Ficha 01 · Semicondutores, Díodos e Retificação

Grupo I · Verdadeiro / Falso (20 pts)

Indica se cada afirmação é Verdadeira (V) ou Falsa (F) e corrige as falsas.

1. (2 pts) O silício tipo N tem como portadores maioritários as lacunas.

2. (2 pts) A camada de depleção forma-se quando se unem materiais tipo P e tipo N, criando uma zona sem portadores livres.

3. (2 pts) Um díodo ideal em polarização directa apresenta uma queda de tensão de 0,7 V.

4. (2 pts) O díodo Zener opera normalmente na região de ruptura inversa, mantendo a tensão aproximadamente constante.

5. (2 pts) Um retificador de onda completa com ponte de Graetz produz ripple a 50 Hz quando alimentado pela rede de 50 Hz.

6. (2 pts) Para um filtro capacitivo, quanto maior o condensador, maior é o ripple na saída.

7. (2 pts) A tensão média na saída de uma ponte de Graetz é aproximadamente 0,636 × Vpico.

8. (2 pts) Um LED azul tem tipicamente uma tensão de forward de cerca de 1,8 V.

9. (2 pts) Na região de saturação do BJT, VCE(sat) ≈ 0,2 V e ambas as junções estão polarizadas directamente.

10. (2 pts) No BJT, a relação IC = β × IB é válida na região de corte.

Grupo II · Retificador de onda completa com filtro (40 pts)

Um transformador de 230 VAC / 12 VRMS (50 Hz) alimenta uma ponte de Graetz com 4 díodos de silício (Vf = 0,7 V cada). À saída da ponte está ligado um condensador de filtro C = 2200 µF e uma carga resistiva RL = 24 Ω.

Exercício 1 (10 pts)

a) Calcula a tensão de pico no secundário do transformador. (3 pts)

b) Calcula a tensão de pico à saída da ponte de Graetz (após os díodos). (3 pts)

c) Calcula a tensão DC média à saída da ponte (sem condensador). (4 pts)

Exercício 2 (15 pts)

Com o condensador de 2200 µF ligado:

a) Calcula a corrente de carga IL (usa Vpico como Vout aproximado). (3 pts)

b) Calcula a tensão de ripple pico-a-pico. A frequência de ripple é 100 Hz. (6 pts)

c) Calcula a tensão DC média real com o filtro. (3 pts)

d) Qual é a percentagem de ripple em relação à tensão DC? (3 pts)

Exercício 3 (15 pts)

Para reduzir o ripple para no máximo 5% da tensão DC (mantendo RL = 24 Ω):

a) Qual é o valor máximo admissível de Vripple? (3 pts)

b) Calcula a capacidade mínima necessária. (7 pts)

c) Qual o valor normalizado E6/E12 que escolherias e porquê? Indica a tensão de trabalho mínima do condensador. (5 pts)

Grupo III · BJT como comutador — relay driver (40 pts)

Um microcontrolador emite sinal de 3,3 V que deve acionar um relé de 12 V com bobina de 150 Ω. Transistor NPN BC547 (β(min) = 110, VBE = 0,7 V, VCE(sat) = 0,2 V).

Exercício 1 (10 pts)

a) Calcula a corrente IC necessária para activar o relé. (4 pts)

b) Calcula a potência dissipada no BJT em saturação. (3 pts)

c) Qual a tensão VCE em corte (BJT desligado)? (3 pts)

Exercício 2 (15 pts)

a) Calcula IB(min) para saturação. (4 pts)

b) Com sobredriving ×10, calcula RB. (6 pts)

c) Verifica se a corrente de base é compatível com o microcontrolador (saída máxima 8 mA). (5 pts)

Exercício 3 (15 pts)

a) Porque é necessário um díodo de roda livre em paralelo com a bobina do relé? (5 pts)

b) Como se liga o díodo de roda livre (ânodo/cátodo em relação à alimentação)? (5 pts)

c) O que aconteceria ao BJT se não existisse o díodo de roda livre? (5 pts)