= =144.64

Transcripción

1 Guía de Ejercicios Nº6 Transistor TBJ 1) Dado un transistor cuyos parámetros de fabricación son N de 7.5x10 18 cm 3, N ab cm 3, N dc 1.5x10 16 cm 3, D pe 5 cm 2 /s, D nb 10 cm 2 /s, W B (300±20) nm, W E (250±20) nm. Debido a las características del proceso de fabricación, se tiene que cuando W B es máximo, entonces W E es mínimo, y viceversa. a) Halle el máximo y el mínimo valor de β F para un transistor construido con este proceso. N de D nb W E N ab D pe W B Entonces, se maximiza para W E máximo y W B mínimo, y se minimiza para W E mínimo y W B máximo cm 3 10cm 2 s 270 nm cm 3 5cm 2 s 280 nm min cm 3 10 cm 2 s 230 nm cm 3 5 cm 2 s 320 nm b) La variación relativa de W B es del 7% y de W E del 8%. Cuál es la variación relativa de β F obtenida? ecordando de Física 1 A, en un cociente, los errores relativos se suman, entonces W E W B 15% c) Por qué para obtener un elevado valor de β F se utilizan transistores NPN y no transistores PNP? Porque el depende de la relación de movilidades de portadores de carga. n p p n d) Si se quiere lograr un valor de β F de 500 conservando todos los parámetros constructivos excepto N de, Cuál será el nuevo valor de N de necesario? Tomamos el f N de cm N de cm cm 3 2) En los transistores bipolares de alta velocidad utilizados en telecomunicaciones la velocidad de conmutación es un factor crítico. Suponga que para una dada aplicación el tiempo de transito a través de la base deba ser inferior a 7.5 ps. A partir de las de fórmulas de tiempo de transito estudiadas en la Clase #16, y asumiendo que D nb 10 cm 2 /s a) Cuál es el máximo ancho de base que podría utilizarse? 3) Utilizando el modelo híbrido π calcule las características I V que cada uno de los siguientes circuitos presenta para la fuente de alimentación. Exprese los resultados en función de I o, β F y β. 1

2 Fig. 1 Asumo para todos los casos A. V BE V V BE on V BC MAD II B I C I C 1 V V on con signos según corresponda. con q V k T I C I S e B. V BE V V BE on V BC V EC V BE V BE V Saturación II B V I C I B C. V BE Corte I D. V BE flotante. V V El transistor se modela como un diodo en inversa en serie con un diodo en directa. Es decir, ambos comparten la corriente, que es la de inversa del diodo (~na). El diodo en directa conduce esa corriente. Entonces, si V es lo suficientemente grande, V BE 20 mv k T q 26mV. E. V BE flotante. V BC V II C I B.. Los nodos B C presentan un diodo en inversa. I S F. V, V BC flotantes. II B I C Los nodos B E presentan un diodo en directa. qv k T II S e 4) Suponiendo que ambos transistores de la Fig. 2 son idénticos, Cuál debería ser aproximadamente la tensión V de la fuente de alimentación de modo que la corriente I sea 1 ma? Fig. 2 Ambos transistores tienen la misma V BE. Además, la base y el colector del primer transistor están cortocircuitados, entonces 2

3 V V V BE V 0.7V La corriente sobre la resistencia es I V y ésta se divide en la corriente de colector y las corrientes de base, que asumimos son idénticas para ambos transistores. I C1 I 2 I B I 2 I C1 I I C1 1 2 Como las V BE y las I B son idénticas, se espera que I C1 I C2, pero como hay que tener en cuenta el efecto de modulación de la base: V 0.7V II C2 I C1 1 V V I V A V A 1 2 Asumimos 2 y V A V I V 0.7V V.7V I.7V 1mA1 k 1.7V V 1 V A 5) Dado un transistor con parámetros N de 7.5x10 18 cm 3, N ab cm 3, N dc 1.5x10 16 cm 3, D pe 5 cm 2 /s, D nb 10 cm 2 /s, W B 300 nm, W E 250 nm, A E 25 µm 2, A C 100 µm 2, V an 35 V, con resistencias parásitas de contacto r b 250 Ω y r c 500 Ω, polarizado con IC 100 µa, V 2 V, a) Halle los valores de los elementos del modelo de pequeña señal g m, r π, r o, c π, c µ. g m i C v I C 100 A 3.85 ms BE k T 26 mv q r g g i B v g m ms S BE 215 r k r o g o g o i C v I C 100 A V A 35V r o 35V 100 A 350 k Capacidades c C dbe T g m T W 2 B 3002 nm 2 2 D nb 2 10cm 2 s cm 2 s 20cm 2 c 45 ps3.85 ms ff s45 ps 3

4 C jbc0 c A 1V CB B C jbc0 q S 2 B N B N C N B N C B 26 mv ln[ N B N C n i 2 ] 26 mv ln [ ] 26 mv mv C jbc C ff cm cm mv C jbc ff 2 cm ff cm 2 37 nf cm 2 c 100 m 2 37nF cm 2 1V V cm 2 37 nf cm 2 37 ff 2.27 ff BE V b) ealice un diagrama del modelo de pequeña señal. c) ué fracción de la corriente de emisor es aportada por la corriente del colector? I C I B 1 1 I I C C % 6) En la Fig. 3 se ilustra un transistor PNP conectado como diodo. Sabiendo que β F 30 y V Ap 45 V, y que está polarizado con I C 150 µa, a) Halle la resistencia equivalente de pequeña señal entre base y emisor para baja frecuencia (los capacitores pueden ser despreciados). b) Es posible aproximar rápidamente el valor de esta resistencia sin hacer todo el cálculo completo? Fig. 3 7) En la Fig. 4 se ilustra un circuito con dos transistores TBJ, donde la tensión de la fuente de alimentación satisface la condición V > V BEonNPN + V EBonPNP, y las corrientes de base en estado activo de ambos transistores tienen valores similares, a) Suponiendo que inicialmente se parte de la condición I 0 (Fig. 4 Izq.), si el circuito no recibe estímulos externos, Es posible que continúe en la condición I 0? b) Suponiendo que ahora el transistor NPN recibe un pulso transitorio externo de corriente en su base (Fig. 4 Der.) suficientemente intenso como para activarlo, una vez extinguido el pulso, La corriente I tenderá a crecer indefinidamente o tenderá a extinguirse a cero? 4

5 Fig. 4 I Bpnp I Cnpn I Bnpn I Cpnp Además, I C I B I Bnpn I Cpnp I Bpnp 2 I Bpnp 1 2 I Bpnp Todas las corrientes son nulas, incluyendo I 5