1º Exame de Dispositivos Eletrónicos (16/06/2016)
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1º Exame de Dispositivos Eletrónicos (16/06/2016) O teste é sem consulta e com duração de 3 horas. Justifique todas as respostas. Deduza as expressões que não figurem no formulário. Cotação: Questão I: 5 valores (2,5-2,5); Questão II: 5 valores (3,0-2,0); Questão III: 6 valores (2,0-2,0-2,0); Questão IV: 4 valores (2,0-1,0-1,0). Questão I Considere o circuito da Fig. 1, onde R1 é uma resistência fixa de valor óhmico 1 k e R2 é uma resistência intrínseca de germânio, que a 300 K apresenta o valor óhmico 10 kAdmita que a tensão à entrada é U = - 30 V e que na vizinhança da temperatura ambiente as mobilidades são proporcionais a T - 3/2. Dados do Ge (300K): WG = 0,66 eV, n = 0,4 m2 V-1 s-1, S R1 p = 0,2 m2 V-1 s-1 e ni = 2,41019 m-3 . Características do díodo a 300K: Iis = 1 A, =1, Udisr = - 25 V e Pmax = 500 mW. a) Considere S aberto. Calcule o valor da tensão aos terminais de R2 para T = 300 K e T = 330 K. b) Considere S fechado. Calcule a potência posta em jogo no díodo D para T = 300 K e T = 330 K. R2 U D Fig. 1 Questão II Considere o circuito da Fig.2ª, onde RB = 100 ke RC = 2 k. O TBJ apresenta a 300K as características seguintes: ICE0=1 A; UCdisr = - 30V. Nas circulações, despreze as quedas de tensão das junções do transístor quando diretamente polarizadas. a) Admita à entrada uma onda triangular Ui periódica de valor médio nulo, que varia entre 10 V e -10 V (curva a tracejado na Fig.2b). A correspondente variação temporal da tensão à saída Uo é a curva a traço contínuo, igualmente representada na Fig.2b. Identifique, justificadamente, na curva Uo as diversas zonas de funcionamento do TBJ e calcule os valores da tensão E na bateria e do ganho de corrente F do TBJ. b) Admita à entrada uma tensão Ui = Ui0 + Ui sendo Ui0 = 2,5 V e Ui << Ui0. Calcule o valor de Uo /Ui . Diga como se alteraria este resultado se Ui0 = 8 V e Ui << Ui0. RC IC (V) 20 UC IB 10 RB E B Ui Uo Ui C UE 5 Uo 2,5 5,0 7,5 10,0 E 15,0 20,0 t (ms) 10 Fig.2a Fig. 2b Questão III Considere o circuito da Fig.3, onde R1 =100 k, RD = 3,3 ke E = 30V. O n-MOSFET de reforço apresenta a 300K as características seguintes: VT = 1 V e A = 2 mAV-2. a) Calcule o valor de R2 de modo que o transístor esteja a funcionar na fronteira entre a zona de saturação e a zona de não saturação (tríodo). b) Considere R2 com um valor igual a 0,8 do valor calculado na alínea anterior. Determine a potência posta em jogo no n-MOSFET nessas condições. Se não resolveu a alínea anterior, considere nesta alínea R2 =10 k. c) Para a situação da alínea anterior, admita que se aplica um sinal sinusoidal de pequena amplitude à entrada dado por ui = UM sent, com UM = 10 mV. Admita ainda que, para a frequência do sinal, os condensadores C1 e C2 podem ser considerados como curto-circuitos e as capacidades incrementais do transístor são desprezáveis. Nessas condições, represente o circuito da figura sob o ponto de vista do sinal e calcule os parâmetros incrementais do transístor, assim como a amplitude e fase do sinal de saída uo. ID RD R1 D C1 C2 E G U DS ui U GS S uo R2 Fig. 3 Questão IV Considere o composto ternário InxGa1-xAs e admita que para a gama de valores de interesse todas as grandezas variam linearmente com a composição. Considere o conjunto formado por duas heterojunções GaAs/ InxGa1-xAs/InP. Os parâmetros dados na Tabela são para 300K. Binários InP GaAs InAs WG (eV) 1,27 1,424 0,354 (eV) 4,38 4,9 4,07 NC (m-3) 25 10 1025 1025 NV (m-3) 25 10 1025 1025 a(A) 5,87 5,65 6,06 a) Mostre que a primeira heterojunção (GaAs/InxGa1-xAs) tem sempre características retificadoras qualquer que seja a composição do ternário considerada, quando o ternário é intrínseco e o binário tem uma concentração de aceitadores NA =1022m-3. b) Determine a composição do ternário necessária de modo a que a segunda heterojunção (InxGa1-xAs/InP) esteja adaptada. c) Diga justificadamente se a família de ternários InxGa1-xAs é adequada para o fabrico de fotoresistências que constituam bons sensores da radiação da luz visível (0,4<<0,7 m).
