2ª Frequência 01-2002

Instituto Superior de Ciências do Trabalho e da Empresa
FUNDAMENTOS
DE
ELECTRÓNICA
ETIB1/ETIB2
2ª Frequência 01/02
I. Semicondutores
1. Considere o seguinte semicondutor de silício puro, ao qual está aplicada uma diferença de
potencial de 2V. Assumindo que a distribuição de carga é uniforme, e que a=1cm, responda
às seguintes alíneas:
a) Defina um referencial na figura e calcule a equação que define o potencial eléctrico ao
longo do semicondutor. Calcule e represente o campo eléctrico e a força eléctrica
exercida sobre um electrão livre e sobre uma lacuna.
b) Represente esquematicamente, justificando, a forma como se ligam os átomos neste
tipo de semicondutor e identifique o(s) tipo(s) de carga móvel e a forma como se
movimenta(m) na estrutura.
c) Calcule a condutividade do material e a resistência deste troço de semicondutor à
temperatura ambiente. Calcule e represente a corrente eléctrica e o vector densidade
de corrente eléctrica.
d) Calcule a variação (%) da concentração de electrões livres quando a temperatura é
aumentada para (120ºC). Qual o efeito que espera observar na conductividade.
2. Descreva as diferenças entre corrente de difusão e corrente de deriva.
II. Díodos
1. Considere o seguinte circuito em que Vth0.7V, Is=10-15A e que VZ=-7V:
a) Indique justificando a zona de funcionamento do díodo. Prove-o, e prove que a hipótese
contrária é incoerente.
b) Represente esquematicamente, justificando, a distribuição de carga fixa (iões) no
díodo quando inserido neste circuito. Explique a relação entre estas cargas e a tensão
de threshold.
c) Descreva a movimentação da carga móvel no díodo e explique as causas e consequências
da recombinação.
d) Represente graficamente a característica do díodo e a recta de carga do circuito.
Indique o ponto de funcionamento em repouso, e calcule os valores aproximados de VD
e ID.
e) Calcule a condutância incremental do díodo g D 
I D
e represente o seu modelo
VD
incremental equivalente.
2. Considere o seguinte circuito:
VA
VB
10V
-5V
5V
-10V
10V
3V
DA
DB
IA
IB
VO
Indique justificando as zonas de funcionamento (condução ou corte) dos díodos e os
valores das correntes e da tensão de saída VO, para a tabela de valores apresentada.
Considere o modelo de tensão constante do diodo, assumindo Vth=0.6V.
III. Transístores de Junção Bipolar (TJBs)
1. Considere a seguinte montagem e assuma que Vth=0.6V, Rb=1.5k, Re=600, F=210,
Vb=10V, VC=20V e |vi|=0.01V.
a) Obtenha os valores das tensões e correntes DC que estabelecem o ponto de
funcionamento em repouso. Verifique que o TJB está na zona activa directa.
b) Calcule o valor de gm 
I C
correspondente e represente o modelo incremental da
VBE
montagem. Deduza as fórmulas do ganho incremental de tensão e calcule o seu valor.
c) Comente o ganho incremental de corrente da entrada para a saída, e indique aplicações
práticas para esta montagem.
IV. Transístores de Efeito de Campo (MOSFETs)
1. Represente fisicamente um transístor de efeito de campo do tipo NMOS e explique o seu
princípio de funcionamento. Explique as suas diferentes zonas de funcionamento, e o
estado do canal em cada caso.
2. Considere a seguinte montagem em que o TEC-NMOS é usado como amplificador e em que
kn 
W
 5mAV 2 , RD=4k, VGS=2.0V e Vth=0.7V. Considere que a amplitude da fonte de
L
sinal |vgs|=0.01V e f=5kHz.
a) Determine o valor mínimo de VDD que garante a polarização do TEC na zona activa.
b) Admitindo que VDD=20V, obtenha os valores das tensões e correntes DC que
estabelecem o ponto de funcionamento em repouso do circuito.
c) Calcule o valor de gm 
I D
e represente o modelo incremental desta montagem.
VGS
Deduza as fórmulas do ganho incremental de tensão entre a entrada e a saída do
circuito.
d) Represente a evolução temporal dos sinais de entrada e de saída tal como os esperaria
observar no osciloscópio.
Formulário:
I   J .n s
J  E
E   V
S
  n   n  p   p  q

ni  B  T  
3

Eg
k T
cm 
6


1
n  n  p   p  q

BSi  2.48 1031 K 3cm 6
 VVD

I D  I S    T  1




IC  IS  e
V BE
VT
k n   n Cox
I ds  k n
W
L
I ds 
l
A
q  1.609  10-19 C 
 p 300K   480 cm 2V 1 s 1 
n 300K   1350 cm 2V 1s 1 
2
1
R 
v  E

k  8.62  10-5 eV  K 1

VT 

EgSi   1.1 eV 
kT
q
T  300 K
 25mV
IC  F I B
r 
k p   p Cox
Cox 

gm
 ox
tox
1 2

 ( v gs  Vt )  v ds  v ds 
2


se v ds  v gs  v t
(zona linear ou de tríodo)
kn W
  ( v gs  Vt ) 2
2 L
se v ds  v gs  v t
(zona activa ou saturação)