LELG2) - 4 Amplificador Operacional

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1) Projetar um circuito baseado em transistor que entregue uma potência de 9,72W sobre um resistor de 27Ω. A alimentação deve ser de 17V.

Dados do transistor: β=100, VBE=0,7V, Vce_Sat=0,3V.

A)   Qual deve ser a Vce?

B)   O transistor entrou em saturação?

Resposta: Rc=27Ω, RB=2717Ω, Re=0Ω. A)0,8V

2) Em uma fábrica existe um forno. Esse forno é aquecido por uma resistência elétrica. O valor da resistência é de 80Ω e potência de 80W. O resistor está alimentado com 100V em uma ponta. Na outra ponta ele está ligado no coletor de um transistor de potência. Esse transistor possui um ganho de 1000 (β=1000) e VBE=0,7V. A base do transistor está ligada a um resistor de 2k4Ω. Do outro lado desse resistor existe um sistema digital que deve elevar a tensão nesse resistor gradualmente, de 0,1 em 0,1V, com período de 0,3 segundos entre cada amostragem, até atingir 3,1V, onde o resistor atingirá potência máxima.

A) Faça o esquemático apenas do circuito envolvendo o transistor de potência com o resistor de 80Ω ligado no coletor, bem como o resistor da base deixando indicada a entrada do sinal que controla a potência do resistor (não precisa colocar a parte digital do circuito).

B) A partir de quantos volts na saída do conversor DA que o resistor de 80Ω começará a funcionar? (considerar DA de 5 bits). Explique.

C) Quando o DA atingir o valor máximo de tensão aplicado na base, qual deverá ser a potência sendo dissipada no resistor de 80Ω?

Resposta: A) Transistor NPN com resistor do coletor de 80Ω e resistor de base igual a 2k4Ω., sem resistor no emissor. B) 0,8V (01000b). C) 80W.

3)   Para o circuito abaixo encontrar o ganho e tensão de saída para as seguintes situações:

Nota: Considerar a alimentação do Op. Amp. Igual a ±10V.

a)   R2=1k; R1=100 e Vin=1;

b)   R2=220, R1=22 e Vin=10;

c)    R2=10, R1=100 e Vin=-10V;

d)   R2=0, R1=0 e Vin=1V;

e)   R2=470, R1=470 e Vin=-1V;

f)      R2=100k, R1=1k e Vin=-1V;

resp.: a) G=-10, Vo=-10V. b) G=-10, Vo=-10V (saturou). c) G=-0,1; Vo=1V. d) G=-1, Vo=-1V. e) G=-1, Vo=1V. f) G=-100, Vo=10V (saturou).

4)   Idem para o item anterior, mas dessa vez usar a configuração não inversora. Desenhar o circuito usando essa configuração de modo genérico.

Resp.: a) G=11, Vo=11V. b) G=11, Vo=10V (saturou). c) G=1,1; Vo=-10V (saturou). d) G=2; Vo=2V. e) G=2, Vo=-2V. f) G=101, Vo=-10V (saturou).

5)   Em relação aos dois itens anteriores, explique porque alguns dos itens houve saturação na saída. O que isso significa.

6)   Em relação às questões 3 e 4 qual será os limites de tensão (positivo e negativo) na saída? Explique.

7)   Desenhar as formas de onda na entrada e na saída do Op. Amp. segundo as configurações apresentadas a seguir, demonstrar os cálculos para chegar no ganho:

a) Considerar a fonte alternada Vs uma forma de onda triangular oscilando em torno de 0V (simétrica) com tensão de pico Vp=5V. (alimentação do Op. Amp igual a ±12V)

resp.: saída igual à entrada (sem inverter os semi-ciclos) com Vp=10V.

b) Considerar a fonte alternada Vi uma forma de onda senoidal oscilando em torno de 1V (simétrica) com tensão de pico Vpp=2V, R2=100 e R1=20 (alimentação do Op. Amp igual a ±12V)

resp.: saída senoidal com os semi-ciclos invertidos em relação à entrada, o sinal está oscilando em torno de -5V com uma tensão de pico igual a 0V e o semi-ciclo negativo atinge -10V.

c) Considerar a fonte alternada Vi uma forma de onda senoidal oscilando em torno de 0V (simétrica) com tensão de pico Vp=3V, R2=100 e R1=20 (alimentação do Op. Amp igual a ±12V)

resp.: saída senoidal com os semi-ciclos invertidos em relação à entrada, o sinal está oscilando em torno de 0V com as tensões de picos saturadas atingindo ±12V e mantendo esse nível de tensão até o resultado da entrada vezes o ganho ser inferior aos 12V.

d) Considerar a fonte alternada Vs uma forma de onda senoidal oscilando em torno de 5V com tensão de pico Vpp=6V. (alimentação do Op. Amp igual a ±12V)

resp.: saída igual à entrada (sem inverter os semi-ciclos), oscilando em torno de 10V, com tensão de pico do semi-ciclo negativo igual a 4V e semi-ciclo positivo atingindo a saturação em 12V e mantendo esse nível de tensão até a saída for inferior a 12V.