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ELETRÔNICA ANALÓGICA E DIGITAL
1 Introdução aos circuitos lineares com amplificadores operacionais
- O gráfico a seguir apresenta a tensão de saída (Vo) em relação à tensão de entrada (Vi) de um circuito com amplificadores operacionais. A curva demonstrada no gráfico é característica do circuito com AmpOps na topologia: A. inversora.
- Calcule a saída Vo do circuito a seguir, sabendo que a tensão de entrada Vi é igual a +2,8V. B.+2,8V.
- Calcule a saída Vout do circuito com dois estágios a seguir, sabendo que a tensão de entrada Vin é igual a +1,5V e que os AmpOps são alimentados com uma fonte simétrica de +12V e -12V. D.-9V.
- Calcule a tensão de saída do AmpOp de instrumentação apresentado no circuito a seguir. Considere que os AmpOps são alimentados com uma fonte simétrica de +25V e -25V. D.-22V.
- Calcule a tensão de saída do circuito amplificador diferencial a seguir, considerando as seguintes tensões de entrada: Va = -2V e Vb = 3V. B.+15V. 1.2 Circuitos não lineares com amplificadores operacionais
- Os amplificadores operacionais, quando utilizados como comparadores, idealmente alternam entre as saturações negativa e positiva quando um sinal de entrada ultrapassa sua referência. Entretanto, os componentes reais apresentam uma região linear na qual ocorre essa transição. Considere um amplificador operacional com ganho em malha aberta de 114dB, e que sua região linear é delimitada pelas tensões de entrada de ±20μV. Qual é o nível de tensão de saturação desse amplificador? D. ±10,02V.
- Os comparadores com histerese são utilizados quando sinais de entrada ruidosos podem vir a disparar a saída de um comparador convencional. Para um comparador Schmitt trigger com saída inversora, como o da figura a seguir, deseja- se que a histerese esteja compreendida na faixa de ±2V. Considerando que o amplificador operacional utilizado sature em ±10V e que o resistor R1 = 2kΩ, determine o valor do resistor R2. B.8kΩ.
- Nos comparadores com histerese, a realimentação positiva é utilizada para reforçar o sinal de entrada de forma a manter a saída do amplificador operacional em saturação. São utilizados quando sinais de entrada ruidosos podem vir a disparar a saída de um comparador convencional. Você deve projetar um comparador Schmitt trigger com saída não inversora, como o da figura a seguir, em que a faixa de histerese seja de ±2V. Considerando que o amplificador operacional utilizado sature em ±10V, qual é a razão de R1 por R2? C. 5.
- Um amplificador de instrumentação é utilizado para aumentar o sinal de um sensor para que seja compatível com o nível de tensão na entrada do conversor A/D de um microcontrolador, que é de 5V, nesse caso. Para evitar efeitos de saturação, o sinal apenas poderá ser amplificado para 95% da tensão máxima. Supondo que RP = 5kΩ e R = 2MΩ, qual deve ser o valor absoluto do maior sinal diferencial a ser aplicado na entrada do amplificador diferencial? A. 5,9mV. 2.2 Amplificadores não inversores
- A realimentação negativa em um amplificador operacional é responsável por garantir um ganho estável na tensão de saída. Suponha que um amplificador operacional, alimentado com vCC+15 v e vEE = - 15V , tenha um sinal senoidal cuja tensão de pico seja de 1V aplicada à entrada não inversora, e a entrada inversora ligada ao terra. Os resistores de alimentação utilizados foram Rf=1,8 = 200Ω1 kΩ e R. Qual é o ganho em malha fechada e a tensão de pico do sinal de saída? A. AMF = 10 e Vout (p) = 10V.
- Internamente, os amplificadores operacionais são construídos a partir de diversos transistores nas mais diversas configurações. Assim, para que o ganho em malha fechada se mantenha constante, a frequência de um sinal de entrada deve ser limitada de acordo com parâmetros intrínsecos e extrínsecos. Determine o ganho de malha fechada e a largura de banda para o circuito a seguir. Considere uma frequência de ganho unitário de 20MHz para o amplificador operacional LF157A. Veja mais detalhes na imagem a seguir: D. AMF = 21 efMF = 909,1 KHz.
- Considere o circuito abaixo apresentado, onde o amplificador operacional possui um ganho constante pois está operando abaixo da frequencia de corte fc, e se mantem dentro das especificações. No circuito a seguir, o valor dos resistores são: R1=2kΩ e Rf=100kΩ. Qual deve ser a máxima tensão aplicada à entrada não inversora para que não haja saturação na tensão de saída? Veja mais detalhes na imagem a seguir: E. 290mV.
