Elettronica - Riassunti di teoria

TRASPORTO DI CARICA NEI SEMICONDUTTORI

Per T > 0 i portatori si muovono per agitazione termica. → spostamento medio nullo

In presenza di un campo elettrico E, al moto termico si sovrappone un moto di deriva nella direzione del campo (verso opposto per gli elettroni e concorde per le lacune).

CORRENTE DI DERIVA

Dovuta alla presenza del campo elettrico

ELETTRONI

v = μ_n E

(I medio)tra due collisionimobilità deglielettroni

LACUNE

v = +μ_p E

→ J_DRIFT = q (p·μ_p + n·μ_n)·E

= σ·E

conduttività

RELAZIONE DI EINSTEIN

^D_p/_μp = ^D_n/_μn = ^kT/_q = V_T

V_T = 25 mV a T ambiente

CORRENTE DI DIFFUSIONE

Dovuta ad un gradiente di concentrazione

• J_p = - q D_p ^dP/_dx densità di corrente di lacune
• J_n = q D_n ^dn/_dx densità di corrente di elettroni

Vedi slides Corrente Complessiva (1) e (2)

Giunzione PN Polarizzata

Vo —> V0-Va

Nota positiva a p negativa a m

Se Va aumenta: Weq cala (aumenta) (diminuisce) Bi0n cala (aumenta) potenziale alla giunzione cala (V0-Va) (aumenta)

Diretta

E_0 Finale

V0-Va

Inversa

A_0 Finale

V0-Va

V0

_{Wdep = Wdi√1+VR/V0}

dove VR=-Va

2.3 Raddrizzatore a ponte monofase

La figura 2.3.1 mostra un raddrizzatore a ponte realizzato con 4 diodi funzionanti alternativamente a coppie, come mostrato negli schemi equivalenti di figure 2.3.2 e 2.3.3, nel rispettivo semi-periodo con v_s rispettivamente minore o maggiore di zero.

figura 2.3.1

Osservando bene le seguenti figure si può vedere come questo schema non introduca alcuna difficoltà aggiuntiva nella comprensione di questo raddrizzatore, essendo tale funzionamento identico allo schema a doppia semionda.

figura 2.3.2

figura 2.3.3

Funzionamento diretto [agisce V_BE]

La Tensione V_BE determina la corrente che attraversa la giunzione base-emittore che chiamiamo I_E, che consta di due componenti.

Lo componente maggiore è della corrente Diretta di Trasporto (I_F), che entra dal collettore, attraversa la base ed esce dall'emittore.

I_F = I_C = I_S (e^V_BE/_VT - 1)

Tensione termicavale kT/q [V]

corrente di saturazione del transistor

Vi è un'altra corrente, che proviene dalla base ed è proporzionale alla corrente I_F.

I_B = I_F / β₀

guadagno di corrente diretto ad emettitore comune

Dunque la corrente I_E è la somma di queste due componenti

I_E = I_C + I_B

= (β_F + 1) I_B

Poiché β_F >> 1, una piccola I_B produce delle grandi I_B, I_C,

Per V_GS < V_TN, si forma una regione di svuotamento nella zona sottostante al G.

Per V_GS > V_TN, si forma uno strato di inversione, costituito da elettroni provenienti dalle regioni D e S, che le collega elettricamente.

Per ogni valore di V_DS > 0, non c'è corrente.

REGIONE DI TRIODEO DELL'NMOS

Abbiamo visto che I_G e I_B assumono valori trascurabili e possono esser ritenute nulle. Deve valere quindi I_S = I_D. L'espressione per la corrente che attraversa i terminali di drain e source può essere ricavata analizzando il flusso di cariche nel canale.

Q' = - W C_ox (V_ox - V_TN) [C/cm]

V_ox = V_gs - V_ia

Tensione ai capi dell'ossido in funzione della posizione lungo il canale

Capacità relativa all’ossido per unità di area

C_ox = ε_ox/T_ox [F/cm²]

Larghezza del canale

Carica per unità di lunghezza associata agli elettroni in un punto arbitrario sul canale

ELETTRONICA - INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE

A.A. 2016/17 – Appello del 25/01/2017

ISTRUZIONI:

Il tempo a disposizione è 2 ore e 30 minuti. Scrivete nome, cognome e matricola su tutti i fogli che vi verranno consegnati. Al termine della prova non serve consegnare questo foglio. È permesso consultare il proprio libro di testo (uno tra quelli consigliati o un qualsiasi altro testo di fondamenti di elettronica), ma non appunti o qualsiasi altro foglio.

PROBLEMA P1

Dato il circuito riportato nella figura sottostante, supponendo che funzioni a T=300K, determinare:

1. il punto di lavoro dei transistor Q₁ e M₄;
2. il guadagno di tensione ai piccoli segnali ac A_v=v_out/v_in;
3. le resistenze di ingresso e uscita R_in e R_out.

DATI:

• V_CC=15V, I_B=2mA
• R₁=16kΩ, R₂=10kΩ, R₃=3.8kΩ,
• R₄=200Ω, R₅=5kΩ, R₆=200Ω
• K_p2=2mA/V², K_p3=1mA/V²
• V_THP=-2.3V, K₄=2mA/V²,
• V_THn=2V,
• λ_n=λ_p=0 V^-1
• β=100, V_BEon=0.7V, V_CEsat=0.2V,
• A=∞

PROBLEMA P2

Dato il circuito riportato nella figura sottostante, che usa amplificatori operazionali e componenti passivi ideali:

1. ricavare l’espressione della funzione di trasferimento H(s)=V_out(s)/V_in(s);
2. tracciare il diagramma di Bode asintotico dell’ampiezza e della fase di H(jω);
3. determinare v_out(t) quando v_in(t)=V_in·cos(ω_in·t), con V_in=0.1V e ω_in=350rad/s.

DATI:

• R₁=330Ω, R₂=3kΩ, R₃=30kΩ,
• R₄=90kΩ, R₅=10kΩ
• C₃=3.3nF, C₄=1μF

(prosegue sul retro →)

DATI:

• R₁=4kΩ,
• R₂=4kΩ,
• R₃=33kΩ,
• C₁=500pF,
• C₃=300nF,
• C₄=3nF

PROBLEMA Q1

Dato il circuito riportato nella figura sottostante, supponendo che l'amplificatore operazionale sia ideale, determinare lo stato dei diodi, le tensioni V_O e V_A e la corrente I_A erogata dal morsetto di uscita dell'operazionale quando V_IN = -2 V.

DATI:

• R₁=10kΩ, R₂=20kΩ,
• D_1,2:
• tensione di accensione V_ON=0.7V