Elektronik 1 - İstanbul Teknik Üniversitesi Dr. Metin YAZGI Çözümlü Yıl İçi Sınavlar

ELEKTRONİK-I (Metin Yazgı)

2.Yıliçi Sınavı

08.12.2009

*************************************************************************************

Şekil-S1 S1- Şekil-S1’deki devrede giriş gerilimi 12V ile 20V arasında değişmektedir. a) Çıkış geriliminin maksimum ve minimum değerleri ne olur? (10Puan) b) Zener diyotta harcanacak maksimum gücü bulunuz.(10Puan) c) Vo’nun Vi için verilen değişim aralığında her Vi değeri için 10V olması istenmektedir. Bu durumu sağlayan maksimum R1 değerini bulunuz. (10Puan) ************************************************************************************* S2- 9V-0.1A’lik bir güç kaynağı filtrelemeli topoloji kullanılarak tasarlanacaktır. Güç kaynağının gerilimindeki maksimum dalgalılık %3 olacaktır. Transformatörün çevirme oranının ve kullanılacak kondansatörün değerinin en düşük olacağı yapıyı kullanarak güç kaynağını gerçekleştiriniz (devreyi çizip kondansatörün değerini, kullanılacak diyotun veya diyotların maksimum dayanma akımını, ve transformatörün çevirme oranını bulunuz).(20Puan) ************************************************************************************* S3- Şekil-S3’te verilen devrede kullanılan tranzistor için β=200 ve VBE≅0.6V değerleri verilmiştir. a) Tranzistorun (DC) kollektör akımını (IC) bulunuz.(10Puan) b)Tranzistorun üzerinde harcanan gücü bulunuz.(10Puan) (Not: BJT için PDC≅ICxVCE) c) Şekil-S3’teki devrede tranzistorun aktif bölgeden çıkmasına sebep olacak minimum RC değeri nedir?(10Puan) (Not: VC=VB şartı aktif bölge ile saturasyon bölgesi arasında sınır olarak alınabilir.)

Şekil-S3

************************************************************************************* S4- Aktif bölgede çalışan bir tranzistorun (VBE gerilimi sabit olmak üzere) kollektör-emetör gerilimi (VCE) 3V’tan 5V’a değiştiğinde kollektör akımının (IC) %1 değiştiği gözlenmiştir. Tranzistorun VA Early gerilimini bulunuz.(10Puan) ************************************************************************************* S5- Bipolar jonksiyonlu tranzistorun akım kazancı (IC/IB) parametresi β’nın değerinin büyük olması için gerekli noktaları belirtiniz.(10Puan)

ELEKTRONİK-I (metinyazgi) 1.YILİÇİ SINAVI 01.11.2011 Soru-1 Delik hareketinde gerçekte hareket eden nedir?(10Puan) Soru-2 Katkılı bir yarıiletken malzemede iyonların sayısı hareketli yüklerin sayısının yaklaşık iki katıdır. Malzemenin tipini açıklayarak beliritiniz.(10Puan) Soru-3 Bir diyodun difüzyon kapasitesi kapasitif uygulama amacıyla kullanılamaz. Neden?(10Puan) Soru-4 D/µ=VT=kT/q ifadesinden anlaşılacağı gibi sıcaklık arttıkca difüzyon katsayısı ile hareket yeteneği arasındaki oran artmaktadır. Bunu nasıl açıklarsınız? (10puan) Soru-5 Tepesi kesik piramit şeklinde bir has silisyum malzemenin taban yüzeyinin kenar uzunluğu 50µm’dir. Malzemenin tepe kısmının kenar uzunluğu 10µm’dir. Malzemenin yüksekliği 50µm olup malzemenin tabanı ile tepesi arasına 5V’luk gerilim uygulanmaktadır. Malzemeden akan akımı bulunuz. (ni=1,5x1010cm-3, µn=1200cm2/Vs, µn=500cm2/Vs, q=1,6x10-19C) (10puan) Soru-6 Soru 5’teki malzemede gerilimin değişimini ifade eden bağıntıyı (y cinsinden) veriniz (malzemenin tabanını y=0, tepesini y=50um olarak alınız). [ yol gösterme: V(y)=V-IxR(y) ] (10Puan) Soru-7 Soru-6’da bulduğunuz gerilim ifadesinden elektrik alanının (E) y’ye bağlı ifadesini çıkartıp maksimum olduğu noktadaki değerini bulunuz.(10Puan) Soru-8 Şekildeki diyotlu devrede kullanılan diyotlar için VDO=0.7V olarak verilmektedir. IK=2mA için diyot akımlarını (diyotlar için sabit gerilim düşümü modelini kullanarak) bulunuz.(10Puan)

