Primo esonero di Elettronica Analogica Nome:_____________________________ Cognome:___________________________ Matricola:___________________________ e-mail:_____________________________ 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: