elektronika-zadaci

Elektronika 1, 2004.

ZADACI IZ PISMENIH ISPITA IZ ELEKTRONIKE 1

1. Izračunati intrinsičnu koncentraciju slobodnih nosilaca u siliciju ako je silicij doveden na temperaturu pri kojoj širina zabranjenog pojasa iznosi 1,1 eV. Koliko je puta više atoma silicija ionizirano u tom slučaju nego na T = 300 K? Izračunati specifičnu vodljivost silicija u tom slučaju. Rješenje: ni=4,56·1012 cm-3; 314,14 puta veći stupanj ionizacije; σ=1,36·10-3 S/cm. 2. Komadić silicija jednoliko je dopiran s 4⋅1016 atoma primjesa/cm3, a zatim još jednom s 3⋅1016 atoma primjesa/cm3. Odrediti kojeg tipa mora biti prva, a kojeg tipa druga primjesa da bi specifični otpor nakon drugog dopiranja bio: a) Najveći. b) Najmanji. c) Za oba slučaja izračunati specifične otpore na 300 K, ako su pokretljivosti: 335 cm2/Vs, odnosno 870 cm2/Vs. Rješenje: a) 1 – akceptori, 2 – donori; b) 1 i 2 – donori; c) a → ρmax=1,866 Ωcm, b → ρmin=0,103 Ωcm. 3. Komad silicija dopiran je donorima koncentracije 1016 cm-3. Pokretljivosti slobodnih elektrona i šupljina iznose 800 cm2/Vs, odnosno 300 cm2/Vs. Odrediti: a) koncentracije slobodnih nosilaca na 300 K; b) specifičnu vodljivost na 300K; c) koncentraciju slobodnih nosilaca na 600 K; d) omjer elektronske i šupljinske specifične vodljivosti na 600 K; Pokretljivosti nosilaca se sa porastom temperature promjene za 50%. Rješenje: a) n=1016 cm-3, p=2,1·104 cm-3; b) σ=1,28 S/cm; c) n=4,55·1015 cm-3, p=1,76·1015 cm-3; d) σn/σp=17,88. 4. Silicijski otpornik dopiran akceptorima dugačak je 20 µm, površina poprečnog presjeka iznosi 5 µm2, a pokretljivost šupljina u otporniku iznosi 150 cm2/Vs. Na otpornik je priključen napon od 1 V te kroz njega teče struja iznosa 0,6 mA. T=300 K. Odrediti koncentraciju akceptora u otporniku. Rješenje: NA=1018 cm-3. 5. Kroz otpornik, izveden u siliciju n-tipa, pri naponu 10 V teče struja iznosa 3 µA. Duljina otpornika je 1 cm, a površina poprečnog presjeka 5 mm2. Pokretljivosti slobodnih nosilaca iznose 470 cm2/Vs i 1410 cm2/Vs. Odrediti koncentraciju primjesa u siliciju. T=300 K. Rješenje: ND-NA=1,47·1010 cm-3.

1

Elektronika 1, 2004.

