Exercícios Resolvidos de Eletrônica: Semicondutores e Circuitos | Exercícios Eletrônica Analógica

Universidade Tecnológica Federal do Paraná

DAELN – Departamento Acadêmico de Eletrônica

EXERCÍCIOS DE ELETRÔNICA “A”

1) TEORIA DE SEMICONDUTORES

1. Qual a principal característica de um diodo ideal?

2. Desenhe a curva Id x Vd de um diodo ideal.

3. Um material com resistividade  de 12 nm é dito ______________

4. Um material com resistividade  de 10 Gm é dito ______________

5. Um material com resistividade  de 1 m é dito ______________

6. Quais os dois principais semicondutores utilizados na eletrônica? Quantos são os seus

elétrons e como estão dispostos no átomo?

7. Determine a valência dos seguintes elementos. Al, P, B, Si, Sb, As, Ge e Ga.

8. Como estão interligados os átomos de silício no cristal?

9. O que é um cristal intrínseco?

10. Como se obtém um cristal extrínseco?

11. Por que um cristal de silício dopado com fósforo é chamado Cristal tipo N?

12. Que cristal é formado pela adição de um elemento trivalente ao germânio?

13. Desenhe a estrutura cristalina do germânio dopado com gálio (Ga).

14. O que é uma lacuna?

15. Qual o efeito causado na condutividade pelos elétrons livres em um Cristal N?

16. E as lacunas em um Cristal P?

17. O que é um portador de corrente?

18. Qual o portador majoritário do cristal P? E do cristal N?

19. Por que existem portadores minoritários?

20. Qual o portador minoritário do cristal P? E do cristal N?

21. Quantas lacunas tem um condutor na temperatura ambiente?

22. O que ocorre quando um cristal N é unido a um cristal P?

23. O que é região de depleção?

24. O que é barreira de potencial (Vj)?

25. O que é recombinação?

26. Na polarização inversa o que ocorre com a região de depleção?

27. Existe corrente circulando pela junção na polarização inversa? Explique.

28. Para uma pequena polarização direta, o que ocorre com a região de depleção?

29. O que é necessário para que uma junção PN conduza corrente diretamente?

30. Desenhe o símbolo do diodo e indique: Anodo e Catodo, Cristal P e N, sentido da

corrente direta, e polarização direta.

31. Desenhe a curva Id x Vd de um diodo real e indique o ponto Vj.

32. Quais os valores de Vj para um diodo de silício e germânio na temperatura ambiente?

33. Quais os valores aproximados da corrente reversa (Is) dos diodos de Si e Ge em 25°C?

34. Quais os limites máximos de um diodo retificador (exemplificar com o 1N4007)?

35. O que é e quando ocorre o efeito Avalanche?

36. O que é o efeito Zener ? Porque ele ocorre em baixa tensão?

37. Cite outros fatores que provocam o aparecimento de pares elétron-lacuna em um cristal

intrínseco (ou na região de depleção).

Prof. Sérgio Francisco Pichorim, D.Sc.

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EXERCÍCIOS DE ELETRÔNICA “A”

