Si calcoli la resistività del silicio drogato con atomi donatori con

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Primo esonero di Elettronica Analogica
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Esame_____________________________
Esercizio n°1 (12%)
Si consideri una barretta di silicio drogata di tipo n alla temperatura di 273 gradi Kelvin.
Una quantità incognita di radiazione elettromagnetica incide in x=0 generando coppie
elettrone-lacuna in quantità tale da variare apprezzabilmente solo la concentrazione
delle cariche di minoranza p.
A
tipo “n”
n=ND
X
p(x) X=0
p’
o
1. Scrivere la legge esponenziale con
cui queste cariche minoritarie diffondono lungo x.
2. Se l’eccesso di lacune in x=0 vale P0’(x=0)=3·104 cm-3 determinare per quale x>x1 la
concentrazione di lacune è prossima al valore di equilibrio P0, cioè determinare il
valore x1 per cui la seguente relazione è soddisfatta P(x>x1)<P0 (1.1).
po
Dati del problema:
x
 Concentrazione intrinseca: n0i = 1.45*·1010 cm-3
17
-3
 Concentrazione di atomi donori ND=10 cm
 Carica dell'elettrone: q = 1.6·*10-19 C
 Mobilità degli elettroni: µn = 1260 cm2/[V·s]
 Mobilità delle lacune: µp = 460 cm2/[V·s]
 Tempo medio di ricombinazione delle lacune: τp =20*10-9 [s],
 Tempo medio di ricombinazione degli elettroni: τn =45*10-9 [s]
Esercizio n°2 (10%)
Data la giunzione pn, come mostrata in figura,
Dati:
 Concentrazione intrinseca: ni = 3*1010 cm-3
 Concentrazione donori: ND =5.0*1017 cm-3
 Concentrazione accettori: NA = 1.8*1015 cm-3
 T=100K
1. disegnare l’andamento approssimato di:
 carica spaziale (x)
 campo elettrico E(x)
 potenziale elettrostatico V(x)
avendo cura di mostrare dove è nulla la carica spaziale e in che proporzione si estende
lungo la giunzione. Scrivere inoltre le relazioni che vengono sfruttate per disegnare i
profili.
2. Calcolare il potenziale elettrostatico di built-in della giunzione
Calcolo del potenziale
(x)
elettrostatico di built-in
x
x=-L/2
x=0
x=L/2
E(x)
x
x=-L/2
x=0
V(x)
x=L/2
x
x=-L/2
x=0
x=L/2
Esercizio n°3 (18%)
Dato il circuito di figura, dimensionare i valori delle resistenze incognite (R1 R2 RC)
affinché il BJT pnp operi in regione attiva. Calcolare inoltre la potenza fornita
dall’alimentazione.
Dati:
Circuito:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
VCC=-12 V
Vi=3*sin(ωt) V
Ip=20μA
RE1=0,5 KΩ
RE2=1 KΩ
VCEQ=-5 V
ICQ=-2 mA
RL=2 KΩ
hFE=250
VBE=-0.65 V
Esercizio n°4 (10%)
Descrivere il funzionamento di un transistore MOS a svuotamento e di uno ad
arricchimento, spiegando, nei due casi, il significato della tensione di soglia VT.
Disegnare quindi, in modo qualitativo, il profilo del canale per entrambi i
transistori per VDS=0 e VDS≠0, le caratteristiche d’uscita e la caratteristica di
trasferimento.
Esercizio n°5 (10%)
Descrivere il principio di funzionamento di un fotodiodo al buio e in condizioni di
illuminazione, definendo le grandezze Is e VF.
Disegnare la curva di trasferimento all’aumentare della radiazione incidente e
indicare sul grafico il valore della resistenza di carico ottima.
Esercizio n°6 (20%)
Dato il circuito di figura, indicare lo stato di polarizzazione del transistor bipolare,
giustificando la risposta.
Dati:
Circuito:








VCC = 15 V,
VB1 = 5 V,
R1 = 1000 Ω,
R2 = 500 Ω,
R3 = 500 Ω,
RC = 100 Ω,
RE = 100 Ω.
VCC
RC
R3
R2
Q:
 VBE = 0.7 V,
 hfe = 100,
 VCEsat = 0.2 V
R1
VB1
RE
Esercizio n°7 (20%)
Dato il circuito di figura determinare l'andamento della tensione di uscita V out al
variare della tensione d’ingresso Vin e tracciarne il grafico evidenziando in modo
chiaro i punti di scatto dei diodi.
Dati:









Circuito:
VB = 5 V
R1 = 0.5 kΩ
R2 = 1 kΩ
R3 = 1 kΩ
R4 = 2,5 kΩ
D1 diodo ideale
D2 diodi Zener
Vz = -7V
-15 V ≤ Vin ≤ 15 V
Note

Considerare V=0V per i
diodi in conduzione diretta.
Transcaratteristica:
R1
R2
Vout
R3
+
D1
Vin
R4
D2
VB
-
+
C
vout
vin
Svolgimento:
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