6. Silicij n-tipa homogeno je dopiran primjesom koncentracije 5⋅1016 cm-3. Doda li se u taj silicij druga primjesa, Fermijev nivo će se pomaknuti 0,1 eV, a specifična vodljivost će se smanjiti. Odrediti tip i iznos druge primjese. Izračunati specifični otpor nakon drugog dopiranja, ako su pokretljivosti slobodnih nosilaca 730 cm2/Vs i 320 cm2/Vs. T=300 K. Rješenje: akceptori; NA=4,9·1016 cm-3; ρ=8,55 Ωcm. 7. Za silicij dopiran jednim tipom primjese odrediti: a) tip i koncentraciju primjesa, ako je na temperaturi 300 K specifična vodljivost 77,4 mS/cm, a difuzijska konstanta većinskih nosioca iznosi 35,66 cm2/s; b) koncentraciju slobodnih elektrona i šupljina na temperaturi 500 K. Rješenje: a) donori, ND=3,5·1014 cm-3; b) n=5,53·1014 cm-3, p=2,03·1014 cm-3. 8. Silicijski otpornik dopiran akceptorima dugačak je 100 µm, površina poprečnog presjeka iznosi 10 µm2, a pokretljivost šupljina u otporniku iznosi 200 cm2/Vs. Na otpornik je priključen napon od 2 V te kroz njega teče struja iznosa 96 µA. T=300 K. Odrediti: a) otpor silicijskog otpornika; b) specifičnu vodljivost; c) koncentraciju akceptora; d) položaj Fermijevog nivoa; Rješenje: a) R=20,83 kΩ; b) σ=4,8 S/cm; c) NA=1,5·1017 cm-3; d) EF=0,132 eV. 9. Silicijska pločica dopirana je s NA=1.5⋅1015 cm-3 i ND=1.45⋅1015 cm-3. Odrediti položaj Fermijevog nivoa i koncentracije elektrona i šupljina za T=300 K i T=420 K. Rješenje: T=300 K → EF=0,331 eV, p=5·1013 cm-3, n=4,2·106 cm-3; T=420 K → EF=0,478 eV, p=5,59·1013 cm-3, n=5,90·1012 cm-3. 10. Silicij je dopiran s akceptorskom primjesom NA= 5⋅1015 cm-3. Odrediti: a) energiju Fermijevog nivoa na T = 300 K; b) tip i iznos koncentracije primjesa koju treba dodati da bi na T = 350 K Fermijev nivo bio na istoj udaljenosti od vrha valentnog pojasa kao pod a). Rješenje: a) EF=0,220 eV; b) ∆NA=1,626·1016 cm-3. 11. Skokovit silicijev pn spoj ima na n-strani koncentraciju donora 1014 cm-3, a na p-strani koncentraciju akceptora 1017 cm-3. Temperatura je sobna (T = 300 K). Na kojoj strani pn ravnine postoji područje unutar kojega je koncentracija manjinskih nosilaca veća od koncentracije većinskih? Kako se to područje zove i kolika mu je širina? Nacrtati promjenu potencijala kroz osiromašeno područje pn spoja i označiti karakteristične vrijednosti. (ε’ = 11,7) Rješenje: intrinsična ravnina nalazi se na n-strani pn spoja; x0=1,14 µm.

2

Elektronika 1, 2004.

12. U silicijevoj pn diodi između p i n-strane nalazi se n- sloj. Na p-strani je NA=1015 cm-3, a na n-strani je ND=1015 cm-3, dok je u n- dijelu strukture ND-=1013 cm-3. T=300 K. Širina n- područja je 2 µm. Koliki se napon i s kojim polaritetom mora dovesti na pn spoj da osiromašeni sloj pokrije cijelo n- područje? Rješenje: U=0,4253 V. 13. Silicijska pn-dioda ima koncentracije primjesa NA=1018 cm-3 i ND=1016 cm-3 (zanemariti degenerativne efekte). Pokretljivost elektrona na p-strani iznosi 320 cm2/Vs (wp’=1 µmLp=140 µm). Površina pn-spoja je 1 mm2, ni=1.45⋅1010 cm-3, T=300 K. Izračunati: a) reverznu struju zasićenja IS; b) rubne koncentracije manjinskih nosilaca za propusni napon U=0,55 V; c) nacrtati koncentracije manjinskih nosilaca za isti napon. Rješenje: a) IS=5,27·10-14 A; b) np0=3,68·1011 cm-3, pn0=3,68·1013 cm-3. 14. Na n-strani pn spoja između pn ravnine i ravnine x1 > 0 akumuliran je ekscesni naboj šupljina iznosa Qp = 10-7 As. Kroz ravninu x1 teče difuzijska struja šupljina iznosa 1 mA. Vrijeme života ekscesnih šupljina je 10-4 s, dok je njihova difuzijska dužina 100 µm. Ako je pn spoj polariziran propusno, odrediti udaljenost ravnine x1 od pn ravnine. Pretpostaviti širinu n-strane puno veću od difuzijske dužine šupljina.

