 2) / R Iref = (21,21 / 2) / 5 Iref = 2,121 A 8) Para o circuito do retificador de onda completa com transformador de dois enrolamentos com ponto médio, calcular o que se pede considerando as especificações da Tabela 2. Adotar o modelo ideal do diodo. Tabela 2 – Especificações Parâmetro Valor Valor eficaz da tensão no enrolamento primário (Vef1) 127 V Valor eficaz da tensão no enrolamento secundário (Vef2) 30 V Frequência da tensão de entrada (f) 60 Hz Resistência de carga (R) 1 kΩ Vef 1º = Vp / 2 Vef 2º = Vp / 2 Vp 1º = 127 x √2 Vp 2º = 30 x √2 Vp 1º = 254 V Vp 2º = 60 V a) tensão média na carga (𝑉𝐿𝑀𝐸𝐷). Vrmédio = 0,636 x Vp = 0,636 x 60 = 38,16 V b) tensão eficaz na carga (𝑉𝐿𝐸𝐹). Vef = 0,707 x (Vp) = 0,707 x 60 = 42,42 V 9 c) corrente média na carga (𝐼𝐿𝑀𝐸𝐷). Irmedio = Vrmedio / R Irmedio = 38,16 / 1.10³ Irmedio = 38,16.10-3 ou 38,16 mA d) corrente eficaz na carga (𝐼𝐿𝐸𝐹). Iefr = Vefr / R Iref = 42,42 / 1.10³ Iref = 42,42 mA e) a tensão de pico inversa (máxima) suportada pelo diodo (𝑉𝐷𝑝). VDp = Vp Vp = 60 V VDp = 60 V 9) Para o circuito do retificador de onda completa em ponte alimentando a carga resistiva, conforme a Figura abaixo, calcular o que se pede considerando as especificações da Tabela 3. Tabela 3 – Especificações Parâmetro Valor Valor eficaz da tensão de entrada (Vef) 50 V Frequência da tensão de entrada (f) 60 Hz Resistência de carga (R) 25 kΩ Vef = 50V Vp = Vef x √2 Vp = 50 x √2 Vp = 100V 10 a) tensão média na carga (𝑉𝐿𝑀𝐸𝐷). Vrmédio = 0,636 x (Vp -2Vk) Vrmédio = 0,636 x [(100 – (2x0,7)] Vrmédio = 62,71 V b) tensão eficaz na carga (𝑉𝐿𝐸𝐹). Vef = 0,707 x (Vp – 2. Vr) Vef = 0,707 x (100 – 2.0,7) Vef = 69,7102 V c) corrente média na carga (𝐼𝐿𝑀𝐸𝐷). Irm = Vrm / R Irm = 62,71 / 25x10³ Irm = 2,5084.10-3 ou 2,5084 mA d) corrente eficaz na carga (𝐼𝐿𝐸𝐹). Idr = Vrd / R Idr = 69,7102 / 25x10³ Idr = 2,7884.10-3 A ou 2,7884. mA e) a tensão de pico inversa (máxima) suportada pelo diodo (𝑉𝐷𝑝). VDp = Vp VDp = 100V 10) Para o retificador a diodo em ponte completa com filtro capacitivo puro da Figura, alimentando uma carga resistiva, determine o que se pede a partir das especificações da Tabela 4. Tabela 4 – Especificações Parâmetro Valor Valor de pico da tensão de entrada (VP) 40 V Frequência da tensão de entrada (f) 60 Hz Potência da carga (Po) 300 mW Ondulação (ripple) de tensão na carga (𝛥𝑉) (0,01.VP) Rendimento (𝜂) 1 11 Vp = 40V Vp = √2 x Vef a) Valor de eficaz da tensão de entrada (Vef)? Vp = √2 x Vef 40 = √2 x Vef Vef = 28,28 V b) Valor mínimo de tensão no capacitor (VCMIN)? Po = 300x10-3 𝜂 = 1 𝜂 = Po / Pin 1 = 300x10-3 / Pin Pin = 300x10-3 ∆V = 0,01 x Vp ∆V = 0,01 x 40 ∆V = 0,4 V ∆V = Vp – Vcin 0,4 = 40 – Vcin Vcin = 40 – 0,4 12 Vcin = 39,60 V c) A capacitância do filtro (C)? C = Pin / f x (Vp² - Vcin²) C = 300 x 10-3 / 60 x (40² - 39,6²) C = 157,035 µF d) A resistência de carga (R)? P = U² / R 300 x 10-3 = (39,6²) / R R = 39,6² / 300 x 10-3 R = 5,2272 x 10³ ou 5,2272 kΩ e) Qual a principal vantagem em utilizar o filtro capacitivo para este retificador? Reduzir variações de tensão e corrente de altas frequências. Basicamente os filtros capacitivos usados em fontes servem para eliminar uma Tensão AC Pulsativa e transformá-la em uma CC (corrente contínua) que varia menos. Tensão ideal de pico igual a tensão de pico secundario, e não necessita de isolamento secundário como central. Acumulador de cargas elétricas para descarregar na carga elétrica (Resistencia).
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