Kevin Cunha - 2ª Lista de Exercícios - Eletrônica 1-convertido

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS – PUC MINAS ENGENHARIA ELETRÔNICA E DE TELECOMUNICAÇÕES
Eletrônica I
Kevin Rodrigues da Cunha
2ª LISTA DE EXERCÍCIOS ANÁLISE DE CIRCUITOS COM BJTs E FETs
Belo Horizonte 2021
Kevin Rodrigues da Cunha - Matrícula 671153 | 2ª Lista de Exercícios | 27 de maio de 2021
ELETRÔNICA I
Curso de Engenharia Eletrônica e de Telecomunicação 2° Exercício em aula – 1°/2021
Prof. Sady Antonio dos Santos Filho
1ª PARTE – CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO DO BJT
1ª PARTE – ANÁLISE AC DO BJT – CIRCUITOS AMPLIFICADORES
· Utilize em todos os exercícios o modelo híbrido simplificado para o BJT (despreze a resistência de saída dos transistores (ro))
1. Para o amplificador com polarização fixa, mostrado abaixo, determinar
a) Zi e Zo
b) Av (Vo/Vi)
c) Ai
Dados:
VBE = 0,7V
 =hfe= 65
12V
Rs
Ii 300	C1
+
R1
470k
R2
3k	Io	Vo
C2
Q1
RL
Vs(t) Zi
-
Zo	4k
1.
DADOS:
 (
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)
RB ≔ 470 kΩ
RC ≔ 3 kΩ RS ≔ 300 Ω
RL ≔ 4 kΩ VCC ≔ 12 V VBE ≔ 0.7 V
β ≔ 65
hfe ≔ β
a) Determine Zi e Zo:
IB ≔
VCC - VBE RB
= 24.0426 μA
IE ≔
β + 1
⋅ IB = 1.5868 mA
re ≔ 26 mV = 16.3851
IE
hie ≔ hfe ⋅ re = 1.065 kΩ
Zi ≔
RB ⋅ hie
RB + hie
= 1.0626 kΩ
Zo ≔ RC
= 3 kΩ
b) Determine Av:
RC ⋅ RL
 (
R
)RCL ≔
C
+ RL
= 1.714 kΩ
A ≔ -RCL =-104.6247
v	re
c) Determine Ai:
Zi
 (
R
)Ai ≔-Av ⋅
C
= 37.0589
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ELETRÔNICA I
Curso de Engenharia Eletrônica e de Telecomunicação 2° Exercício em aula – 1°/2021
Prof. Sady Antonio dos Santos Filho
2. Para o circuito abaixo, determinar:
a) Zi e Zo
b) Av
Dados:
VBE = 0,7V
 =hfe= 140
12V
Rs
Ii 300	C1
+
R1
39k
 (
C3
)R2
10k	Io	Vo Q1
 (
 
 
) (
Zo
) (
C2
) (
R3
)RL
Vs(t) Zi
-
3,9k
RE
1,5k
10k
2.
DADOS:
 (
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)
R1 ≔ 39 kΩ R2 ≔ 3.9 kΩ RC ≔ 10 kΩ RL ≔ 10 kΩ
a) Determine Zi e Zo:
RE ≔ 1.5 kΩ VCC ≔ 12 V VBE ≔ 0.7 V
β ≔ 140
hfe ≔ β
RS ≔ 300 Ω
R1 ⋅ R2
R2 ⋅ VCC
 (
R
)RTh ≔
1
+ R2
= 3.5455 kΩ
ETh ≔
R1 + R2
= 1.0909
ETh - VBE
 (
R
)IB ≔
Th +
β + 1
⋅ RE
= 1.8178 μA
IE ≔
β + 1
⋅ IB = 256.3094 μA
re ≔ 26 mV = 101.4399
IE
hie ≔ hfe ⋅ re = 14.2016 kΩ
Zi ≔
RTh ⋅ hie
RTh + hie
= 2.8372 kΩ
Zo ≔ RC
= 10 kΩ
b) Determine Av:
RC ⋅ RL
 (
R
)RCL ≔
C
+ RL
= 5 kΩ
A ≔- hfe ⋅ RCL =-49.2903
v	hie
2ª PARTE – CIRCUITOS DE POLARIZAÇÃO DO FET
3. Calcule os valores de VGSQ, IDQ e VDSQ, para os circuitos de polarização do FET mostrados abaixo. Comprove, graficamente, os valores de VGSQ, IDQ.
a)
b)
 (
Kevin
 