Rješenje: x1=69,3 µm. 15. Silicijska dioda sa skokovitim pn-spojem ima n-stranu puno vodljiviju od p-strane. Koncentracija akceptora na p-strani iznosi 1016 cm-3, a pokretljivost elektrona 1100 cm2/Vs. Vrijeme života elektrona na p-strani iznosi 1 µs, a širina p-strane puno je veća od difuzijske duljine elektrona. Površina pn-spoja iznosi 1 mm2, temperatura 300 K, a m=1. Odrediti: a) reverznu struju zasićenja; b) struju kroz pn-spoj uz propusni napon iznosa 0,5 V; c) dinamički otpor pn-spoja. Rješenje: a) IS=0,1796 pA; b) I=45,41 µA; c) rd=569,11 Ω. 16. Silicijska pn-dioda je u radnoj točki A propusno polarizirana istosmjernim naponom UA=+75mV, pri čemu je dinamička vodljivost 3,26nS. Promjenom istosmjernog napona na diodi za 75mV (radna točka B), dinamička vodljivost postaje 0,24nS. Frekvencija izmjeničnog signala je niska. Odrediti: a) temperaturu na kojoj dioda radi; b) struju u radnoj točki A; c) struju i napon u radnoj točki B. Rješenje: a) T=333,7 K; b) IA=86,82 pA; c) IB=0, UB=0.

3

Elektronika 1, 2004.

17. Dvije pn diode rade u spoju na slici 1. Omjer reverznih struja zasićenja diode D2 i diode D1 iznosi 10. Napon U iznosi 0,7 V. Odrediti napone na diodama. T=300 K. D1

D2

U slika 1

Rješenje: UD1=0,380 V, UD2=0,320 V. 18. Napon U između točaka A i B na kombinaciji triju identičnih dioda (prema slici) iznosi U=+0,038 V, UT=25 mV. Odrediti: a) napone U1 i U2; b) omjer dinamičkih otpora dioda D1 i D2, rd1/rd2.

Rješenje: a) U1=29,5 mV, U2=8,5 mV; b) rd1/rd2=2,317. 19. U pn-diodi je σp>>σn. Vrijeme života šupljina na n-strani je 10-6 s. Odrediti radnu komponentu difuzijske admintancije i difuzijski kapacitet na frekvenciji: a) 0 Hz; b) 1 MHz; c) 10 MHz. Istosmjerna struja iznosi 1 mA. T=300 K. Rješenje: a) gd=38,7 mS, Cd=19,35 nF; b) gd=74,24 mS, Cd=10,08 nF; c) gd=0,219 S, Cd=3,42 nF. 20. Solarna n+p ćelija površine 2 mm2 ima koncentraciju primjesa na p-strani NA=1015 cm-3, p-strana je puno šira od difuzijske duljine manjinskih nosilaca naboja. Gustoća fotostruje je 40 mA/cm2, T=300 K, vrijeme života manjinskih nosilaca je 1 µs, a pokretljivosti elektrona i šupljina su 1380 cm2/Vs, odnosno 450 cm2/Vs. a) Odrediti napon praznog hoda. b) Nacrtati I-U karakteristiku solarne ćelije i označiti vrijednosti na sjecištima s koordinatnim osima. Rješenje: a) UOC=0,496 V.

4

Elektronika 1, 2004.

21. Solarna n+p ćelija površine 1 mm2 ima koncentraciju primjesa na p-strani NA=2⋅1015 cm-3, p-strana je puno šira od difuzijske duljine manjinskih nosilaca naboja. Napon praznog hoda iznosi 0,5 V, T=300 K, vrijeme života manjinskih nosilaca je 1 µs, a pokretljivosti elektrona i šupljina su 1360 cm2/Vs i 440 cm2/Vs. Odrediti napon ćelije pri struji 0,1 mA, ako ćelija radi kao generator napona. Rješenje: U=0,487 V. 22. n+p solarna ćelija ima na p-strani: NA=5⋅1015 cm-3, Ln=50 µm, τn=1 µs. wp>>Ln, T=300 K. a) Izračunati napon uz koji će struja kroz ćeliju biti jednaka 0, ako kroz diodu teče fotogenerirana struja gustoće 10 mA/cm2 i 20 mA/cm2. b) Skicirati I-U karakteristiku za ova dva slučaja i označiti vrijednosti na presjecištima s x i y osi. Rješenje: a) UOC1=0,504 V, UOC2=0,522 V. 23. Na slici je prikazan energetski dijagram metala i silicija kada oni nisu u bliskom kontaktu (T=300 K). Kolika mora biti koncentracija primjesa u siliciju da bi spoj metal-silicij bio na granici između ispravljačkog i omskog kontakta? metal

