Avaliação de Eletrônica Digital Profº. Aguiar Data: 27/10/2005

Aluno: Nº Série: 2BE

Caro Aluno,

Antes de iniciar a prova faça uma leitura geral do texto. Caso tenha alguma dúvida, esclareça com seu professor somente nos 15 minutos iniciais da prova. Não é permitido o uso de objetos que auxilie os cálculos. Use caneta esferográfica azul ou preta. Respostas a lápis não serão consideradas. O prazo para revisão da correção da prova é de 48 h após o recebimento do documento corrigido. Procure a Secretaria, com a prova em mãos e preencha o requerimento para a revisão. Lembre-se: não é permitido “colar”. Mantenha a calma e boa prova!

1. (0,5 pontos) A figura abaixo mostra a forma de onda Vax durante um ciclo completo de conversão para um conversor A/D de aproximações sucessivas de seis bits com um tamanho de degrau de 40 mV. Examine esta forma de onda e descreva o que está ocorrendo nos instantes t0 a t5. Determine, então, a saída digital resultante.

2. (0,6 pontos) Se o peso de A0 da figura abaixo é 0,01V, determine:

a) Tamanho do degraub) Saída de fundo de escala e resolução percentualc) Vout para D1C1B1A1 = 0111 e D0C0B0A0 = 0110

3. [0,5 pontos] Determine os tempos máximos de conversão de um conversor A/D de rampa digital de 10 bits e de um conversor A/D de aproximações sucessivas de 10 bits, no caso de ambos utilizarem a freqüência de clock de 1000 K Hz.

4. (0,5 pontos) Para um conversor A/D tipo contador, com tamanho de degrau de 10 mV e 12 bits de resolução, determine a faixa de valores analógicos de entrada que produzirão uma saída digital de 0100011100.

1. Um conversor A/D de aproximações sucessivas de oito bits tem uma resolução de 20 mV. a) Qual será sua saída digital para uma entrada analógica de 2,17V?b) Trace o gráfico de saída VAX.

5. Indique a alternativa correta:(a) Um conversor D/A de 10 bits tem uma resolução menor do que a de um de 12 bits, para a mesma saída de fim de escala.(b) Um conversor D/A de 10 bits com tensão de fim de escala igual a 10 V tem uma resolução percentual menor do que um de 10 bits com uma tensão de fundo de escala igual a 12 V.

NOTA:

(c) O conversor A/D por aproximação sucessivas tem um tempo de conversão fixo, que não depende do sinal analógico presente em sua entrada. (d) Os fabricantes de conversores A/D expressam a precisão de seus produtos de diversas maneiras diferentes. As duas formas mais comum são através do tempo de estabilização e da tensão de compensação.(e) O tempo de conversão de um conversor por aproximações sucessivas cresce à medida que a tensã analógica cresce.

6. (0,5 pontos) Indique, a assertiva correta:

a) O conversor A/D de aproximações sucessivas, tem circuitos mais complexos do que o conversor A/D o de rampa digital, mas seu tempo de conversão é muito maior, quando, comparado ao de rampa digital.

(b) A estrutura básica do conversor de aproximações sucessivas é similar a do conversor de rampa digital. Entretanto, o conversor A/D de aproximações sucessivas utiliza um contador para fornecer a entrada do bloco conversor A/D; em vez de um registrador.(c) O conversor A/D flash não utiliza sinal de clock porque não necessita de nenhuma temporização e a conversão se realiza continuamente.(d) O tempo de conversão de um conversor A/D por aproximações sucessivas aumento conforme a tensão a analógica de entrada aumenta.(e) O conversor A/D de rampa digital é o mais complexo de compreender mas é utilizado com muita reqüência devido ao seu tempo de conversão constante.

7. (0,5 pontos) Para um conversor A/D tipo contador, com tamanho de degrau de 10 mV e 10 bits de resolução, determine a faixa de valores analógicos de entrada que produzirão uma saída digital de 0100011100.

8. (0,5 pontos) Dada a figura mostrada abaixo, determine: a) a resolução; b) a resolução percentual; c) a saída digital quando é aplicado na entrada um valor de VA = 1,6 V;

9. (0,5 pontos) Para cada uma das seguintes afirmações julgue se Verdadeiro ou Falso.

Quando se processa um sinal analógico, a saída pode ser distorcida em virtude das seguintes razões: a) Erro de quantização quando se converte um sinal de analógico em digital.b) Variações de temperatura nos componentes do circuito.c) Ruído elétrico na fonte de alimentação.d) Os componentes de alta freqüência associadas a transições rápidas de tensão de saída do DAC. e) Uma amostragem do sinal original em uma freqüência não suficiente.

10. Para cada uma das seguintes afirmativas, indique o(s) tipo(s) de conversor(es) A/D que melhor se encaixa na firmação analisada, em rampa, o instantâneo ou o por aproximações sucessivas.a) Método de conversão mais rápido.b) Não utiliza um conversor D/A.c) Necessita de pulso de início.d) Precisa de muita lógica.e) Utiliza um comparador analógico.

