Exercícios de Semicondutores

Exercícios de Transístores de Junção Bipolar
(Paulo Lopes 2003, ISTCTE)
S - Microelectronic Circuits, Sedra/Smith, quarta edição
M – Circuitos com Transístores Bipolares e MOS, M. Medeiros Silva
1. SE4.1 – Considere um transístor npn com vbe  0.7V para uma corrente
iC  1 mA . Determine o valor vBE para iC  0.1mA e iC  10mA .
Solução: 0.64V e 0.76V
2. SE4.2 – Transístores de um determinado tipo são especificados para terem
valores de  entre 50 e 150. Determine a variação do parâmetro  .
Solução: 0.980 a 0.993
3. SP4.2 – Um transístor npn tem uma área de emissor dado por 10m  10m . A
concentração de impurezas no emissor é de N D  1019 / cm 3 , na base é de
1017 / cm 3 e no colector é de N D  1015 / cm 3 . O transístor opera a uma
temperatura de T  300k , onde ni  1.5  1010 / cm 3 . Para o caso de difusão de
electrões na base tem-se Ln  19m e Dn  21.3cm 2 / s . Para o caso de difusão
de lacunas no emissor temos LP  0.6m e DP  1.7cm 2 / s . Calcule o valor de
I S e de  assumindo uma largura da base de,
a) 1 m
b) 2 m
c) 3 m
4. SP4.5 – Medidas efectuadas numa variedade de transístores não estão totalmente
completas ou com erros. Os dados conhecidos estão representados na tabela em
baixo. Determine os valores em falta e detecte possíveis inconsistências.
Aparelho Ic(ma) Ib(ma) Ie(mA) alfa Beta
a
10
10.1
100
b
0.02
1.12
c
0.63
0.984 63
d
98.0
99.0
0.990 98
e
0.001
0.011
10
f
10.0
0.2
10.1
100
g
10.1
0.1
10.0
0.99
-1-
h
i
0.990
0.010
0.015
0.995
99
193
5. Calcule o valor de  e  r de um transístor BJT, com ND(emissor) = 1016 ,
ND(colector)=1012 e NA=1013, W  0.5m , LP  Ln  7 m e assumindo Dn b  L2n .
6. SP4.16 - Um transístor pnp tem Vbe=0.8V para uma corrente de colector de 1A.
Quais são os valores esperados de Vbe para a) Ic = 10mA e b) Ic = 5A.
7. SP4.20 - Medidas nos circuitos das figuras resultaram nas tensões indicadas.
Determine o valor de  de cada transístor.
5V
5V
V1
V1
+4.3V
+4.3V
Q1
Vo
R2
R1
430kohm
2kohm
R2
20kohm
10V
R3
20kohm
Vo
9V
Q1
R2
150kohm
R1
230ohm
b)
+8.3V
Vo
+2.3V
+2V
a)
V1
Q1
R1
1kohm
c)
-2-
8. SP4.24 - Um BJT cuja corrente de emissor está fixa em 1mA tem uma tensão
base emissor de 0.67V aos 25ºC. Qual é a tensão que espera nos 0ºC e nos
100ºC?
9. SP4.33 – Uma única medição indica que a tensão no emissor do transístor na
figura que se segue é 1.0V. Assumindo que |Vbe|=0.7V quais são os valores de
Vb, Ib, Ic, Vc,  e  ?
10. SP4.35 – Para os circuitos as figuras que se seguem determine os valores para os
valores das tensões e das correntes marcadas. Assuma beta=100.
10V
10V
R3
3.3kohm
R3
R3
3.3kohm
3.3kohm
V3
V1
R2
10V
V7
R2
Q1
Q1
Q1
47kohm
47kohm
V5
\/ I4
V2
V6
R1
I1
R1
4.7kohm
4.7kohm
2mA
-10V
a)
b)
c)
10V
10V
10V
R3
R4
R3
6.8kohm
180kohm
6.8kohm
V8
2.5V
R2
V11
V10
Q1
100kohm
Q1
V9
V6
V12
R1
R2
R1
10kohm
300kohm
10kohm
2.5V
d)
-10V
-10V
e)
-3-
-10V
11. SP4.39 – Para o circuito representado na figura determine o valor das tensões
marcadas para: a)    , b)   100 , c)   10 .
10V
10V
R4
9.1kohm
R3
5.1kohm
V1
V5
Q1
Q2
R5
V4
100kohm
R2
R1
9.1kohm
4.3kohm
-10V
-10V
12. SP4.44 – Um BJT está polarizado para operar a uma corrente Ic=2.5mA. Qual é
o valor de gm? Se   50 qual é o valor de re e r ? Se o colector estiver ligado
a uma resistência de 1 k com um sinal de 10mV aplicado entre a base e o
emissor, qual é a amplitude do sinal de saída?
13. SP4.45 - Um projectista pretende criar um amplificador baseado num transístor
BJT com um gm=100mA/V e uma resistência r  1000 . Que valor deve este
escolher para a corrente de emissor? Qual é o menor valor para o  que este
transístor pode tolerar.
14. SP4.64 - O transístor para o circuito na figura está polarizado para funcionar na
zona activa. Assumindo que  é elevado determine a corrente de colector Ic.
Substitua o transístor pelo seu modelo de pequenos sinais. Mostre utilizando o
circuito equivalente que,
vo1
RE