silicij

E0 4.05 eV 4.25 eV 1.124 eV

EF

EG 0

16

-3

Rješenje: ND=1,79⋅10 cm . 24. U spoju metal-poluvodič kao metal se koristi materijal rada izlaza 4,52 eV, a kao poluvodič silicij n-tipa s koncentracijom donora 1016 cm-3. T=300 K. Odrediti karakter spoja (ispravljački ili neispravljački). Nacrtati energetski dijagram spoja u stanju termodinamičke ravnoteže. (qχ=4,05 eV). Rješenje: ispravljački spoj. 25. Za npn tranzistor na slici odrediti:

IE

a) iznos i polaritet napona između kolektora i baze (UCB); b) područje rada tranzistora; c) struju IE.

0.6 V

UCB

Zadano je: α=0.995, αR=0.7, ICB0=0.1 pA, T=300 K. Rješenje: a) UCB=-0,59 V; b) zasićenje; c) IE=-0,885 mA.

5

Elektronika 1, 2004.

26. Za tranzistor spojen prema slici odrediti: a) napon baza-emiter; b) struje emitera, baze i kolektora; c) područje rada tranzistora. (obrazložiti) Parametri tranzistora: α=0,99, αR=0,6, ICBO=0,5 pA. I0=1 mA, U0=0,3 V, UT=25 mV.

U0

IC

IB

IE

I0

Rješenje: a) UBE=0,525 V; b) IE=-1 mA, IC=0,990 mA, IB=10 µA; c) zasićenje.

27. Za bipolarni tranzistor na slici zadano je: IE = - 5 mA, IES=1 pA, α=0,99. UT=25 mV. Odrediti: a) napon UCE; b) područje rada tranzistora (obrazložiti); c) struje baze i kolektora.

IC IB

UCE

IE

Rješenje: a) UCE=0,558 V; b) granica NAP i zasićenja; c) IC=4,95 mA; IB=50 µA.

28. Odrediti struje baze IB, kolektora IC i emitera IE te područje rada tranzistora spojenog prema slici. Zadano je: α=0,99, αR=0,7 i ICB0=1 pA. T=300 K.

IC IB

0,65 V

IE

Rješenje: IE=-193,34 mA, IC=191,41 mA, IB=1,93 mA, granica NAP i zasićenja.

29. Silicijski bipolarni npn tranzistor ima koncentraciju donora u emiteru NDE=1019 cm-3, koncentraciju akceptora u bazi NAB=5·1016 cm-3. Efektivne širine emitera i baze iznose 0,25 µm, pokretljivost šupljina u emiteru je µpE=100 cm2/Vs, pokretljivost elektrona u bazi µnB=1000 cm2/Vs, a vrijeme života elektrona u bazi τnB=2 µs. Odrediti faktor injekcije emitera γ, bazni transportni faktor β* i faktor strujnog pojačanja u spoju zajedničke baze α. Rješenje: γ=0,9995, β*=0,999994, α=0,9995.

6

Elektronika 1, 2004.

30. Silicijski npn tranzistor ima faktor efikasnosti emitera γ=0.98 i bazni transportni faktor β∗=0.999. Za struju InE=1 mA, te uz pretpostavku ICB0=0 i Irg=0, na temperaturi od 300 K odrediti: a) komponente struja IpE, InC i IR, te struje IE, IC i IB; b) faktor efikasnosti emitera i bazni transportni faktor ako se zbog povećanja napona UCB efektivna širina baze smanji 10 % (napon UBE ostaje konstantan). Rješenje: a) IpE=20,4 µA, InC=0,999 mA, IR=1 µA, IE=-1,0204 mA, IC=0,999 mA, IB=21,4 µA; b) γ'=0,982, (β*)'=0,99919.