- Entre as propriedades de um amplificador operacional, o curto-circuito virtual permite que projetos sejam executados sem a necessidade de analisar complexos circuitos transistorizados. Sobre essa propriedade, é possível dizer que: E. não circula corrente nas entradas quando as entradas têm diferentes potenciais elétricos.
- Em um amplificador operacional ideal, a aplicação de um degrau de tensão na entrada provocaria um degrau de tensão na saída. Entretanto, nos amplificadores operacionais reais, essa variação súbita não é permitida, sendo chamada de taxa de inclinação a maior variação de tensão em curta duração. Qual propriedade justifica esse fato? B. A capacitância de saída. 3.1 O amplificador operacional real I
- As características ideais de um amplificador operacional (AmpOp) são distintas na prática. Para um AmpOp real, qual afirmação é verdadeira quanto às suas características? D. Impedância de entrada é finita.
- Um amplificador (AmpOp) operacional hipotético tem um grande degrau de tensão como tensão de entrada. A tensão de saída tem uma forma de onda exponencial que varia até 0,45V em 0,3μs. Qual o Slew Rate desse AmpOp? D. 1,5V/μs.
- O amplificador operacional LF411 apresenta um Slew Rate de 15 V/μs e está conectado a um circuito que proporciona uma tensão de saída com 4,5V de tensão de pico. Qual é a largura de banda de potência? C. 530kHz.
- Analisando os gráficos a seguir do amplificador operacional 741. Responda: qual é a razão de rejeição em modo comum quando a frequência de entrada é 100kHz? B.40dB.
- Para um determinado AmpOP, foram especificados um Slew Rate de 100V/μs e um ganho máximo em malha aberta de 125dB. Determine, aproximadamente, a largura de banda de potência para uma variação da tensão de saída de 20V pico a pico e o ganho do AmpOp no ponto da frequência de corte, supondo que esteja em malha aberta. D. 1,59MHz e 122dB. 3.2 O amplificador operacional real II
Calcule qual a resolução desse conversor digital-analógico? E. 0,45 V.
- No projeto de um conversor digital-analógico de 8 bits de escala binária ponderada com ADC557 da Analog Devices, consulte a folha de dados e responda qual a alteração de tensão do bit menos significativo? A. 10 mV 4.1 Lógica sequencial
- Os flip-flops são dispositivos digitais que armazenam estados enquanto estiverem alimentados. Há quatro tipos básicos deles, com formas diferentes de operação, sendo o mais básico de todos o flip-flop RS. Qual das alternativas a seguir apresenta um flip-flop cuja função é a mesma do flip-flop tipo RS, exceto no caso em que ambas as entradas estão ativas? C. Tipo JK.
- Considere que os FFs tipo T do circuito a seguir operam na borda positiva do sinal de clock e, inicialmente, todas as saídas diretas estão em 0. Qual será o valor, da esquerda para a direita, de cada uma das saídas diretas dos FFs quando o clock estiver saindo do nível alto pela terceira vez? B.1112.
- Três tipos diferentes de FF são utilizados conectados conforme a imagem a seguir. Todos atuam na borda negativa do
clock. Qual será o valor, da esquerda para a direita, de cada uma das saídas dos FFs na quarta borda positiva detectada? Considere, inicialmente, todas as saídas diretas estejam em 0. A.1002.
- Tanto contadores síncronos quanto assíncronos podem aproveitar as entradas assíncronas para alterar o padrão de contagem com início diferente do original, um valor limite de contagem que seja menor que a a capacidade binária. Qual das alternativas melhor descreve o contador da imagem? A. Contador assíncrono, crescente, com mínimo em 0 e máximo em 9.
- Um flip-flop tipo T alterna a saída quando recebe as entradas adequadas, porém a forma como sua saída é utilizada para orientar os flip-flops seguintes pode ditar a ordem de uma contagem ou modificar o padrão desta, não sendo, necessariamente, um avanço aritmético. Para que o circuito a seguir inverta a ordem de contagem, qual mudança poderá ser feita? B. A porta NAND deve receber todas as saídas Q e acionar os pinos CLEAR somente do segundo e no terceiro FF da esquerda para a direita. Também, ao invés da saída direta, deverão ser usadas as saídas invertidas para ativar os pinos de clock/habiltação dos FFs. 4.2 Lógica combinacional
- Assim como existem diferentes tipos de transistores e formas de polarização para cada um deles, também poderão ser construídos circuitos digitais aproveitando-se dessas diferentes tecnologias, cada qual com suas vantagens e desvantagens. Assinale a alternativa que melhor descreve as características da referida tecnologia utilizada para circuitos digitais. E. Devido às características de chaveamento de baixa potência e ao tamanho reduzido, o MOSFET utilizado nos circuitos CMOS permitiu que os circuitos digitais ampliassem em muito a frequências de processamento.
