Instituto Superior de Ciências do Trabalho e da

Instituto Superior de Ciências do Trabalho e da
Empresa
Fundamentos de Electrónica
ETIB1/ETIB2
Duração da Prova: 2h30m + 30m tolerância
Exame 2º Época 6/02/2004
Semicondutores
1. Numa secção de silício dopada com impurezas dadoras com uma concentração
de 1015 / cm 3 , determine a concentração de electrões livres e de lacunas para
as temperaturas de 300K e 400K.
2. Dada uma barra de um cristal de silício com um comprimento de L  30 m e
um secção transversal de A  3m  3m , apresenta uma resistência de 10k
determine,
a) Qual é o valor da resistividade da barra.
b) Qual é o valor da concentração impurezas dadoras.
3. Numa junção p-n em equilíbrio termodinâmico a corrente de deriva é igual em
módulo, mas simétrica da corrente de difusão. Se a densidade de electrões
livres for dada por n  1015 e  x / Ln , determine qual deve ser o valor do
comprimento de difusão ( Ln ) que compensa uma densidade de corrente de
difusão de 500 A / cm 2 no ponto x  0 .
Díodos
1. Represente a constituição física de um díodo de junção. Represente a
barreira de potencial e indique como o díodo deve ser ligado para que entre
em condução.
2. Um determinado díodo tem uma corrente de saturação de I S  10 16 A e
n  1 . Indique qual é a tensão aos seus terminais quando este é atravessado
por uma corrente de:
a) 10mA
b) 1A
3. No seguinte circuito o díodo de tem uma tensão de Zener de 4.5V e uma
resistência incremental de 10 . Determine a tensão aos seus terminais.
R2
100ohm
12V
V1
R1
10kohm
4. Indique o valor da corrente na resistência no seguinte circuito. Indique a
zona de funcionamento dos díodos e prove não se encontram nas restantes.
D1
D2
A
12V
R1
V1
9V
V2
100ohm
Transístores de Junção Bipolar (TJBs)
1. Explique o principio de funcionamento de um transístor de junção bipolar na
zona activa. Como varia o valor do beta com a concentração de impurezas no
emissor e com a largura da base?
2. Determine o valor de V1, V2 e V3 no seguinte circuito. Assuma que   100 e
vBE  0.7V .
10V
R3
6.8kohm
2.5V
V1
R2
Q1
100kohm
V3
V2
R1
10kohm
0V
3. Para o seguinte circuito com   60 .
a) Represente o modelo de pequenos
sinais do circuito. Indique o valor de
r e de gm do transístor.
5V
3.3kohm
C2
Vs
Vo
Q1
b) Utilize o modelo de pequenos sinais
para calcular o valor do ganho de
tensão do circuito.
c) Determine o valor da impedância de
entrada do circuito.
1F
1kohm
C1
1F
I1
1mA
Transístores de Efeito de Campo (FETs)
1. Explique o mecanismo de formação de canal de um transístor PMOS.
5V
2. No seguinte circuito assuma Vt  1V
e
k n  W / L  1mA / V .
2
R1
1kohm
Vo
a) Determine o valor de V1 para o qual
Vo=4V.
V1
b) Determine o valor de Vo para V1=5V.
Qual é a resistência equivalente do
transístor.
3. Considere
R2
1kohm
o
seguinte circuito, com
k n  W / L  2mA / V 2 , Vt  1V , R1  300 e
5V
V1  3V .
a) Represente o modelo de pequenos sinais
do circuito. Determine o valor de gm e
ro do modelo de pequenos sinais.
b) Calcule o valor do ganho de tensão do
circuito.
R1
Vo
V2
M2
V1
c) Represente os sinais de entrada e de
saída tais como observados num
osciloscópio.
4. Considere
o
seguinte
circuito,
com
2
k p W / L  5mA / V , Vt  0.8V , R1  30k e
5V
V1  4V . Determine o valor de Vo.
V1
Vo
R1
Formulário:
Semicondutores
l
R 
A
E   V
J D   p q p   n q n E

 n  1350cm 2V 1 s 1 
n
p
J Dif  q.Dn
 q.D p
x
x
n  B.T .e
2
i
3

n. p  ni2
1
n qn   p q p
I  J .A
 p 300K   480 cm 2V 1 s 1 
q  1.609  10-19 C 

D p  12 cm 2 / s
Dn  34 cm 2 / s



Eg
k .T
k  8.62  10-5 eV  K 1

B  5.4 1031 K 3cm 6



E g  1.12eV 
Díodos

i D  I S . e


VD
n VT

 1


VT 
m
 V 
C J  C J 0 1  d 
 Vo 
 S  11.7  8.85 10 14 F / cm
Wdep 
kT
q
T  300 K
2 S
q
 25mV
 1
1 

VO  VR 

 N A ND 
rd  Vt / I d
Transístor de Junção Bipolar
IC  IS  e
gm 
ff 
V BE
VT
VA
VT
, r 
, rO 
IC
IE
IB
 D N W 1 W2 

  1  P A


D
N
L
2
D

N
D
p
n
b


IC  F I B
VT
IC
VT

re 

 1
gm
2 (C  C )
Transístor de Efeito de Campo
k n   n Cox
k p   p Cox
1 2

 ( v gs  Vt )  vds  vds 
2


k W
I ds  n   ( v gs  Vt ) 2
2 L
W
gm  k n VGS  VT 
L
I ds  k n
W
L
Cox 
 ox
tox
se
v ds  v gs  vt
(zona de tríodo)
Se
v ds  v gs  vt
(zona saturação)
rO 
VA
ID