11. (0,5 pontos) Para cada afirmação, indique qual(is) tipo(s) de ADC está(ão) sendo descritos(s).

a) Usa um contador que nunca é resetado para 0.b) Usa um VCO.c) Usa um capacitor.d) Não usa DAC.e) Usa um grande número de comparadores.

12. (0,5 pontos) Para um conversor A/D tipo contador, com tamanho de degrau de 10 mV e 10 bits de resolução, determine a faixa de valores analógicos de entrada que produzirão uma saída digital de 0100011100.

13. (1,0 ponto) A figura abaixo mostra um conversor D/A com saída em corrente.Com Vref = 5V, R = 20 K e Rf = 1K, determine o tamanho do degrau e a tensão de fundo de escala de Vout.

Altere o valor de Rf de modo que a tensão de fundo de escala de Vout seja –2V.

14. (2,5 pontos) Mostrar a forma de onda da saída com conversor D/A da figura abaixo:

Endereço (Hex) Conteúdo (Hex)0 801 422 ED3 014 F35 396 8C7 B58 1A9 FFA 09B D2C 6AD 57E E0F 04

15. (0,5 pontos) Determine os tempos máximos de conversão de um conversor A/D de rampa digital de 10 bits e de um conversor A/D de aproximações sucessivas de 10 bits, no caso de ambos utilizarem a freqüência de clock de 1000 K Hz.

16. Descreva passo a passo o funcionamento de um conversor A/D por aproximações sucessivas.

17. Faça um diagrama lógico para um conversor A/D do tipo flash, para que a sua saída tenha 3 bits.

18. Desenhe a forma de onda para o conversor A/D da figura abaixo. Considere que o conversor seja primeiramente inicializado, e em seguida receba uma tensão de entrada. 0 V a 4,5 V a 8,3 V a 6,6 V a 7,8 V a 10, 5 V.

19. Descreva a operação básica de um conversor A/D.

20. Um conversor D/A de oito bits tem uma saída de 3,92 mA para uma entrada de 01100010. Qual é o tamanho do degrau do conversor? Quantos degraus têm este conversor? Qual a sua corrente de fundo de escala (último degrau)?

21. Qual dos itens a seguir descreve a operação básica de um conversor A/D de rampa dupla? 

  A tensão de entrada é usada para ajustar a freqüência de um oscilador controlado por tensão (VCO). O VCO pára de variar a freqüência quando a tensão de entrada estabiliza. A freqüência do VCO, que é proporcional à tensão de entrada analógica, é medida e mostrada num display digital.

  Um gerador de rampa é usado para habilitar um contador através de um comparador. Quando a tensão da rampa se iguala à tensão de entrada, a saída do contador é memorizada e, em seguida, o mesmo é resetado. O valor de saída do contador é proporcional à tensão de entrada visto que a rampa varia em uma taxa constante em V/segundo.

  Uma tensão na forma de rampa e a tensão de entrada analógica são aplicadas em um comparador. Conforme a tensão de entrada faz com que o capacitor de integração varie a tensão, em algum ponto esta tensão será igual à tensão da rampa. A tensão da rampa é medida e mostrada em um medidor com painel digital.

  Qualquer um dos itens anteriores pode estar correto, dependendo do tipo específico de conversor A/D envolvido.

22. Desenhe a forma de onda para VAX, resultante do processo de conversão A/D por aproximações sucessivas, realizada pelo conversor da figura abaixo, para VA = 6,7 V.

23. a) Quantos comparadores são necessários à construção de um conversor A/D instantâneo (Flash) de 12 bits? b) Cite a maior vantagem e a maior desvantagem de um conversor A/D instantâneo.

24. Um conversor A/D por aproximação sucessivas, tem dez bits e uma resolução de 5 mV. Qual será a saída digital para uma entrada de 2,12 V? Se o conversor usar uma freqüência de clock de 500 kHZ, determine o tempo de conversão necessário para esta tensão de entrada.

25. Um conversor A/D de rampa digital de oito bits com uma resolução de 40 mV utiliza uma freqüência de clock de 2,5 MHZ e um comparador com VT = 1 mV (tensão de limiar). Determine: a) a saída digital para VA= 6,00 V, b) a saída digital para 6,035 V.

26. Um conversor Digital Analógico (DAC) com 8 bits de entrada tem valor de tensão de saída máximo de 5,1 V e mínimo de 0 V. Portanto, cada combinação binária de entrada representa um tamanho de degrau de tensão de saída, determine seu valor correspondente .

28. [0,5 pontos] Se um conversor D/A de oito bits produz uma tensão de saída de 2,0V para uma tensão de entrada igual a 011001002, uma entrada digital igual a 101100112 sem uso de bit de sinal, resultará em tensão de saída igual a:

A) 1,79V.B) 3,30V.C) 3,58V.D) 6,40V.E) 3,27V.

29. [1,0 ponto] Considere o DAC de entradas ponderadas representado na figura 6.9, e esboce a sua saída, vO, se forem aplicados na entrada os sinais representados na figura 6.10. A entrada D0 é o bit menos significativo (LSB) e D3 o mais significativo (MSB).