Rodrigues
 
da
 
Cunha
 
-
 
Matrícula
 
671153
 
|
 
2ª
 
Lista
 
de
 
Exercícios
 
|
 
27
 
de
 
maio
 
de
 
2021
) (
ELETRÔNICA I
Curso
 
de
 
Engenharia
 
Eletrônica
 
e
 
de
 
Telecomunicação 2° Exercício em aula –
 
1°/2021
Prof. Sady Antonio dos Santos Filho
)
c)
 (
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)
3.
a) VGG ≔ 1.5 V
VP ≔-4 V
VDD ≔ 12 V
RG ≔ 1 MΩ
RD ≔ 1.2 kΩ
IDSS ≔ 12 mA
Determine VGSQ, IDQ e VDSQ:
VGSQ ≔-VGG =-1.5 V
I	≔ I
2
⎛	VGSQ ⎞
⋅ 1 -
= 4.6875 mA
DQ	DSS ⎜
⎝
⎟
VP ⎠
VDSQ ≔ VDD - IDQ ⋅ RD = 6.375 V
Graficamente, temos:
b) RS ≔ 750 Ω
VP ≔-4 V
VDD ≔ 18 V
RG ≔ 1 MΩ
RD ≔ 1.5 kΩ
IDSS ≔ 10 mA
Determine VGSQ, IDQ e VDSQ:
⎛ 2 ⋅ IDSS ⋅ RS - VP ⎞
⎛ IDSS ⋅ RS 2 ⎞
ID ⎛⎝IDQ⎞⎠ ≔ IDSS + ⎜
⎟ ⋅ IDQ + ⎜
⎟ ⋅ IDQ2
⎝	VP	⎠
⎝	VP 2	⎠
⎡
solve ⎢
ID ⎛⎝IDQ⎞⎠ ― → ⎢
4 ⋅	34 + 38	⎤
 (
⎥
)5625	⎥ = ⎡ 10.902
⎤ mA
⎢	⎛	⎞	⎥	⎣ 2.6091 ⎦
⎢ -⎝4 ⋅	34⎠ + 38 ⎥
⎣	5625	⎦
Se IDSS > (ID1 ou ID2 ) > 0 ---> escolher a menor, porque a maior não irá satisfazer a equação: VGSQ＝|-RS ⋅ ID|<|VP|
IDQ ≔ 2.6091 mA
VGSQ ≔-RS ⋅ IDQ =-1.9568 V
VDSQ ≔ VDD - IDQ ⋅ RD = 14.0864 V
Graficamente, temos:
c) R1 ≔ 910 kΩ
RS ≔ 1.1 kΩ
VP ≔-3.5 V
R2 ≔ 110 kΩ
RD ≔ 2.2 kΩ
IDSS ≔ 10 mA
VDD ≔ 20 V
Determine VGSQ, IDQ e VDSQ:
VG ≔ R
R2
1 + R2
⋅ VDD = 2.1569 V
I ⎛⎝I
⎞ ≔ I
2
⎛	⎛⎝VG - IDQ ⋅ RS⎞⎠ ⎞ - I
 (
⋅ 1
 
-
)
D	DQ⎠
DSS ⎜
⎝
⎟	DQ
VP	⎠
solve
⎡ 0.0033115822964377083904 ⎤
⎡ 3.3116 ⎤
 (
⎦
⎣
)ID ⎛⎝IDQ⎞⎠ ― → ⎣ 0.007986019388864512188	= 7.986
⎦ mA
IDQ ≔ 3.3116 mA
VGSQ ≔ VG - RS ⋅ IDQ =-1.4859 V
VDSQ ≔ VDD - IDQ ⋅ ⎛⎝RS + RD⎞⎠= 9.0717 V
Graficamente, temos:
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ELETRÔNICA I
Curso de Engenharia Eletrônica e de Telecomunicação 2° Exercício em aula – 1°/2021
Prof. Sady Antonio dos Santos Filho
3ª PARTE – ANÁLISE AC DO FET – CIRCUITOS AMPLIFICADORES
* Utilize em todos os exercícios o modelo híbrido simplificado para o FET (despreze a resistência de saída dos transistores (rd))
2I DSS 	VGS 
gm 
1 	
 (
V
P
)	VP 
4. Determine para o circuito abaixo:
a) Zi e Zo
b) Av (Vo/Vi)
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4.
DADOS:
RG ≔ 1 MΩ RS ≔ 0.51 kΩ RL ≔ 4.7 kΩ
a) Determine Zi e Zo:
RD ≔ 2.7 kΩ VP ≔-6 V
VDD ≔ 12 V IDSS ≔ 10 mA
Zi ≔ RG = 1 MΩ	Zo ≔ RD = 2.7 kΩ
b) Determine Av:
I ⎛⎝I
⎞ ≔ I
2
⎛	⎛⎝-IDQ ⋅ RS⎞⎠ ⎞ - I
 (
⋅ 1
 