Soru-9 Şekil’de köprü diyotlu ve filtrelemeli bir doğrultucu devresi görülmektedir a) Çıkış geriliminin Vo=10V, çıkış akımının maksimum değeri Io=0.1A ve çıkış gerilimi dalgalılığının maksimum 0.4V olması istenmektedir. Kondansatörün değerini ve transformatörün n çevirme oranını bulup, diyotlardan akacak maksimum akımın değerini belirtiniz. (10Puan) Not: diyot iletim yönü gerilimlerini VD≅1V olarak alınız. b) Dalgalılığın azaltılması amacıyla zener diyot ve dirençle regülasyon devresi tasarlanacaktır. Bu durum için çıkış gerilimi 8V olacaktır. Çıkış akımı ise aynı (0.1A) kalacaktır. Devreyi tasarlayıp eleman değerlerini (direnci ve

zener diyodun zener gerilimini) belirleyiniz. Kullanılacak zener diyodun dayanması gereken maksimum güç seviyesi en az ne olmalıdır bulunuz.(10Puan) Not: Devrede kullanılacak zener diyodun minimum zener akımı ihmal edilebilir. Gerekli formuller; %(Vr)=T/2RC,

IDmaks=IL[1+2π√(Vo/2Vr)]

ELEKTRONİK-I (metinyazgi) 1.YILİÇİ SINAVI 20.11.2012 Soru-1 Alan atom katkılı (NA=1014cm-3) katkılı bir has silisyum malzemede elektron ve delik yoğunlukları nedir?(10P) Soru-2 Has silisyum malzemede herhangi bir silisyum atomun iyon halinde bulunma olasılığı nedir?(10P) Soru-3 Bariyer gerilimi VB=0,7V olan termal dengedeki bir diyodun jonksiyon kapasitesi CJo=100pF olduğuna göre diyoda ters yönde 5V’luk gerilim uygulandığında jonksiyon kapasitesinin değeri ne olur?(10P) Soru-4 Şekilde ND=2.25x1015cm-3 katkılı N tipi bir bölgedeki delik yoğunluğunun değişimi verilmektedir (Pno termal dengedeki delik yoğunluğudur). X=0 noktasındaki elektrik alan değerini E0 alarak elektrik alanın x’e bağlı ifadesini 0-W aralığı için çıkartınız. (10P) Not: Serbest elektron yoğunluğunun termal denge durumuyla aynı olduğu varsayılacaktır. Soru-5 Soru 4’te bulduğunuz elektrik alan ifadesinden gerilimin x’e bağlı ifadesini bulunuz. Not: X=0 noktasındaki gerilim V0 alınacaktır. (10P) Soru-6 Soru-4’te verilen N tipi bölgenin gövde direncini bulunuz. (10P) Soru-7 Soru-4’te verilen N tipi bölgede X yönündeki difüzyon akımını bulunuz.(10P) Soru-8 Şekildeki devredeki diyotlar 3mA ve 1mA’lik DC akım Kaynakları ile beslenmektedir. Devrede kullanılan Vac kaynağı 10mV ile -10mV arasında dalgalanmaktadır. A noktasında oluşacak ac işaretin genliğini bulunuz.(10P) Not:Diyotlar eştir.

