1) Mediante un diagrama de Bandas de Energía explique el

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1) Mediante un diagrama de Bandas de Energía explique el funcionamiento del
transistor Bipolar en la REGION ACTIVA.
2) Mediante un diagrama del transistor NPN explique cómo calcular las corrientes
de Emisor y Colector para finalmente obtener de ellas el Modelo Ebers – Moll
del transistor.
3) El Modelo de Ebers – Moll se aplica también a los primeros transistores que se
construyeron en la década de los 60 (verdadero ó Falso) _____ porque
____________________.
4) Para demostrar que el transistor bipolar se comporta como una válvula de
corriente, controlada por corriente:
A) Se calcula de forma simbólica la corriente IC.
B) Se calcula de forma simbólica la corriente IB.
C) Se aproxima la corriente de base a la corriente que se inyecta de la base al
emisor.
D) La corriente de colector se calcula evaluando la corriente de difusión en la
base en la frontera entre la base y la región de agotamiento de la juntura base
–emisor.
E) La corriente de base se obtiene evaluando la corriente que se inyecta de la
base al emisor en la frontera entre el emisor y la región de agotamiento de la
juntura emisor – base.
F) La corriente de colector se calcula evaluando la corriente de difusión en el
colector en la frontera entre la base y la región de agotamiento de la juntura
base –colector
G) La corriente de base se calcula evaluando la corriente de difusión en la base
en la frontera entre la base y la región de agotamiento de la juntura base –
Colector.
H) Considerando la Corriente de Recombinación.
I) Todas las Anteriores.
5) Hallé la ganancia de corriente del transistor bipolar en forma simbólica según lo
indicado en el ítem 4. Esta ganancia debe quedar en términos de los parámetros
que describen el comportamiento del transistor bipolar, ¿cuáles son estos
parámetros?
6) El Modelo de Ebers – Moll las corrientes se obtienen considerando:
A) Solo Corrientes de Difusión.
B) Corrientes de Difusión y desplazamiento.
C) Solo Corrientes de desplazamiento.
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D) La Longitud de la Base es mucho mayor a la longitud de difusión de los
portadores minoritarios.
E) Todas las anteriores.
7) Mediante un diagrama explique qué es el modelo de Ebers –Moll para el
transistor NPN, que permite realizar y cuál es su importancia. Indique
claramente la dirección de las corrientes.
8) Un transistor bipolar que opera en la región activa (indique todas las que
aplique):
A. La polarización base emisor debe ser inversa
B. La polarización de base colector debe favorecer el transporte de los
portadores minoritarios a través de la base mediante la polarización inversa
de la juntura base colector.
C. La corriente inyectada desde la juntura base colector al emisor se suma a la
corriente que ofrece la juntura base emisor.
D. La corriente de la juntura base colector tiene igual dirección a la corriente
que se inyecta desde la juntura emisor base.
E. Todas las anteriores.
F. Ninguna de las anteriores.
9) Mediante las figuras de Corriente versus Voltaje indique las características de
salida para las configuraciones del transistor en Emisor Común y Base Común.
10) Escriba un pseudocódigo donde se pueda obtener las características de salida en
Base Común para el transistor bipolar PNP.
11) Escriba un pseudocódigo donde se pueda obtener las características de salida en
Emisor Común para el transistor bipolar PNP.
12) Escriba un pseudocódigo donde se pueda obtener las características de salida en
Base Común para el transistor bipolar NPN.
13) Escriba un pseudocódigo donde se pueda obtener las características de salida en
Emisor Común para el transistor bipolar NPN.
14) La corriente ICEO es (Señale todas las que aplique):
A. Corriente de colector en configuración de emisor común con base abierta.
B. Corriente de colector en configuración de emisor común con colector
abierto.
C. Corriente de colector en configuración de emisor común con emisor abierto.
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D. Es mayor a la corriente ICBO.
E. Es menor a la corriente ICEO.
F. Igual a ICBO.
G. Ninguna de las anteriores
15) Mediante un diagrama circuital explique cómo mediría ICEO e ICBO.