30. [0,5 pontos] Suponha que um conversor digital-para-analógico BCD de três dígitos possua uma saída em escala

total de 49,95 mA. Qual é a resolução do DAC? Quantos passos de saída possíveis esse DAC pode produzir?

31. [0,5 pontos] Indique a alternativa correta:

a) Um conversor D/A de 10 bits tem uma resolução menor do que a de um de 12 bits, para a mesma saídade fim de escala.

b) Um conversor D/A de 10 bits com tensão de fim de escala igual a 10 V tem uma resolução percentual menor do que um de 10 bits com uma tensão de fundo de escala igual a 12 V.

c) O conversor A/D por aproximação sucessivas tem um tempo de conversão fixo, que não depende do sinal analógico presente em sua entrada.

d) Os fabricantes de conversores A/D expressam a precisão de seus produtos de diversas maneiras diferentes. As duas formas mais comum são através do tempo de estabilização e da tensão de compensação.

e) O tempo de conversão de um conversor por aproximações sucessivas cresce à medida que a tensã analógica cresce.

32. Considere o DAC representado na figura 4. Assuma o caso particular de um DAC deste tipo ter 8 bits e Rf=1 kΩ. Determine o valor da maior resistência para implementar um conversor de 8 bits.

33. [1,0 ponto] Um conversor A/D de rampa digital de oito bits com uma resolução de 40 mV utiliza uma freqüência de clock de 2,5 MHZ e um comparador com VT = 1 mV (tensão de limiar). Determine: a) a saída digital para VA= 6,00 V, b) a saída digital para 6,035 V.

34. Indique, a assertiva correta:

(a) O conversor A/D de aproximações sucessivas, tem circuitos mais complexos do que o conversor A/D o de rampa digital,mas seu tempo de conversão é muito maior, quando, comparado ao de rampa digital.(b) A estrutura básica do conversor de aproximações sucessivas é similar a do conversor de rampa digital.Entretanto, o conversor A/D de aproximações sucessivas utiliza um contador para fornecer a entrada do bloco conversor A/D; em vez de um registrador.(c) O conversor A/D flash não utiliza sinal de clock porque não necessita de nenhuma temporização e a conversão se realiza continuamente.(d) O tempo de conversão de um conversor A/D por aproximações sucessivas aumento conforme a tensão a analógica de entrada aumenta.(e) O conversor A/D de rampa digital é o mais complexo de compreender mas é utilizado com muita freqüência devido ao seu tempo de conversão constante.

35. [1,0 ponto] As tensões de saída para as entradas 0101, 1001 e 1100 no conversor D/A abaixo, independentemente do valor da tensão de alimentação do A.O., valem, respectivamente, em V:

A) -5, 9, -12;B) -5, -9, 12;C) 5, -9, -12;D) -5, 9, 12;E) -5, -9, -12.

36. [0,5 pontos] O circuito a seguir é o de um conversor digital analógico.

Para o código de entrada em binário a seguir, determine o valor da tensão de saída do conversor digital analógico, em volts.

37. [1,0 ponto] Um conversor A/D por aproximação sucessivas, tem dez bits e uma resolução de 5 mV. Qual será a saída digital para uma entrada de 2,12 V? Se o conversor usar uma freqüência de clock de 2.000 MHz, determine o tempo de conversão necessário para esta tensão de entrada. Esboce a saida Vo.

38. [0,5 pontos] Considere um DAC de entradas ponderadas de 12 bits, e determine a razão entre as resistências correspondentes ao LSB e MSB, respectivamente.

39. [0,5 pontos]

40. [1,0 ponto] A figura 6 mostra o circuito de um conversor de digital para analógico (DAC) de N bits. A saída analógica é constituída pela corrente io.a) Mostre que,

b) Para Vref=5 V, R=5 kΩ e N=4, determine o valor máximo de io;

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44. [2,0 pontos] A figura a seguir mostra o diagrama em blocos de um conversor A/D

Esse diagrama utiliza o método

(A) dupla inclinação.(B) flash ou paralelo.(C) aproximações sucessivas.(D) sigma delta(E) rampa digital

45. [1,0 ponto] Um conversor Digital Analógico (DAC) com 8 bits de entrada tem valor de tensão de saída máximo de 5,1 V e mínimo de 0 V. Portanto, cada combinação binária de entrada representa um tamanho de degrau de tensão de saída correspondente a

46. [2,0 pontos] De acordo com a Figura 10-4, o que deve aparecer na tela do osciloscópio se o conversor A/D estiver funcionando adequadamente?

i. O osciloscópio deve mostrar uma contagem binária seqüencial com o LSB situado do lado esquerdo e o MSB

situado do lado direito da tela.

ii. Deve aparecer uma figura de Lissajous no formato circular resultado da aplicação simultânea de rampas nas entradas vertical e horizontal do osciloscópio.

iii. Deve aparecer uma figura de uma escada uniforme.iv. Deve aparecer algo como uma linha reta na tela em função das tensões aplicadas serem iguais porém opostas nas

entradas do osciloscópio.

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