31. Silicijski npn bipolarni tranzistor ima koncentracije primjesa u emiteru i bazi 1020 cm-3 i 1017 cm-3, pri čemu su efektivne širine emitera i baze 0,3 µm. Izračunati gustoće struje emitera, kolektora i baze kod napona UBE = 0,65 V i UCE = 1 V. Za pokretljivosti nosilaca uzeti µpE=310 cm2/Vs i µnB=1350 cm2/Vs. Pretpostaviti beskonačnu brzinu rekombinacije na emiterskom kontaktu i β*=1. T = 300 K. Rješenje: IE=-32,56 A/cm2, IC=32,55 A/cm2, IB=8 mA/cm2.

32. Silicijski npn tranzistor radi u spoju zajedničke baze na granici normalnog aktivnog području i područja zasićenja. U bazi ima nakrcan naboj manjinskih nosilaca 3 pC, efektivna širina baze je 2 µm, a faktor injekcije emitera 0,995. Površina tranzistora je 2 mm2, koncentracija primjesa u bazi 5×1015cm-3, τn=0,5µs, µn=1300 cm2/Vs, T=300K. Odrediti: a) sve komponente struja te predznak i iznos ulaznog i izlaznog napona. b) Nacrtati izlazne karakteristike i označiti zadanu radnu točku. Rješenje: InE=5,04 mA, IE=-5,0653 mA, IpE=25,33 µA, IR=6 µA, IC=InC=5,034 mA, IB=31,3 µA, UUL=UEB=-0,5 V, UIZ=UCB=0.

33. Raspodjela nosilaca u bazi npn tranzistora u dvije radne točke prikazana je na slici. Ulazna struja u točkama 1 i 2 je ista. Struje emitera i kolektora u točki 1 iznose 10 mA, odnosno 9,8 mA, a faktor efikasnosti emitera je pri tome 0,99. Pretpostaviti UT=25 mV. Odrediti: a)

spoj u kojemu tranzistor radi; (obrazložiti)

b)

sve komponente struja u radnoj točki 1;

c)

nacrtati izlazne karakeristike za zadani spoj i na njima označiti točke 1 i 2.

nb (x)

E

C

B

1 n0b

2 0

x

Rješenje: a) SZE; b) IE=-10 mA, IC=InC=9,8 mA, InE=9,9 mA, IpE=0,1 mA, IR=0,1 mA, IB=0,2 mA.

7

Elektronika 1, 2004.

34. Pri naponima UCB=5 V i UBE=0 V kolektorska struja npn tranzistora je IC=15⋅10-15 A. Uz isti napon UCB i UBE=0.7 V struje su IB=50 µA i IC=6 mA. Izračunati sve vanjske struje tranzistora (IC, IB i IE) uz napone UEB=5 V i UBC=0.7 V. Zanemariti Early-jev efekt, a temperatura je 300 K. Rješenje: IC=-8,712 mA, IB=2,712 mA, IE=6 mA.

35. Bipolarni tranzistor ima pri struji emitera -50 µA izlaznu karakteristiku na slici 2. Ako je faktor strujnog pojačanja toga tranzistora u spoju zajedničkog emitera u inverznom aktivnom području jednak 2, odredi numeričke izraze za Ebers-Mollove jednadžbe toga tranzistora.(T = 300 K)

-6

I x 10 A

C

-I = 50 µA E

49,5

-0,4 0

U

+5

CB

slika 2

,V

Rješenje: α=0,99, αR=0,67, ICS=26,9 pA, IES=18,12 pA.

36. Izlazne karakteristike nekog npn tranzistora prikazane su na slici. U točki B γ=0,98. β*=0,97. UT=25 mV. a) Za radnu točku B odrediti sve IIZ komponente struja i ukupne struje 400 µ A A emitera, baze i kolektora. b) Na istoj slici nacrtiati raspodjelu 300 µ A B manjinskih nosilaca u bazi tranzistora za točke A, B i C. C

0

IIULI=200 µ A UIZ

Rješenje: a) InE=294 µA, IpE=6 µA, InC=285,18 µA, IR=8,82 µA, IE=-300 µA, IC=285,18 µA, IB=14,82 µA.

