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