- A tabela verdade é o mapeamento de todas as saídas resultantes para cada uma das combinações de entradas
booleana simplificada utilizando-se apenas de critérios gráficos simples. Considerando o mapa de Karnaugh a seguir, qual alternativa representa a expressão mais simplificada? E. Amplificador diferencial (funcionamento e características principais)
- Considere o circuito amplificador diferencial a seguir: Ambos transistores Q1 e Q2 são idênticos e apresentam resistência de entrada ri = 20 kΩ e ganho β = 80. Suponha que na entrada Vi1 foi ligado um sinal com amplitude 200 mV e na entrada Vi2 foi ligado um sinal com amplitude 150 mV. É necessário obter uma saída diferencial com amplitude de +5 V. Qual deve ser o valor do resistor de coletor? A.25kΩ
- Como definição de projeto, seu amplificador diferencial deve ter CMRR de 40 dB. Sabendo que os transistores são iguais com resistência de entrada 2 kΩ e ganho β = 200, qual deve ser a resistência ligada ao emissor dos transistores? B. 1kΩ
- Um amplificador diferencial tem CMRR de 50, quando o resistor ligado a seu emissor tem valor 5 kΩ. Sua impedância de entrada é de 20 kΩ. Qual a resistência interna de entrada do transistor e seu ganho β? D. ri = 10kΩ e β = 100
- Um amplificador operacional é um componente cuja entrada é composta por um amplificador diferencial. Sua folha de dados informa que seu ganho de entrada diferencial é de 150.000 e seu CMRR é de 80 dB. Qual seu ganho em modo comum? EQUAÇÃO 1: AC = AD/CMRR =150.000/(1080/20) portanto AC = 15 C.
- Um amplificador diferencial utiliza, no lugar do resistor de emissor, um espelho de corrente, no qual seu transistor apresenta resistência de saída de 200 kΩ. Determine a razão de rejeição em modo comum se os transistores do amplificador diferencial têm como parâmetros ri = 10 kΩ e β = 100. EQUAÇÃO 1: CMRR = RE/(ri/β) = (200kΩ)/(10kΩ/100) portanto CMRR = 2000 E.2. Circuitos eletrônicos analógicos programáveis
- Tradicionalmente, dispositivos digitais, como microprocessadores e microcontroladores, adquirem, analisam e geram sinais analógicos usando conversores A/D e D/A. Qual destes fatores seria de maior limitação no processo de aquisição de um sinal analógico? A. A taxa de amostragem.
- Os FPAA são compostos por blocos analógicos configuráveis (CAB) que contêm diversas opções de configurações, de acordo com o modelo do dispositivo. A figura a seguir representa um CAB do FPAA ispPAC30, da empresa Lattice Semiconductor. Com relação ao amplificador operacional interno ao CAB desse dispositivo, qual seria sua função, sabendo que os componentes foram configurados como mostra a região destacada? D. Circuito somador inversor.
- Os memristores são dispositivos descobertos no fim da década de 2000, cujo tamanho nanométrico permite a criação de circuitos integrados analógicos programáveis inovadores. Observando o gráfico a seguir, é possível dizer que a memristência é função da razão entre a queda de tensão elétrica sobre ele e o fluxo de corrente que circula por ele. Adicionalmente, que outro parâmetro é responsável por modificar o comportamento desse componente? B. Frequência do sinal de tensão.
- As redes MOS são arranjos de transistores de efeito de campo que emulam uma rede R-2R para conversão digital- analógica (D/A), que também pode ser chamada de rede T-2T. Como se dá sua programação? E. Controlando-se a tensão no gatilho de cada transistor, alterando sua condução de corrente.
- Os FPAA são compostos por módulos analógicos configuráveis organizados matricialmente. Considere o trecho do
características dessa memória quanto ao tamanho do barramento de endereços, tamanho do barramento de dados, número de palavras, tamanho da palavra e à capacidade total de memória em bits? A. 12 bits, 8 bits, 4.096 palavras, 8 bits, 32.768 bits.
- Considere que você dispõe de uma CPU com barramento de 16 bits de endereços e um barramento de 8 bits de dados. Sabendo que você dispõe de memórias com capacidade de 16k x 8 bits, determine quantas memórias associadas em série serão necessárias para se obter a capacidade total de endereçamento da CPU. C. Quatro.
