prova esame FE_0 - Alessandra Flammini

FONDAMENTI DI ELETTRONICA, 3 CFU
Appello del XX/XX/20XX
60 minuti, min.5 punti dei quali almeno 2 nei problemi. -0,5punti se risposta errata
Cognome_________________________________ Nome_______________________ Matricola________
DOMANDE A RISPOSTA MULTIPLA
1) Il silicio intrinseco (1 Punto):
a) non ha portatori
b) ha ni coppie di portatori dove ni dipende dalla temperatura
c) ha portatori di tipo n o p a seconda del drogaggio
2) L’equazione caratteristica del diodo è (1 Punto):
a) V = Vt (eI/(n∙Io)-1), dove n≈1-2, Vt≈25mV e Io≈nA
b) I = Io(eV/(n∙Vt)-1), dove n≈1-2, Vt≈25mV e Io≈nA
c) I = Io(eV/(n∙Vt)-1), dove n≈1-2, Vt≈0,7V e Io≈mA
3) In un BJT npn in regione attiva diretta (1 Punto):
a) la giunzione JE è polarizzata direttamente e la giunzione JC è polarizzata inversamente
b) la giunzione JE è polarizzata inversamente e la giunzione JC è polarizzata direttamente
c) entrambe le giunzioni JE e JC sono polarizzate direttamente
4) Un amplificatore operazionale ha (1 Punto):
a) guadagno >> 1000
b) bassa impedenza d’ingresso
5) La famiglia logica RTL ha (1 Punto):
a) Livello “0” debole
b) Livelli “0” e “1” simmetrici
c) elevata impedenza di uscita
c) Livello “1” debole
FONDAMENTI DI ELETTRONICA, 3 CFU
Appello del XX/XX/20XX
60 minuti, min.5 punti dei quali almeno 2 nei problemi. -0,5punti se risposta errata
Cognome_________________________________ Nome_______________________ Matricola________
PROBLEMI
1) Descrivere perché un transistor bipolare npn si comporta differentemente da due diodi con anodo in
comune. 2 Punti
2) Si discuta il seguente problema di polarizzazione trovando il punto di lavoro (2 Punti)
Vp = 5V, R = 2000 Ohm, Vtn = 1V, k = 200µA/V2
Vp
R
Gnd
3) Si discuta il seguente circuito nell’ipotesi Vp=3V, indicando la funzione logica F tale che OUT = F(A,B,C,D)
e analizzando la propagazione dell’informazione a “0” e a “1” nei diversi stadi (2 Punti).
FONDAMENTI DI ELETTRONICA, 3 CFU
Appello del XX/XX/20XX
60 minuti, min.5 punti dei quali almeno 2 nei problemi. -0,5punti se risposta errata
Cognome_________________________________ Nome_______________________ Matricola________
SOLUZIONI
DOMANDE A RISPOSTA MULTIPLA
1) Il silicio intrinseco (1 Punto):
a) non ha portatori
b) ha ni coppie di portatori dove ni dipende dalla temperatura
c) ha portatori di tipo n o p a seconda del drogaggio
b
2) L’equazione caratteristica del diodo è (1 Punto):
a) V = Vt (eI/(n∙Io)-1), dove n≈1-2, Vt≈25mV e Io≈nA
b) I = Io(eV/(n∙Vt)-1), dove n≈1-2, Vt≈25mV e Io≈nA
c) I = Io(eV/(n∙Vt)-1), dove n≈1-2, Vt≈0,7V e Io≈mA
b
3) In un BJT npn in regione attiva diretta (1 Punto):
a) la giunzione JE è polarizzata direttamente e la giunzione JC è polarizzata inversamente
b) la giunzione JE è polarizzata inversamente e la giunzione JC è polarizzata direttamente
c) entrambe le giunzioni JE e JC sono polarizzate direttamente
a
4) Un amplificatore operazionale ha (1 Punto):
a) guadagno >> 1000
b) bassa impedenza d’ingresso
a
5) La famiglia logica RTL ha (1 Punto):
a) Livello “0” debole
b) Livelli “0” e “1” simmetrici
c
c) elevata impedenza di uscita
c) Livello “1” debole
FONDAMENTI DI ELETTRONICA, 3 CFU
Appello del XX/XX/20XX
60 minuti, min.5 punti dei quali almeno 2 nei problemi. -0,5punti se risposta errata
Cognome_________________________________ Nome_______________________ Matricola________
PROBLEMI
1) Descrivere perché un transistor bipolare npn si comporta differentemente da due diodi con anodo in
comune (equivalente alla base). 2 Punti
Soluzione
Nel caso dei diodi, in nessun modo può esservi conduzione tra i due catodi. Nel caso del transistor npn, il
collettore ha una bassa concentrazione di drogante e quindi una regione di carica spaziale molto larga; un
elettrone che si presenta all’emettitore viene attratto verso la base, ma non si ricombina nella base, che è
molto stretta, con larghezza inferiore alla larghezza di diffusione, ma viene catturata dall’ampia regione di
carica spaziale del collettore e quindi, dall’emettitore fluisce verso il collettore (la corrente fluisce dal
collettore verso l’emettitore).