1) TEORIA DE SEMICONDUTORES

Qual a principal característica de um diodo ideal?
Desenhe a curva Id x Vd de um diodo ideal.
Um material com resistividade  de 12 nm é dito ______________
Um material com resistividade  de 10 Gm é dito ______________
Um material com resistividade  de 1 m é dito ______________
Quais os dois principais semicondutores utilizados na eletrônica? Quantos são os seus elétrons e como estão dispostos no átomo?
Determine a valência dos seguintes elementos. Al, P, B, Si, Sb, As, Ge e Ga.
Como estão interligados os átomos de silício no cristal?
O que é um cristal intrínseco?
Como se obtém um cristal extrínseco?
Por que um cristal de silício dopado com fósforo é chamado Cristal tipo N?
Que cristal é formado pela adição de um elemento trivalente ao germânio?
Desenhe a estrutura cristalina do germânio dopado com gálio (Ga).
O que é uma lacuna?
Qual o efeito causado na condutividade pelos elétrons livres em um Cristal N?
E as lacunas em um Cristal P?
O que é um portador de corrente?
Qual o portador majoritário do cristal P? E do cristal N?
Por que existem portadores minoritários?
Qual o portador minoritário do cristal P? E do cristal N?
Quantas lacunas tem um condutor na temperatura ambiente?
O que ocorre quando um cristal N é unido a um cristal P?
O que é região de depleção?
O que é barreira de potencial (Vj)?
O que é recombinação?
Na polarização inversa o que ocorre com a região de depleção?
Existe corrente circulando pela junção na polarização inversa? Explique.
Para uma pequena polarização direta, o que ocorre com a região de depleção?
O que é necessário para que uma junção PN conduza corrente diretamente?
Desenhe o símbolo do diodo e indique: Anodo e Catodo, Cristal P e N, sentido da corrente direta, e polarização direta.
Desenhe a curva Id x Vd de um diodo real e indique o ponto Vj.
Quais os valores de Vj para um diodo de silício e germânio na temperatura ambiente?
Quais os valores aproximados da corrente reversa ( Is ) dos diodos de Si e Ge em 25°C?
Quais os limites máximos de um diodo retificador (exemplificar com o 1N4007)?
O que é e quando ocorre o efeito Avalanche?
O que é o efeito Zener? Porque ele ocorre em baixa tensão?
Cite outros fatores que provocam o aparecimento de pares elétron-lacuna em um cristal intrínseco (ou na região de depleção). Prof. Sérgio Francisco Pichorim, D.Sc.

2) DIODO em CC

1) No circuito abaixo, calcular as correntes, as tensões e as potências sobre os diodos de

silício e de germânio.

2) No datasheet do diodo BY127 é fornecido o seguinte gráfico. Determine o modelo linear

deste diodo.

Ainda com relação ao diodo BY127, o modelo linear para correntes baixas poderia ser o mesmo para correntes mais altas? Comente.

4) RETIFICADORES

Em um retificador meia onda (diodo ideal). Sendo o valor eficaz da tensão no secundário do transformador V2 = 12 V e a carga RL = 470 ohms, determine: VCC, correntes médias no diodo e na carga, a corrente de pico e a máxima tensão reversa.
Repetir o exercício 1 considerando o diodo de silício com Vj = 0,7 V.
Em um retificador Derivação central (diodos ideais). Sendo o secundário do transformador 9 + 9 (V2a = V2b = 9 V) e a carga RL = 470 ohms, determine: VCC, correntes médias nos diodos e na carga, as correntes de pico e a máximas tensões reversas nos diodos.
Repetir o exercício 3 considerando os diodos de silício com Vj = 0,7 V.
Em um retificador Ponte (diodos ideais). Sendo o valor da tensão no secundário do transformador V2 = 6 V e a carga RL = 820 ohms, determine: VCC, correntes médias nos diodos e na carga, as correntes de pico e a máximas tensões reversas nos diodos.
Repetir o exercício 5 considerando os diodos de silício com Vj = 0,7 V.
Em um retificador onda completa Ponte com Filtro (Vj=0, 7 V), sendo que a carga consome 1 A, V2 = 18 Vef, C = 2200 F, determine: Vond, VCC, o ripple , o tempo de condução e a corrente de pico dos diodos.
Repita o exercício 7 supondo que o retificador é meia onda.
Em um retificador ( center tap ) com Filtro, sabendo que o transformador é 127/9+9 V, capacitor de 1000 F e a carga RL vale 100 , determinar: Vond, VCC, o ripple, o tempo de condução e a corrente de pico dos diodos.
A figura B.5 abaixo (Boylestad, 1999, pg 637) correlaciona a proporção entre corrente de pico nos diodos pela corrente média na carga (Ip/Idc) em função do ripple (%r) em retificadores com filtro capacitivo. Usando alguma ferramenta computacional crie uma curva para os modelos expostos em aula e compare-as.