37. n-kanalni JFET radi u linearnom dijelu triodnog područja. Vodljivost otvorenog kanala je 2·10-3 S, a kontaktni potencijal 0,65 V. Napon dodira iznosi -5 V. Koliki mora biti UGS da otpor JFET-a u linearnom području izlaznih karakteristika iznosi RDS=1000 Ω? Koliki je najmanji mogući iznos RDS i uz koji napon UGS? Rješenje: UGS=-0,763 V, RDSmin=756,638 Ω uz UGS=0 V.

8

Elektronika 1, 2004.

38. Za silicijski n-kanalni spojni FET poznati su slijedeći parametri: širina potpuno otvorenog kanala 2a=D=2 µm, duljina kanala L=6 µm, dubina W=50 µm. Koncentracije primjesa u području upravljačke elektrode i kanala su 2×1018 cm-3, odnosno 1,33×1015 cm-3 (zanemariti degeneracijske efekte!). Pn-spoj između upravljačke elektrode i kanala je skokovit, temperatura je 300 K, a pokretljivost elektrona u kanalu je 1377 cm2/Vs. Odrediti: a) vodljivost potpuno otvorenog kanala, kontaktni potencijal između upravljačke elektrode i kanala, te napon dodira UGS0; b) napon UGS kod kojeg je vodljivost kanala jednaka G0 /4, pri naponu UDS=0. c) skicirati tehnološki presjek tranzistora i na njemu ucrtati oblik kanala za slučaj zadan u b) dijelu zadatka. Rješenje: a) G0=0,489 S, UK=0,782 V, UGS0=-3,218 V; b) UGS=-1,47 V.

39. n-kanalni JFET ima struju IDSS=5 mA i napon dodira -5 V. Ako JFET radi u području zasićenja sa strujom odvoda IDS=0,5 IDSS odredi strminu gm. Ako u krugu uvoda djeluje parazitni otpor od 100 Ω koji je iznos strmine u tom slučaju? Rješenje: gm=1,414 mA/V, gm'=1,239 mA/V.

40. n-kanalni spojni silicijski FET ima UGS0 = -4 V, UK = 0,7 V i IDSS = 4 mA. Ako je UGS=-2 V odrediti ID na sredini triodnog područja i u području zasićenja. U oba slučaja odrediti strminu i dinamički otpor. Nacrtati izlazne karakteristike za UGS = 0, -2 V i -4 V. Rješenje: sredina triodnog područja → ID1=0,67 mA, gm1=0,493 mA/V, rd1=2,322 Ω; zasićenje → ID2=0,88 mA, gm2=0,925 mA/V, rd2=∞.

41. Izlazne karakteristike idealnog spojnog FETa prikazane su na slici. Kontaktni potencijal između upravljačke elektrode i kanala iznosi 0,8 V. Odrediti: a) b) c) d)

tip JFETa (obrazložiti); napon dodira; vodljivost potpuno otvorenog kanala; dinamičke parametre gm, rd i µ u točki A.

15 mA

|ID|

B

UGS=0 V A UGS=-1 V

4V

UDS

Rješenje: a) n-kanalni JFET; b) UGS0=-4 V; c) G0=14,74 mS; d) gm=5,71 mA/V, rd→∞, µ→∞.

9

Elektronika 1, 2004.

42. Izlazne karakteristike idealnog spojnog FET-a prikazane su na slici. Kontaktni potencijal između upravljačke elektrode i kanala iznosi 0.75 V. Odrediti: a) tip FET-a; b) napon dodira i vodljivost potpuno otvorenog kanala; c) dinamičke parametre u radnoj točki A.

ID 8 mA

B A

UGS=0V UGS=+1V

-3V

UDS

Rješenje: a) p-kanalni JFET; b) UGS0=3 V, G0=11,06 mS; c) gm=3,5 mA/V, rd→∞, µ→∞.