2) Si discuta il seguente problema di polarizzazione trovando il punto di lavoro (2 Punti)
Vp = 5V, R = 2000 Ohm, Vtn = 1V, k = 200µA/V2
Vp
R
Soluzione
Trovare il punto di lavoro significa fare delle ipotesi sulla regione di funzionamento
del MOS, calcolare i parametri (IDS, VDS) e verificare la validità delle ipotesi.
Ipotesi saturazione. VGS-Vth<VDS>0 e ID=(k/2)(VGS-Vth)2
IG = 0 e VGS = Vp = 5V e ID=(k/2)(VGS-Vth)2 = 1,6mA
ma allora VDS = Vp – R*ID = 1,8V. Verifica ipotesi saturazione: VDS>VGS-Vth NO!
Ipotesi funzionamento lineare. VGS-Vth>VDS>0 e ID=k(VGS-Vth)VDS
ID = k(VGS-Vth)VDS = 0,8*10-3VDS e VDS = Vp – R*ID = 5 - 2000*ID
Risolvendo il sistema si ha:
ID = 4*10-3 – 1,6*ID da cui ID = (4/2,6) mA = 1,54 mA e VDS = 5-3,08 = 1,92 V
Verifica ipotesi funzionamento lineare: VGS-Vth>VDS OK!
Gnd
3) Si discuta il seguente circuito nell’ipotesi Vp=3V, indicando la funzione logica F tale che OUT = F(A,B,C,D)
e analizzando la propagazione dell’informazione a “0” e a “1” nei diversi stadi (2 Punti).
Il circuito rappresenta tre stadi del circuito “vince il minore” che quindi si comporta come una porta AND.
Si avrebbe quindi OUT = F(A,B,C,D) = A and B and C and D, ossia un AND a 4 ingressi. La propagazione
dell’informazione a “1” non rea problemi ovunque si applichi l’”1”. Infatti, se si pensa di applicare Vp ai
quattro ingresso, nessuno dei due diodi direttamente connessi ad A o B conduce e sull’anodo comune ho
tensione Vp, ossia l’”1” ideale, che quindi, analogamente, si propaga fino all’uscita (nessuno dei 6 diodi
conduce). Se invece si applica “0”=gnd ad uno degli ingressi, vi è conduzione da OUT all’ingresso a “0”
attraversando un numero variabile di diodi in conduzione che operano una traslazione di tensione. Se ad
esempio applico “0” a D avrò in uscita 0,7V che può ancora essere considerato come uno “0”; se invece
applico “0” a B avrò in uscita 3*0,7V =2,1V che può essere interpretato come “1” portando ad un errato
trasferimento dell’informazione (nel caso si applichi “0” a B il precorso di conduzione tra OUT e B attraversa
tre diodi che traslano verso l’alto il segnale di 0,7V ciascuno)