File - Lira Eletrônica

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE
CENTRO DE ENGENHARIA ELÉTRICA E
INFORMÁTICA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
ELETRÔNICA
Série de Exercício #A4
(1) Usando apenas um amplificador operacional como elemento ativo, projete um
oscilador de onda quadrada para ser empregado em um circuito emissor de
infravermelho de um controle remoto. Considere a frequência de 38 kHz.
(2) Usando apenas um amplificador operacional como elemento ativo, projete um
gerador de pulsos com duty cycle de 10% e frequência de 100 kHz.
(3) Explique o princípio de funcionamento de um conversor A/D (Analógico/Digital):
(A) Flash (Paralelo)
(B) Rampa
(C) SAR
(4) O que você entende por:
(A) Filtro anti-aliasing (B) DTMF
(C) 16PSK
(E) Sample & Hold (F) 32APSK (G) FSK
(D) Slew Rate
(H) OOK
(5) Apresente circuitos capazes de fornecer as saídas solicitadas para as correspondentes
entradas nos diagrama a seguir.
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(6) Quantas oitavas possui a faixa de áudio (20Hz-20kHz)? E um piano?
(7) Qual a funcionalidade dos circuitos integrados: (A) CM8870
Sugira aplicações.
(B) ISD1700
(8) Represente graficamente a saída para o circuito a seguir.
(9) Determine sob que condições os LEDs mostrados na figura a seguir devem aceder.
(10) Como engenheiro você foi solicitado a projetar um filtro anti-aliasing de segunda
ordem para ser usado na entrada de um conversor A/D de sinal de áudio. Apresente um
circuito que satisfaça a tal solicitação. Qual a funcionalidade e importância deste filtro
em um processo de digitalização?
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(11) Apresente um circuito capaz de implementar cada um dos filtros analógicos
representado pelas funções de transferências H(s) mostradas a seguir. Determine a
localização dos pólos e zeros. Identifique todos os parâmetros dos filtros (ganho, fator
de qualidade, faixa de passagem).
(A)
(B)
(12) Indique as frequências presentes na saída de um multiplicador analógico quando
as seguintes tensões estão presentes nas suas entradas.
(A) V1  10 cos 2 10 3 t
(B) V1  8 cos 2 10 3 t
(C) V1  8 cos 8 10 4 t
e
e
V2  10 cos 2 10 4 t
V2  4 cos 4 10 3 t
e
e
V2  4 cos16 10 4 t
V2  uma onda quadrada com f  2kHz.
(D) V1  10 cos 2 10 3 t
(E)
V1  uma onda quadrada com f  1kHz e V2  uma onda quadrada com f  2 kHz.
(13) CONDICIONAMENTO DE SINAL
Na maioria das aplicações de controle do mundo real, precisamos usar sensores
para transformar variáveis físicas (temperatura, pressão, força, aceleração, posição do
eixo do motor, etc.) para variáveis elétricas (tensões ou correntes). Só então os sinais
poderão ser amostrados e processados por um computador. Como acontece
frequentemente, o sinal de saída de um sensor não se encontra numa faixa adequada o
suficiente para representar com precisão a quantidade que se deseja medir. Muito
provável que o sinal esteja contaminado por algum ruído de alta frequência, ou com um
nível de tensão indesejado para ser aplicado a um conversor A/D. Nestes casos,
podemos utilizar filtros e/ou somadores de nível DC para adequá-los apropriadamente a
entrada de um conversor A/D. Este processamento normalmente é denominado de
condicionamento de sinal.
Os circuitos mostrados a seguir podem ser empregados na entrada de um
conversor A/D para condicionamento de sinais.
(A) Explique as suas funcionalidades.
(B) Mostre que
.
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(14) Escreva a expressão para VO em função de Vi. Sugira uma aplicação.
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(15) Encontre a expressão Vo em função de V1, V2, V3 e V4.
Resposta
(16) Mostre que a função de transferência H(s) a seguir pode ser implementada pelo
circuito passivo ao lado. Classifique-o como filtro.
(17) Considere o circuito ressonante RLC mostrado na figura a seguir. Determine o
fator de qualidade Q e a faixa de passagem .
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(18) Mostre que o circuito a seguir possui uma função de transferência igual a H(s).
