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Dispositivos Semiconductores
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Evaluación Final
19 de Febrero de 2014
Nombre y apellido: __________________________________________ Padrón: _________________
e-mail:______________________________________ Cuatrimestre de cursada: _________________
• Todos los ejercicios del parcial deben estar correctamente planteados.
• Se considerará: La claridad y síntesis conceptual de las respuestas y justificaciones, los detalles de los gráficos/circuitos,
la exactitud de los resultados numéricos.
• Cada ejercicio debe estar resuelto en hojas independientes.
Problema 1
Problema 2
Problema 3
Problema 4
Calificación Final
1) Se tiene un transistor MOS con W = L y t ox conocidos crecido sobre un sustrato tipo P con dopaje
NA en el que VT = 1 V y VFB = -0,5 V.
a) Para -3V < VGS < 3V graficar la carga libre en la interfaz Si-SiO2 y la carga en la zona de
vaciamiento del semiconductor para VDS = 0 V. ¿El poly está dopado tipo N o P?
b) Si se aplica una tensión VDS muy pequeña (de manera que el potencial en el canal no se vea
fuertemente afectado, con VGS > VT, calcule la corriente de drain a partir de la resistividad del
canal. Compare el resultado con la ecuación que tiene para el MOSFET.
c) Se fabrican divisores de tensión para obtener la tensión V DD/2 en un circuito CMOS, usando
los circuitos de las figuras 1. ¿Es indistinto usar los dos circuitos de la figura? ¿Por qué?
d) Se fabrica un espejo de corriente con dos transistores PMOS como se muestra en la Fig. 2.
Halle el rango de tensiones VOUT para los cuales la corriente de salida está regulada.
2) Se desea diseñar un amplificador emisor común tal que, para una señal de entrada de 20 mVpico y
Rs = 500 Ω, se obtenga una señal de salida de al menos 1 Vpico. Como restricciones, se tienen que la
tensión de alimentación sea VCC = 5 V, y que la tensión de continua en el nodo de salida sea V CC/2. La
figura 3 muestra una implementación donde se buscó una ganancia de aproximadamente 100 veces
respecto de la fuente de señal, donde R C = 1 kΩ, RB = 860 kΩ, y para el transistor β = 500 y
VA = 25 V. La figura 4 muestra la señal de salida del amplificador donde se observa que se produce
distorsión.
a) Explique cómo en un TBJ NPN se controla la corriente de colector a partir de la corriente de
base.
b) Identifique qué tipo de distorsión se produce, justificando a partir de la forma de onda de la
señal de salida de la figura 2.
c) Explique qué nuevos valores de RB y RC son necesarios para eliminar la distorsión,
manteniendo los requerimientos de ganancia y polarización.
d) Explique cualitativamente cómo cambiarían los parámetros del amplificador (A v, Avs, RIN, ROUT)
si se reemplaza el TBJ por un MOSFET, manteniendo I DQ = ICQ.
3) Se tiene un inversor CMOS con |kP| = |kN|, -VTP = VTN = 1 V, λ > 0, VDD = 5 V:
a) Dibuje el diagrama a nivel transistor y el corte transversal de una oblea de silicio del inversor.
Indique en ambos dibujos todos los terminales de los transistores.
b) ¿Qué implica |kP| = |kN|?
c) Haga un gráfico aproximado de VIN vs VOUT, e indique el modo de trabajo en cada sección de
la curva.
d) ¿Qué es el margen de ruido? Marque en el gráfico del punto c) los siguientes puntos: V M, VIH,
VIL, VOH, VOL. Calcule los márgenes de ruido NM H y NML.
4) Responda a las siguientes preguntas.
a) La Fig. 5.a muestra la curva corriente-tensión de un fotodiodo en oscuridad. Se sabe que al
aplicar 5 V de tensión de inversa, y recibir una intensidad de luz de 10 mW/cm 2 circula a
través suyo una corriente de 500 µA. Con esa intensidad de luz, hallar la corriente que se
mediría poniendo un amperímetro en paralelo con el fotodiodo, la tensión a circuito abierto, y
la máxima potencia que puede obtenerse del dispositivo usado como celda fotovoltaica. Si se
duplica la intensidad de luz, ¿cuál de estas magnitudes cambian?
b) Describa la estructura constructiva de un SCR, y explique su funcionamiento usando un
modelo simple.
c) Decida si hace falta usar un disipador para que la temperatura a la que se encuentra la
juntura del diodo de la Fig. 5.b sea menor a 125°C, sabiendo que R JC = 1°C/W, RJA = 5°C/W,
que la tensión V(t) es la de la fig 5.c, y que la temperatura ambiente es de 50°C.
1
Corriente de oscuridad (mA)
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Evaluación Final
19 de Febrero de 2014
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
-5
-4
Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4
-3
-2
-1
0
1
Tensión en el diodo (V)
(a)
(b)
V(t)
10V
1ms
2ms
tiempo
(c)
Fig. 5
2