Soru-9 Zener diyot regülasyonlu köprü diyot yapısını kullanan 10V’luk (Iomax=100mA) bir DC gerilim kaynağı tasarlanacaktır. a) Devreyi (transformatörü de içerecek şekilde) çiziniz.(10P) b) Kullandığınız elemanlar için gerekli değerleri veriniz.(10P) Gerekli olabilecek değerler ve formuller;

Silisyum, T=300K; ni=1,5x1010cm-3 µn=1350cm2/V.s µp=480cm2/V.s εs=11,7εo (εo=8,9x10-14F/cm) Atom Yoğunluğu=5x1022cm-3 VT≈26mV *************** Diyot-Fakirleşmiş bölge genişliği: Xp+Xn=[(VB+VR)(2εs/q)(NA+ND) /(NDNA)]1/2 dE/dx =ρ/ε

-dV/dx =E

rd=VT/ID

%(Vr)=T/2RC

R=L/Aq(nµn+pµp)

IDp= -qDp(dp/dx)

IDmaks=IL[1+2π√(Vo/2Vr)]

IDn= -qDn(dn/dx)

ELEKTRONİK-I (metinyazgi) 2.YILİÇİ SINAVI 18.12.2012 Soru-1 Şekildeki devrede kullanılan MOSFET için VTH=1V değeri verilmektedir.(VA=∞) a) VG=4V iken VD=2V olmaktadır. β'nın değerini bulunuz.(10P) b) Şekildeki devrede VG=2V için ID ne olur bulunuz.(10P) Not: β için a’da bulduğunuz değer geçerlidir. c) Devrenin eşleniğini çizerek a ve b şıklarında oluşan Id akımlarını verecek VG ve VD değerlerini belirtiniz.(10P) ****** Soru-2 Şekildeki devredeki tranzistorlar için |VBE|=0.7V βF=100 değeri verilmektedir. a) T2 tranzistorunun IC2 akımını bulunuz.(10P) b) T1 ve T2 tranzistorlarının kollektör-emetör gerilimlerini (VCE1 ve VCE2) bulunuz.(10P) c) T2 tranzistoru doyma sınırına I2 akım kaynağının hangi değeri için ulaşır? (10P)

******* Soru-3 Zener diyot ve BJT regülasyonlu Vo=9V ve IRYmax=250mA’lik bir DC gerilim kaynağı tasarlanacaktır. Vc noktasındaki dalgalılık %5 olup Vc’nin tepe değeri VCT=(311/13)/2-VD≈11V’tur. Zener diyodun zener gerilimini ve Rs direncinin değerini (minimum güç tüketimi için) bulunuz.(10P) ***********

Soru-4 Şekilde N kanallı MOSFET’in fiziksel yapısı gösterilmektedir. a) N kanallı MOSFET’in şekilde görülen halini gözönüne aldığınızda oluşan parazitik elemanları gösteriniz.(10P) b) D-S arasında akım akması nasıl mümkün olmaktadır açıklayınız.(10P) c) VGS>VTH ve VDS>0 olmak üzere, VGS’nin sabit bir değeri için D-S gerilimi ile D-S arasındaki akım nasıl değişir çiziniz. Değişimde kaç farklı bölge görülmektedir belirtiniz.(10P) *********************************************************************************

İleri aktif bölgede: BJT için: iC   F i B  I S e MOSFET için: Doyma-doymasız bölge sınırı:

vGD=Vt

 2

(vGS

VT=kT/q≈25mV

Vt:MOSFET eşik gerilimi

v DS ) v DS 2 v  Vt ) 2 (1  DS ) VA

Doymasız çalışma akımı: i D  ( v GS  Vt  Doymalı çalışma akımı: i D 

vBE VT

β=k= µCox(W/L)

Elektronik I (M. YAZGI) Guz14 YI-1 Adı: İmza:

