Corso di Dispositivi Elettronici

Corso di Dispositivi Elettronici - A.A. 2006/07
Prof. S. Riva Sanseverino
Sessione autunnale (19/09/2007)
Dispositivi I: Quesito 1– Durata massima della prova: 1h45min
Dispositivi II: Quesito 3 – Durata massima della prova: 1h45min
Dispositivi 9CFU e V.O.: Quesito 1 + 2 – Durata massima della prova: 2h30min
Candidato:
Cognome .............................................
Nome
.............................................
Matricola .............................................
Dispositivi Elettronici Dispositivi Elettr. I
(V.O.)
(5 CFU)
Dispositivi Elettr. II
(5 CFU)
Dispositivi Elettronici
(2005/06) (9 CFU)
Elettro Domenica, detta Nica, è una giovane e brillante laureata in Ingegneria Elettronica
all’Università di Palermo. Viene subito contattata da una piccola azienda svizzera del cantone
di Waffanburg per un colloquio. La giovane, eccitatissima per la proposta, fa le valige e, in
men che non si dica, parte per Zurigo. Da lì decide di affittare un’automobile per raggiungere
lo sperduto villaggio nel quale ha sede l’azienda… ignara di ciò che il destino le ha riservato!
La poveretta sarebbe sicuramente meno eccitata e più preoccupata se sapesse che proprio tra
le montagne del Waffanburg si nasconde l’ultima tribù europea di selvaggi antropofagi…
Questi ultimi, approfittando del calar della sera, protetti dal muro di silenzio della celebre
omertà svizzera, la catturano e la portano al cospetto del loro capo! Il quale esclama:
- “Bene, bene… sei nostra prigioniera! I miei avi non avrebbero perso tempo e ti
avrebbero subito divorata! E, sfortunatamente per te, nel frattempo la cucina svizzera non è
migliorata un granché rispetto a quell’epoca… dunque saremmo tentati di mangiarti lo stesso,
dato che non ne possiamo più di fondute al formaggio.”
- “Pietà, capo… io sono italiana, di Palermo… se vuoi posso insegnarti a cucinare la
pasta con le sarde.”
- “E dove le vuoi trovare le sarde qui tra le montagne?!... Ho cambiato idea: dal Q.I. che
dimostri, puoi essere la sposa perfetta per uno dei miei figli… Non fai un cattivo affare e hai
pure l’imbarazzo della scelta. Sono ben quattro, tutti civilizzati, rispettosi delle leggi e dei
passaggi pedonali. E poi sono tutti e quattro neolaureati in Ingegneria Elettronica…”
- “Aaaah, no per pietà! Tutto quello che vuoi, ma mai sposare un ingegnere elettronico…
Gli ingegneri elettronici sono tutti brutti, pelosi, con la faccia da monitor e lo sguardo da
nerd… E poi, non capiscono assolutamente niente di elettronica.”
- “Piccola impertinente! Passi per il “brutti, pelosi, faccia da monitor e sguardo da nerd”
(il che è effettivamente vero)… ma i miei figli sono dei veri geni in elettronica!”
- “Davvero?! Facciamo allora un patto: Se i tuoi figli riusciranno a risolvere i quesiti di
Dispositivi Elettronici che adesso ti proporrò, mi sposerò con il più giovane di loro.
Altrimenti… non è che hai almeno un nipote, laureato in Scienze Politiche?...”
Aiutate questo povero padre di famiglia a trovare una ragazza per suo figlio 45enne
(neolaureato!), rispondendo ai seguenti quesiti.
QUESITO 1
Un cubetto di silicio, il cui spigolo misura l = 1 cm, è drogato con 1014 cm-3 atomi di boro
ed è mantenuto ad una temperatura costante di 180°C. Sapendo che il tempo di vita medio
delle cariche libere è τn = τp = 10 µs e sapendo che il semiconduttore viene illuminato per
100 µs con una sorgente in grado di generare 1019 cm-3 s-1 coppie elettrone-lacuna, si ricavino
le espressioni analitiche (al variare del tempo) della concentrazione di cariche libere np(t),
pp(t), e della resistenza elettrica del cubetto R(t), durante e dopo l’illuminazione; inoltre se ne
diagrammino in scala i relativi andamenti dall’istante t = 0 (accensione della sorgente
luminosa) sino all’istante t = 150 µs (vale a dire 50 µs dopo lo spegnimento).
QUESITO 2
Il cubetto di silicio del quesito precedente
viene inserito nel circuito rappresentato in figura,
in luogo della resistenza sull’emettitore RE.
Sapendo che il guadagno β del BJT è pari a 75, si
ricavi l’espressione analitica dell’amplificazione
di tensione Av(t) durante e dopo l’illuminazione e
si diagrammi in scala l’andamento del suo
modulo |Av(t)| (da t = 0, a t = 150 µs).
Sapendo infine che l’ampiezza del segnale vi
d’ingresso |vi|max è 1 mV e che la sua frequenza fi
è 100 kHz, si diagrammi in scala l’andamento
della tensione d’uscita vo(t) (da t = 0, a t =
= 150 µs), nell’ipotesi che la suddetta tensione
segua istantaneamente le variazioni di RE.
VCC = 9 V
RC = 640
Ci
≈∞
Co ≈
RB = 6,7
Ω
∞
vo
kΩ
Ω
RE(t)
VEE = - 2 V
QUESITO 3
Per il transistor, la cui struttura è riportata in figura in basso a sinistra, si consideri (con
ovvio significato dei simboli):
NDE = 1017 cm-3 , NAB = 5·1016 cm-3 , NDC = 1016 cm-3 , w0 = 1 µm (spessore metallurgico della
base), τn = τp = 1 µs.
Dopo aver calcolato il guadagno β di tale BJT npn, si dimensionino le resistenze del
circuito (in figura in basso a destra) in modo che risulti VCE = 5,7 V e IC = 1 mA.
Dopo aver dimensionato le resistenze, si calcolino infine le espressioni analitiche delle
tensioni d’uscita vo1 e vo2 in funzione della tensione d’ingresso vi, qualora il transistor venga
interamente illuminato da una radiazione in grado di generare 1024 cm-3 s-1 coppie elettronelacuna.
E
B
+VCC = 12 V
a
dE
RC
Co ≈
∞
w0
dC
RB
C
Ci ≈
b
a = 30 µm, b = 10 µm
dE = 30 µm, w0 = 1 µm, dC = 100 µm
vi
∞
vo1
vo2