5) LIMITADORES COM ZENER

Determine as formas de ondas nas saídas e calcule as correntes máximas (diretas e inversas) que circulam pelos diodos. (a) (b) (c) (d)

7) REGULADORES em CI

No circuito acima e conforme dados do 7805 na tabela, determinar: a. Se a carga RL for 500 , qual a corrente na entrada do regulador (pino 1)? b. Qual a tensão mínima de descarga do capacitor C para manter o regulador operando? c. Se o capacitor C tiver uma tensão de ondulação de 6 V, qual a máxima tensão de ondulação ( ripple ) na saída? d. Supondo uma carga RL de 100 , quais os ripples (valores típicos) de entrada e de saída do regulador?
Projete e calcule os componentes para um regulador de tensão com o LM 317 para um ajuste (via potenciômetro) da tensão de saída entre 3 e 10 V.

8 ) Diodos LED

Calcular nos circuitos abaixo o que é pedido.
No exercício anterior, calcular as potências nos quatro LEDs. 3 ) Qual a condição da entrada Vi para o LED vermelho (Vj=2 V) acender com uma potência de 30 mW? 4 ) Calcular os resistores para o correto funcionamento do circuito abaixo. Quando a entrada A ativar, o LED bicolor (TLUV5300, ver datasheet no site da aula) deve acender verde (intensidade de 2,5 mcd). Quando ativar a B, deve acender amarelo (1,25 mcd de verde mais 1,25 mcd de vermelho). Quando ativar a C, deve acender Vermelho (com 2,5 mcd). As entradas ativadas têm tensão de 5 V e quando desativadas têm tensão de 0 V.

4 - No circuito abaixo, supondo que a lâmpada seja 15 V e 15 W (valores nominais), calcular a potência na lâmpada e no transistor para quatro situações distintas de Vx: a) + 1 ,5 V, b) + 2 ,5 V, c) +3,5 V e d) +4,5 V. 5 - Trace a Reta de Carga (Ic x Vce) marcando a posição dos pontos de polarização obtidos nos cálculos das quatro situações anteriores de Vx. 6 - No mesmo circuito da questão 4 , determinar IC, VCE e a potência na lâmpada quando Vx for +5,5 V. Comentar o comportamento do circuito nesta situação. Represente esta situação na Reta de Carga da questão anterior. 7 - Repetir o exercício 6, mas agora para Vx = +0,5 V. Comentar o comportamento do circuito nesta situação. Represente esta situação na Reta de Carga da questão 5.

10 ) Transistores Darlington e de Potência.

Para o circuito abaixo, calcule as tensões de polarização (CC) VB, VC e VE e as correntes IB, IC e IE.
Calcular os valores de tensão e corrente de entrada (Vi), no circuito abaixo, para ligar e desligar o motor de corrente contínua de 24 V.
Utilizando os dados do datasheet do transistor BU208A, determine os valores de , VBE e VCE para uma corrente de saturação de 4 A no coletor (temperatura ambiente).
Utilizando os dados da questão anterior, determine os valores de corrente e tensão na base para fazer o chaveamento deste transistor. Qual a potência sobre o transistor quando se encontra no estado “saturado” e no estado “cortado”?

11 ) FOTOs e Sensores OPTOs

Desenhe a forma de onda na saída ( output ) em função do sinal de entrada ( input ).
Para o circuito com acoplamento óptico abaixo, determine o valor de tensão na saída (Vo). Utilize a curva do TIL 111 dada abaixo e valor de Vi = 1,55 V. Observação: IF é a corrente direta do LED de infravermelho com Vj = 1,5 V.
No circuito abaixo, descreva seu funcionamento e indique que operação lógica ocorre na saída Vo em função das entradas A, B e C.

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1) TEORIA DE SEMICONDUTORES

2) DIODO em CC

1) No circuito abaixo, calcular as correntes, as tensões e as potências sobre os diodos de

silício e de germânio.

2) No datasheet do diodo BY127 é fornecido o seguinte gráfico. Determine o modelo linear

deste diodo.

4) RETIFICADORES

5) LIMITADORES COM ZENER

7) REGULADORES em CI

8 ) Diodos LED

10 ) Transistores Darlington e de Potência.

11 ) FOTOs e Sensores OPTOs