Classifique-o como filtro.
(19) Um filtro passa faixa com circuito RLC série possui R=2kL=0,1H e
C=40pFDetermine:
(A) A frequência central o
(B) O fator de qualidade Q
(C) As frequências de corte inferior 1 e superior 2.
(20) Mostre que o filtro a seguir possui a função de transferência H().
Classifique-o.
(21) Phase shifter circuit
Mostre que o circuito a seguir possui a seguinte função de transferência H(s).
Sugira uma aplicação. Observe a semelhança desta função de transferência com
a do circuito com amplificador operacional montado em laboratório.
(22) Em uma situação de emergência um engenheiro precisa projetar um filtro passa alta
RC. Ele dispõe de um capacitor de 10pF, um capacitor de 30pF, um resistor de 1,8k e
um resistor de 3,3k. Encontre a maior frequência de corte usando estes elementos.
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MODULAÇÃO DIGITAL
(23) Classifique e explique a funcionalidade do esquema de modulação digital mostrado
na figura a seguir.
(24) O filtro a seguir possui uma frequência de corte (-3dB) em 1kHz. Se na sua entrada
é conectado um sinal de 120mV com frequência variável, determine a tensão de saída
em: (A) 200 Hz (B) 2 kHz
(C) 10 kHz
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(25) Qual deve ser o valor do slew rate exigido para um amplificador operacional
trabalhar com um sinal de áudio (20Hz-20kHz) e uma tensão máxima de 10V?
(26) Apresente um circuito capaz de gerar um sinal: (A) ASK
(B) FSK
(C) PSK
(27) Um sinal analógico x(t) deve ser amostrado com um período T. Qual deve ser a
relação entre o período de amostragem e a máxima frequência do sinal x(t) para evitar o
fenômeno da sobreposição espectral (aliasing)?
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(28) Filtro a Capacitor Chaveado
Considere o filtro a capacitor chaveado mostrado na figura a seguir.
(A) Determine a frequência de corte quando a frequência de chaveamento for igual a
100 kHz.
(B) Determine a frequência de chaveamento para se ter uma frequência de corte igual a
1 kHz.
Considere C1= 100pF e C2= 0,0047F.
(29) Fonte Chaveada
O conversor tipo BUCK pode ser visto como uma chave analógica seguida por
um filtro passivo passa-baixa de segunda ordem, formado pelos elementos
armazenadores de energia (indutor L e capacitor C) e a carga R.
Este filtro, com frequência de corte bem inferior a frequência de chaveamento,
deve permitir a passagem apenas da componente com nível DC (frequência zero), ou
seja, o valor médio do sinal de entrada Vi chaveado.
Deseja-se projetar uma fonte chaveada tipo BUCK para ser usada na saída de um
painel solar cuja tensão vale 12 V. A fonte deverá fornecer uma tensão de 5V na sua
saída. Determine o ciclo de trabalho (Duty cycle) necessário para este processamento.
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(30) Comparador Janela
Explique a funcionalidade do circuito a seguir. Sugira aplicações.
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(31) Projete um comparador de tensão capaz de acionar um motor DC e acender um
LED quando a tensão na entrada estiver no intervalo entre -3V e +5V. Apresente o
esquemático completo.
(32) Filtro com aproximação Butterworth
O filtro com aproximação Butterworth ganha o seu nome por ter sido a primeira
pessoa a desenvolver uma teoria sobre filtros. Stephen Butterworth, do Laboratório de
Pesquisa do Almirantado no Reino Unido (Admiralty Research Laboratory), publicou
seu trabalho em outubro de 1930, intitulado: "On the Theory of Filter Amplifiers" na
qual desenvolveu as equações básicas para um filtro maximamente plano para uso em
amplificadores valvulados RF (Radio Frequency). O artigo foi publicado na revista
intitulada “Experimental Wireless and Wireless Engineer”.
Como são distribuídos os pólos no plano S para um filtro com aproximação
Butterworth?
Determine a localização de todos os pólos no plano S (parte real e imaginária)
para um filtro passa baixa de sexta ordem com aproximação Butterworth e frequência
de corte de 10 kHz. Apresente a função de transferência H(s) e o respectivo
esquemático do circuito correspondente.
Oitavas na Banda de Áudio
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