43. n-kanalni spojni FET ima UK = 0,7 V i UGS0 = -6 V. JFET radi u području zasićenja u radnoj točki gdje je strmina JFET-a jednaka jednoj polovici vodljivosti otvorenog kanala. Odrediti: a) napon UGS; b) najmanju moguću vrijednost napona UDS da bi JFET bio u zasićenju. Rješenje: a) UGS=-0,975 V; b) UDS=5,025 V.

44. Prijenosna karakteristika idealnog silicijskog JFET-a prikazana je na slici. Koncentracije primjesa u području kanala i upravljačke diode su 1015 cm-3, odnosno 1018 cm-3, a vodljivost otvorenog kanala 2 mS. Temperatura je 300 K. Odrediti: a) tip FET-a (obrazložiti), b) strminu, dinamički otpor i faktor pojačanja u radnoj točki B, c) nacrtati izlazne karakteristike i na njima označiti točke A i B. |ID | B

UDS =3V A UGS / V –4,5

–2

0

Rješenje: a) n-kanalni JFET; b) gm=0,933 mA/V, rd=3,23 kW, µ=3,016.

45. n-kanalni JFET ima UK=0,6 V i UGSO=-4 V. Ako JFET radi sa UGS=-1 V, odredi njegovu strminu pri UDS1=1 V i UDS2=2⋅UDSS. Kada je strmina veća i zašto? (G0=3⋅10-3 S). Rješenje: gm1=0,483 mA/V, gm2=1,23 mA/V.

10

Elektronika 1, 2004.

46. Na slici 3 je izlazna karakteristika jednog MOSFET-a. a) Koji tip kanala pripada ovome MOSFET-u i kojega je on tipa? b) Napisati analitički izraz za ID = ID(UGS,UDS) i nacrtati izlazne karakteristike za UGS=-1 V, 0 V, +1 V i +2 V sa naznačenom granicom između triodnog područja i područja zasićenja. c) Odrediti strminu u točki UDS=+5 V, UGS=+1 V. I ,mA D

U > 0 GS

+0,1

U = 0 V GS

0

+1,5

U

DS

,V

slika 3

Rješenje: a) osiromašeni nMOSFET; c) gm=0,22 mA/V.

47. n-kanalni idealni silicijski MOSFET ima duljinu kanala 3 µm, a kapacitet upravljačke elektrode prema kanalu iznosi 1 pF. Uz napon UGS=-0,5 V, strmina je 2,8 mA/V, a faktor pojačanja µ=0,3. Pokretljivost većinskih nosilaca u kanalu je 480 cm2/Vs. T=300 K. Odrediti: a) napon praga; b) struju ID i napon UDS za zadanu radnu točku. Rješenje: a) UGS0=-2,775 V; b) ID=5,63 mA, UDS=0,525 V.

48. Na slici prikazana je prijenosna karakteristika nekog idealnog MOSFETa sa konstantom K=3 mA/V2. Odrediti: a) tip MOSFETa (obrazložiti); ID UDS=3 V b) područje rada u točki A; c) struju odvoda u točki A; d) dinamičke parametre gm, rd i µ u točki A. A

2,5 V

5V

UGS

Rješenje: a) obogaćeni nMOSFET; b) zasićenje; c) ID=9,375 mA; d) gm=7,5 mA/V, rd→∞, µ→∞.

11

Elektronika 1, 2004.

49. Prijenosna karakteristika nekog MOSFET-a prikazana je na slici. MOSFET ima debljinu oksida 0,05 µm, pokretljivost elektrona u kanalu 290 cm2/Vs te omjer širine i dužine kanala W/L=10. Odrediti: a) tip MOSFET-a (n ili p i je li obogaćen ili osiromašen); (objasniti)

ID

b) napon praga i tehnološko-topološku konstantu K;

UDS=6 V

c) područje rada i struju u točki A; d) dinamičke parametre (gm, rd, µ) u točki A.

A 2

4

UGS,V

Rješenje: a) obogaćeni n-kanalni MOSFET; b) UGS0=2 V, K=2·10-4 A/V2; c) zasićenje, ID=0,4 mA; d) gm=0,4 mA/V, rd→∞, µ→∞.

12