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 direta 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 direta de cerca de 1,8 V.

9. (2 pts) Um fotodíodo usado como sensor de luz opera normalmente em polarização inversa.

10. (2 pts) Num varicap, a capacidade aumenta quando a tensão inversa aumenta.

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 · Díodos especiais, multiplicadores, limitadores e bancada (40 pts)

Exercício 1 · Fotodíodo (10 pts)

Um fotodíodo, polarizado em inversa a 5 V através de uma resistência de 25 kΩ, tem uma responsividade de 0,5 A/W (valor do exercício) e recebe 40 µW de luz.

a) Em que modo de funcionamento está e porquê se escolhe esta polarização? (3 pts)

b) Calcula a corrente e a tensão de saída, medida na resistência. (4 pts)

c) A partir de que potência ótica a saída deixa de crescer? (3 pts)

Exercício 2 · Multiplicador e limitador (15 pts)

a) Um triplicador é alimentado por um secundário de 6 V rms. Calcula a tensão de saída em vazio, com 0,7 V por díodo. (4 pts)

b) Com a rede a +10 %, qual a tensão nominal do condensador de saída? (4 pts)

c) Um sinal de 8 V de pico passa por uma resistência série de 1 kΩ para dois Zener de 4,7 V em oposição. Indica os níveis de corte e a corrente máxima nos díodos. (7 pts)

Exercício 3 · Bancada, segurança e ambiente (15 pts)

a) Numa ponte de Graetz montada em breadboard, o osciloscópio mostra um período de 20 ms em vez de 10 ms. Que avaria sugere e como a confirmas? (4 pts)

b) Um condensador de 3300 µF está carregado a 17 V e descarrega-se por uma resistência de 4,7 kΩ. Calcula a constante de tempo e a tensão ao fim de 30 s. (5 pts)

c) Porque não se liga a rede de 230 V à breadboard e que alternativa se usa? (3 pts)

d) Que destino se dá a uma fonte avariada e a um eletrolítico inchado? (3 pts)