-
)
D	DQ⎠
DSS ⎜
⎝
⎟	DQ
VP	⎠
solve
⎡ 0.0041687356654650304915 ⎤
⎡ 4.1687 ⎤
 (
⎦
⎣
)ID ⎛⎝IDQ⎞⎠ ― → ⎣ 0.033201506549067841481	= 33.2015 ⎦ mA
IDQ ≔ 4.1687 mA
VGSQ ≔-RS ⋅ IDQ =-2.126 V
gm ≔
2 ⋅ IDSS
⎛
⋅⎜1 -
VGSQ ⎞ = ⎛⎝2.1522 ⋅ 10-3⎞⎠ Ω
 (
⎟
)|VP|	⎝	VP ⎠
RD ⋅ RL
 (
R
)RDL ≔
D
+ RL
= 1.7149 kΩ
Av ≔-gm ⋅ RDL =-3.6907
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ELETRÔNICA I
Curso de Engenharia Eletrônica e de Telecomunicação 2° Exercício em aula – 1°/2021
Prof. Sady Antonio dos Santos Filho
5. Determine para o circuito abaixo:
a) IDQ
b) VGSQ
c) gm
d) Zi e Zo
e) Av (Vo/Vi)
f) O valor de Vomax, considerando Vimax = 100mV
5.
DADOS:
 (
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)
R1 ≔ 330 kΩ R2 ≔ 75 kΩ
RS ≔ 1 kΩ
RD ≔ 2.2 kΩ VDD ≔ 20 V VS ≔ 6.25 V
VP ≔-6 V IDSS ≔ 10 mA VG ≔ 3.7 V
a) Determine IDQ:
IDQ
≔ VS = 6.25 mA RS
b) Determine VGSQ:
VGSQ ≔ VG - VS =-2.55 V
c) Determine gm:
 (
≔
DSS
GSQ
) (
⎜
)2 ⋅ I	⎛	V	⎞
g	⋅ 1 -	= 1.9167 mΩ
m	|VP|	⎝
⎟
VP ⎠
d) Determine Zi e Zo:
Zi ≔
R1 ⋅ R2
R1 + R2
= 61.1111 kΩ
Zo ≔ RD
= 2.2 kΩ
e) Determine Av:
Av ≔-gm ⋅ RD =-4.2167
f) Determine Vo max:
Vimax ≔ 100 mV
Vomax ≔ Av ⋅ Vimax =-0.4217 V
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ELETRÔNICA I
Curso de Engenharia Eletrônica e de Telecomunicação 2° Exercício em aula – 1°/2021
Prof. Sady Antonio dos Santos Filho
6. Determine para o circuito abaixo:
a) ID
b) VGSQ
c) IDSS
d) gm
e) Zi e Zo
f) Av (Vo/Vi)
g) Determine o valor de Vomax, considerando Vimax = 100mV
6.
DADOS:
 (
Kevin Rodrigues da Cunha - Matrícula 671153 | 2ª Lista de Exercícios | 27 de maio de 2021
)
RG ≔ 1 MΩ RS ≔ 0.51 kΩ
RD ≔ 2 kΩ VDD ≔ 18 V
VS ≔ 1.7 V VP ≔-4 V
a) Determine IDQ:
IDQ
≔ VS = 3.3333 mA RS
b) Determine VGSQ:
VGSQ ≔-RS ⋅ IDQ =-1.7 V
c) Determine IDSS:
IDQ ⋅ VP 2
IDSS ≔	2
⎛⎝VP - VGSQ⎞⎠
= 10.0819 mA
d) Determine gm:
 (
≔
DSS
GSQ
) (
⎜
)2 ⋅ I	⎛	V	⎞
g	⋅ 1 -	= 2.8986 mΩ
m	|VP|	⎝
⎟
VP ⎠
e) Determine Zi e Zo:
Zi ≔ RG = 1 MΩ	Zo ≔ RD = 2 kΩ
f) Determine Av:
Av ≔-gm ⋅ RD =-5.7971
g) Determine Vo max:
Vimax ≔ 100 mV
Vomax ≔ Av ⋅ Vimax =-0.5797
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ELETRÔNICA I
Curso de Engenharia Eletrônica e de Telecomunicação 2° Exercício em aula – 1°/2021
Prof. Sady Antonio dos Santos Filho 4ª PARTE – CIRCUITOS MISTOS
7. Determine para o circuito abaixo:
a) VG
b) IDQ
c) VGSQ
d) IE
e) IB
f) VB
g) VD
h) VCE
7.
DADOS:
 (
KevinRodrigues da Cunha - Matrícula 671153 | 2ª Lista de Exercícios | 27 de maio de 2021
)
R1 ≔ 91 kΩ R2 ≔ 18 kΩ RS ≔ 1.2 kΩ
RB ≔ 330 kΩ RC ≔ 1.1 kΩ VCC ≔ 20 V
VP ≔-6 V IDSS ≔ 6 mA
β ≔ 160
a) Determine VG:
VG ≔
R2 R1 + R2
⋅ VCC
= 3.3028 V
b) Determine IDQ:
I ⎛⎝I
⎞ ≔ I
2
⎛	⎛⎝VG - IDQ ⋅ RS⎞⎠ ⎞ - I
 (
⋅ 1
 
-
)
D	DQ⎠
DSS ⎜
⎝
⎟	DQ
VP	⎠
solve
⎡ 0.0037824045447264260481 ⎤
⎡ 3.7824 ⎤
 (
⎦
⎣
)ID ⎛⎝IDQ⎞⎠ ― → ⎣ 0.015888849277903543619	= 15.8888 ⎦ mA
IDQ ≔ 3.7824 mA
c) Determine VGSQ:
VGSQ ≔ VG - RS ⋅ IDQ =-1.2361 V
d) Determine IE:
IE ≔ IDQ = 3.7824 mA
e) Determine IB:
IB ≔
IE
(β + 1)
= 23.4932 μA
f) Determine VB:
VRB ≔ IB ⋅ RB = 7.7527 V
VB ≔ VCC - VRB = 12.2473 V
g) Determine VD:
VBE ≔ 0.7 V
VD ≔ VB - VBE = 11.5473 V
h) Determine VCE:
IS ≔ IDQ = 3.7824 mA
IC ≔ IB ⋅ β = 3.7589 mA
VRC ≔ IC ⋅ RC = 4.1348 V
VCE ≔ VCC - VRC - VD = 4.3179 V