FYSE301 Elektroniikka I osa A Loppukoe (Vastaa kaikkiin viiteen tehtävään)

Transkriptio

1 FYSE301 Elektroniikka I osa A Loppukoe (Vastaa kaikkiin viiteen tehtävään) 1. Selitä lyhyesti (6 pistettä) a) pn-liitoksen virta-jännite-käyttäytyminen b) varauksenkuljettajien lukumäärä itseispuolijohteissa ja seostetuissa puolijohteissa c) Energia-aukko puolijohteissa ja eristeissä 2. Laske kuormavastuksen R L (kuva 1) läpi kulkeva virta I L muuntamalla sitä syöttävä piiri (katkoviivoitettu osa) Thevenin-ekvivalentikseen ja esitä I L R L :n funktiona (älä kiinnitä vielä R L :n arvoa). Laske virta I L kun R L =20 Ω. (6 pistettä) 6 Ω 24 V 4 Ω 15 Ω Kuva Piirrä kuvan 2 kytkennän antojännite v 2 ottojännitteen v 1 [ 5V, 5V] funktiona (diodit ovat ideaalisia eli diodissa ei ole itsessään kynnysjännitettä). (6 pistettä) 5 Ω V d2 = 0,7 V v 1 v 2 V d1 = 2 V Kuva 2.

2 4. Kuvan 3 yhteisemitterivahvistinkytkennälle R C =500 Ω, R E =150 Ω, R 1 =3,7 kω ja R 2 =14,8 kω. Käyttöjännite V CC =20 V, transistorin β=100 ja V BE =0,7 V. Oletetaan että V CE(sat) 0 V. a) Tunnista symbolista minkälainen transistori on kyseessä. Transistorin eri alueet on seostettu arseenilla ja boorilla, kummalla saa aikaan p-tyypin seostuksen ja miksi? (2 p) b) Määritä transistorin kuormitussuora (2 p) c) Hahmottele transistorin ominaiskäyrät (V CE, I C ) V CE :n välille 0-25 V ja I B :n arvoille 100, 200, 300 ja 400 µa. (2 p) Kuva Kuva 4 esittää MOSFET-transistorin biasointikytkentää, jolla lepotilan toimintapiste asetetaan halutuksi. Oletetaan että piirissä on BS170 NMOS transistori (liite). (a) Piirrä avaustyypin (enhancement mode) NMOS-transistorin poikkileikkaus, josta selviää transistorin toimintaperiaate. Nimeä transistorin osat. (2 p) (b) Määritä liitteen tiedoista mikä on i) hilan (gate) kynnysjännite, ii) virta I D kun V GS =0 V ja V DS =25 V (2 p) (c) Olkoon kuvan 4 mukaisessa kytkennässä V DD = 29 V ja R D = 10 Ω. Määritä nieluvirta (I D ) ja nielu-lähdejännite (V DS ), kun V GS = 6 V. Kuinka hilavastukset on valittava jotta saadaan V GS = 6 V? Käytä apuna liitettä, jos siltä tuntuu. (2 p) D S Kuva 4.

3 Joitain kenties hyödyllisiä yhtälöitä: σ=neµ; n=p=n i ; n i =e -Eg/2kT ; i=i s (e ev/ηkt -1); i D =K(v GS -V T ) 2 ; i D =I DSS (1-v GS /V P ) 2 ; β=α/(1- α);

4 March 2010 BS170 / MMBF170 N-Channel Enhancement Mode Field Effect Transistor General Description These N-Channel enhancement mode field effect transistors are produced using Fairchild's proprietary, high cell density, DMOS technology. These products have been designed to minimize on-state resistance while provide rugged, reliable, and fast switching performance. They can be used in most applications requiring up to 500mA DC. These products are particularly suited for low voltage, low current applications such as small servo motor control, power MOSFET gate drivers, and other switching applications. Absolute Maximum Ratings T A = 25 C unless otherwise noted Symbol Parameter BS170 MMBF170 Units V DSS Drain-Source Voltage 60 V V DGR Drain-Gate Voltage (R GS 1M ) 60 V V GSS Gate-Source Voltage ± 20 V I D Drain Current - Continuous Pulsed ma T J, T STG Operating and Storage Temperature Range - 55 to 150 C T L BS170 D TO-92 SOT-23 G G S Maximum Lead Temperature for Soldering Purposes, 1/16" from Case for 10 Seconds D Features MMBF170 High density cell design for low R DS(ON). Voltage controlled small signal switch. Rugged and reliable. High saturation current capability. S 300 C BS170 / MMBF170 N-Channel Enhancement Mode Field Effect Transistor Thermal Characteristics T A = 25 C unless otherwise noted Symbol Parameter BS170 MMBF170 Units P D Maximum Power Dissipation Derate above 25 C mw mw/ C R JA Thermal Resistance, Junction to Ambient C/W 2010 Fairchild Semiconductor Corporation BS170 / MMBF170 Rev. E2 1

5 Electrical Characteristics T A =25 C unless otherwise noted Symbol Parameter Conditions Type Min. Typ. Max. Units OFF CHARACTERISTICS BV DSS Drain-Source Breakdown Voltage V GS = 0V, I D = 100 A All 60 V I DSS Zero Gate Voltage Drain Current V DS = 25V, V GS = 0V All 0.5 A I GSSF Gate - Body Leakage, Forward V GS = 15V, V DS = 0V All 10 na ON CHARACTERISTICS (Notes 1) V GS(th) Gate Threshold Voltage V DS = V GS, I D = 1mA All V R DS(ON) Static Drain-Source On-Resistance V GS = 10V, I D = 200mA All g FS Forward Transconductance V DS = 10V, I D = 200mA BS ms V DS 2 V DS(on), I D = 200mA MMBF Dynamic Characteristics C iss Input Capacitance V DS = 10V, V GS = 0V, All pf C oss Output Capacitance f = 1.0MHz All pf C rss Reverse Transfer Capacitance All 7 10 pf Switching Characteristics (Notes 1) t on Turn-On Time V DD = 25V, I D = 200mA, BS ns V GS = 10V, R GEN = 25 V DD = 25V, I D = 500mA, MMBF V GS = 10V, R GEN = 50 t off Turn-Off Time V DD = 25V, I D = 200mA, BS ns V GS = 10V, R GEN = 25 V DD = 25V, I D = 500mA, V GS = 10V, R GEN = 50 MMBF Note: 1. Pulse Test: Pulse Width 300 s, Duty Cycle 2.0%. Ordering Information Part Number Package Package Type Lead Frame Pin array BS170 TO-92 BULK STRAIGHT D G S BS170_D26Z TO-92 Tape and Reel FORMING D G S BS170_D27Z TO-92 Tape and Reel FORMING D G S BS170_D74Z TO-92 AMMO FORMING D G S BS170_D75Z TO-92 AMMO FORMING D G S MMBF170 SOT-23 Tape and Reel BS170 / MMBF170 N-Channel Enhancement Mode Field Effect Transistor 2010 Fairchild Semiconductor Corporation BS170 / MMBF170 Rev. E2 2

6 Typical Electrical Characteristics BS170 / MMBF170 N-Channel Enhancement Mode Field Effect Transistor 2010 Fairchild Semiconductor Corporation BS170 / MMBF170 Rev. E2 3

7 Typical Electrical Characteristics (continued) BS170 / MMBF170 N-Channel Enhancement Mode Field Effect Transistor 2010 Fairchild Semiconductor Corporation BS170 / MMBF170 Rev. E2 4

8