Soyadı: NO:

ni=1,5x1010cm-3 VT=26mV dE/dx =ρ/ε rd=VT/ID ********************************** S1- Silisyum yarıiletken malzemede katkılama sonucu iyon durumundaki atom sayısı 105 kat artmıştır. Katkılamanın tipini ve katkılama sonucu oluşan serbest elektron ve delik yoğunluklarını bulunuz.(10P) Katkılama N tipi ya da P tipi olabilir. N tipi katkılama durumunda n=105X1,5.1010=1,5.1015 olurken p=1,5.105 olur. Bu durumda katkı atomları iyon durumunda olup iyon durumundaki silisyum atomların sayısı ihmal edilebilir. P tipi katkılama durumunda iyon durumunda katkı atomu sayısı ile iyon durumundaki silisyum atom sayısı yaklaşık eşittir. Bu durumda p=(1/2) .105X1,5.1010=0,75.1015 olurken n=3.105 olur. S2-Yarıiletken bir malzemenin içinde bir elektronun bulunabileceği durumları ve söz konusu durumları belirleyen enerji seviyelerini belirtiniz.(10P) 3 kritik enerji seviyesi vardır. Bunlar Ev, Ec ve EК seviyeleridir. Ev ile Ec arasında bir enerji boşluğu bulunur ve ikisinin farkı Eg ile gösterilir. Elektronun enerjisi Ev’nin altında ise atoma bağlıdır. Enerjisi Ec’yi geçerse elektron malzemede serbest hale geçer. Yani atomu terk eder ve malzeme içinde serbest olarak hareket edebilir. Enerjisi EК’yı aşarsa bu sefer malzemeyi de terk eder (elektron emisyonu).

S3- ni parametresinin Diyot akımının sıcaklığa bağımlılığındaki büyük etkisini nasıl açıklarsınız?(10P) ni sıcaklıktan çok etkilenen bir büyüklük olup has yarıiletkende delik ve serbest elektron sayısını verir. ni’nin artması yarıiletkende hareketli yük yoğunluğunun x’e göre değiştiği bölgelerdeki yoğunluk gardyantının artmasına sebep olur. Bu durum ise difüzyon akımın artması anlamına gelir. Diyottaki akım difüzyon akımı olduğundan ni’nin artması diyot akımını çok etkiler. Sonuç olarak diyot akımının sıcaklığa bağımlılığı üzerinde ni büyük etkiye sahip olur.

S4- Bir PN jonksiyonu ileri yönde 0.5V’luk gerilimle kutuplanmaktadır. P tipi bölgede fakirleşmiş bölge sınırındaki serbest elektron yoğunluğu termal denge durumuna göre nasıl değişir belirtiniz.(5P) Termal dengedeki değere npo dersek yeni değeri npo.e0.5/VT olur. Yani e0.5/VT oranında artar (burada VT termal gerilimdir). S5- Diyot parazitik kapasitelerinden jonksiyon kapasitesinin neden oluştuğunu açıklayınız?(5P) Diyota ters önde ya da iletim yönünde gerilim uygulanırsa fakirleşmiş bölge genişler ya da daralır. Bu durumda ise fakirleşmiş bölgedeki yük değerleri artar ve azalır. Yük değeri gerilimle değişirse bu durum kapasitif davranış anlamına gelir. Diyottaki ortaya çıkan söz konusu kapasitif davranış jonksiyon kapasitesi olarak isimlendirilir.

S6- Bir diyot ve seri 1k’lık bir direnç (R) bu iki elemana seri bir akım kaynağı ile IK=1mA’lik DC akım ile çalışmaktadır. Sıcaklık 4oC arttığında diyot gerilimi ne kadar değişir hesaplayınız.( ΔVD/ΔT=-2.4mV/oC)(Bu soruda VT≈25mV alabilirsiniz)(5P) 4 oC x(-2.4mV/oC)=-9.6mV

Diyot gerilimi 9.6mV azalır.