vi
RE  re
vo 2   RC
.

vi
RE  re
-4-
Determine os valores destes ganhos de tensão.
10V
10V
R4
R3
100kohm
4.3kohm
C3
C1
v o2
1F
1F
Q2
C2
1F
v o1
V1
R2
R1
100kohm
6.8kohm
15. SP4.78 - Para o amplificador emissor comum representado na figura considere
Vcc=9V, R1  27k , R2  15k , RE  1.2k e RC  2.2k . O transístor tem
  100 e VA  100V . Calcule o valor da corrente de polarização I E . Se o
amplificador operar entre uma fonte com RS  10k e uma carga de 2k
utilize o modelo de pequenos sinais do circuito para determine o valor de Ri ,
RO , AV e AI .
VCC
VCC
R1
Rc
Vo
Rs
Vs
C3
C1
1F
1F
Q2
C2
R2
Re
-5-
1F
Rl
16. SP4.84 - Para o circuito na figura determine Ri e AV . Assuma que   50 . Se a
amplitude do sinal vbe estiver limitada a 5mV determine qual é o maior sinal
presente na entrada? Qual é o sinal correspondente na saída?
VCC
Vo
10kohm
C1
1F
10kohm
Q2
10kohm
Vs
C2
1F
I1
0.2mA
125ohm
VEE
17. SP4.91 - O circuito colector comum da figura o transístor tem valores de  que
variam entre 20 e 200. Para os dois valores extremos para  determine os
valores de: a) I E , VE e VB ; b) a resistência de entrada Ri ; c) o ganho de tensão
AV .
9V
9V
10kohm
Vo
C3
Q2
10kohm
C2
1F
1F
Vs
1kohm
-6-
1kohm
18. SP4.92 – Para o circuito emissor comum da figura determine a corrente de
polarização no emissor I E . Assumido que   120 e desprezando rO determine
a resistência de entrada RI o ganho de tensão AV e o ganho de corrente AI e a
resistência de saída RO .
5V
3.3kohm
C2
1F
Vo
Q1
Vs
1kohm
100kohm
-5V
19. SP4.99 – Para o circuito na figura determine Vb, Ve e Vc para RB  100k ,
RB  10k e RB  1k . Assuma que   100 .
5V
5V
Rb
1kohm
Vc
Q1
Vb
Ve
1kohm
-5V
-7-
20. SP4.105 – Determine as expressões para a característica i-v do dos transístores
ligados como díodos da figura em função de I S ,  R e  F . Quando a corrente nos
dois transístores são idênticas a um valor I, é determinado que a tensão no díodo
“1” é de 0.7V e de 0.6V no díodo “2”. Determine o tamanho relativo das junções
base-emissor e base-colector.
P1
P2
I
I
+
+
Q1
Q2
-
-
M1
N2
21. SP4.135 – Para o circuito da figura, conhecido como o multiplicador de vBE
assuma que I é suficientemente elevado e que  é muito elevado, e determine
uma expressão para a tensão entre o ponto X e a terra e a resistência incremental.
Determine estas valores para R1  R2  1k , I  10mA e a tensão base
emissor, v BE  0.7V . Repita para   100 . Em geral o que significa a condição
I suficientemente elevado?
VX
R1
Q2
R2
-8-