- Considere que você dispõe de uma CPU com barramento de 10 bits de endereço e um barramento de dados de 32 bits. Sabendo que você dispõe de memórias com capacidade de 1k x 4 bits, determine quantas memórias associadas em paralelo serão necessárias para se obter a capacidade total de endereçamento da CPU. E. Oito. Interface com o mundo analógico
- A imagem a seguir apresenta o diagrama esquemático de um conversor digital-analógico de quatro bits. Sabendo que a tensão de referência é de 6 volts e o dado digital de entrada é igual a 1001, marque a alternativa que indica o nível de tensão em módulo que o conversor irá gerar na saída. D. 3,6V.
- O conversor digital-analógico apresentado abaixo, cuja tensão de referência é de 16 volts, gera uma tensão na saída analógica de −4V. Sabendo que esse circuito possui uma rede de resistores R-2R, marque a alternativa que apresenta o dado digital de
entrada que gera esse nível de tensão na saída. Dica: considere que o bit mais significativo do dado é o D7. E. D7...D0 = 01000000.
- Sabendo que o conversor digital-analógico (D/A), a seguir, possui uma tensão de fundo de escala próxima de 10 volts, marque a alternativa que apresenta a resolução do conversor. A.39,2mV.
- Um conversor digital-analógico (D/A) de 4 bits de dado digital possui uma resolução de 1V. Qual é o número mínimo de bits que um conversor de mesma natureza deve possuir para melhorar a sua resolução em 100 vezes? E. 11 bits.
- Um conversor digital-analógico (D/A) de 8 bits de dado digital possui uma resolução de 0,1V. Qual é a resolução percentual desse conversor? C. 0,39%. Sistema de numeração digital
- Quais são os três tipos de sistemas numéricos mais utilizados em sistemas digitais? D. Binário, octal e hexadecimal.
- De que forma o número decimal 983 será representado no formato BCD? B. 1001 1000 0011 2.
- Qual é o produto da multiplicação dos binários 100102 e 10112? A. 110001102.
- Qual opção representa a correta conversão do número 1010112 para o sistema decimal? D. 43.
- Assinale a opção que apresenta as corretas conversões de sistema para o número hexadecimal F516. A. 111101012 / 3658 / 24510. Desenvolvimento físico de um sistema digital
- Considerando as caraterísticas dos projetos de circuitos integrados totalmente customizados (full-custom), pode-se dizer que: E. são circuitos cujos consumos de potência são melhores que os dos circuitos de gate array.
- Considerando as características estruturais de um FPGA básico, quais dos elementos abaixo não faz parte da estrutura de um FPGA? B. Gate array.
- As tabelas de consulta (lookup tables – LUT) dos FPGAs possuem sua estrutura interna baseada em uma
D.
- Uma lookup table possui a sua configuração interna de acordo com a Tabela 3. Considerando isso, determine o diagrama esquemático do circuito digital equivalente dessa configuração. C.
Componentes de blocos operacionais e aplicações
- Um microprocessador agrupa diversos circuitos lógicos a fim de possibilitar inúmeras soluções de forma dinâmica e compacta. Qual é o principal elemento de processamento onde a maior parte das operações acontece? B. Unidade lógica e aritmética.
- Os processadores não costumam acessar a memória principal a todo instante para reduzir o tempo de processamento. Para contornar esse problema, são utilizados registradores. Um deles, no entanto, se diferencia por servir tanto de entrada como de saída para os blocos operacionais. Que registrador é esse? B. Registrador acumulador.
- Contadores são utilizados para criar máquinas de estados. Existem contadores em formatos específicos para uso com máquina de estados que reduzem o tamanho do decodificador vinculado. Com base nessas informações, quantos flip- flops são necessários para criar uma máquina com quatro estados? D. Dois flip-flops do tipo D se utilizados no formato de contador Johnson.
- Os contadores em anel são muito utilizados no controle de máquinas de estado. Qual será a sequência de estados de um registrador de 3 bits configurado para operar como um contador Johnson? A. 0002 → 1002 → 1102 → 1112 → 0112 → 0012
- Considerando [A] como sendo o registrador acumulador de entrada paralela e saída serial (com quatro bits de multiplicador), dividido em [As] para receber a soma e [Am] que é iniciado com o multiplicador, [B] como sendo o registrador de multiplicando e [S] como a saída de um somador completo, cujas entradas são [B] e os quatro bits mais significativos do registrador [A],marque a alternativa que descreve a sequência de operações para a multiplicação entre os números 11012 e 102 utilizando um circuito de multiplicação por soma e deslocamento. D. [A] = 11012; [B] = 102; [S] → [As]; [A] → [A].