16) Determine Analíticamente la relación de desigualdad de ICEO e ICBO o de
Igualdad.
17) Si conecta un transistor bipolar en configuración emisor común, entonces:
A) El transistor soportará un voltaje de salida menor que en configuración base
común.
B) El transistor soportará un voltaje de salida mayor que en configuración base
común.
C) La potencia máxima disminuye
D) La potencia máxima aumenta.
E) El voltaje de ruptura es menor que el voltaje de ruptura en configuración
base común.
F) El voltaje de ruptura es mayor que el voltaje de ruptura en configuración
base común.
G) Todas las anteriores.
H) Ninguna de las anteriores.
18) Explique su respuesta(s) al ítem 12.
19) ¿Qué es el voltaje Early?
20) Explique cualitativamente y analíticamente por qué se produce el voltaje Early
teniendo como referente la configuración emisor común.
21) El voltaje Early aumenta con el aumento de (configuración emisor común):
A) Voltaje emisor colector
B) Corriente de base
C) Corriente de colector.
D) Longitud de la base.
E) Ninguna de las anteriores.
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22) Explique cualitativamente y analíticamente por qué el voltaje de ruptura en base
común es menor que en emisor común.
23) Explique cualitativamente y analíticamente por qué la corriente ICEO > ICBO
24) En un transistor bipolar la ganancia d.c. en emisor común:
A)
B)
C)
D)
E)
Disminuye a bajas y altas inyecciones
Aumenta en altas inyecciones y disminuye en bajas inyecciones
Aumenta a bajas y altas inyecciones.
Disminuye debido al efecto Kirk a altas inyecciones.
Disminuye debido a la recombinación en las regiones de agotamiento a altas
inyecciones.
25) Explique el efecto Kirk.
26) La corriente de recombinación afecta la corriente de base debido a su
dependencia:
A) Inversamente proporcional con el tiempo de recombinación.
B) Directamente proporcional con el ancho de base y la concentración
intrínseca de portadores en la base de los portadores mayoritarios.
C) A la dependencia exponencial con respecto al voltaje emisor – base.
D) Ninguna de las anteriores.
27) El tiempo de almacenamiento de carga en la base de un transistor bipolar y el
tiempo de transito de los portadores minoritarios a través de la base son:
A) Iguales.
B) El tiempo de almacenamiento es mayor al tiempo de transito
C) El tiempo de transito es mayor al tiempo de almacenamiento.
D) El tiempo de almacenamiento es igual al doble del tiempo de tránsito.
E) Ninguna de las anteriores.
28) Describa y obtenga analíticamente el tiempo de transito de un transistor bipolar
PNP mediante las expresiones:
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WB
tr = ∫
0
dx
v( x )
d p′
I p = −q ⋅ A ⋅ D p ⋅
dx
I p = q ⋅ A ⋅ p ′( x ) ⋅ v( x )
29) Las ecuaciones de carga del transistor bipolar describen:
A) El cambio de la carga almacenada en la base con respecto al tiempo como
función de la corriente de base menos la remoción de carga por
recombinación.
B) La corriente de colector como función de la carga almacenada y el tiempo de
almacenamiento.
C) La distribución de portadores minoritarios en la base.
D) La distribución de portadores minoritarios durante la saturación del transistor
bipolar.
E) La máxima carga que puede acumularse en la base del transistor.
F) Ninguna de las anteriores.
30) En un transistor bipolar la máxima carga que puede almacenar en la base es
igual a:
A)
B)
C)
D)
E)
La corriente de colector multiplicada por el tiempo de recombinación.
La corriente de base multiplicada por el tiempo de vida media.
La corriente de base multiplicada por el tiempo de almacenamiento.
La corriente de emisor multiplicada por el tiempo de vida media.
Ninguna de las anteriores.
31) Explique la respuesta del ítem 30.
32) Explique desde el punto de vista de la concentración de portadores minoritarios
en la base por qué la corriente de saturación NO aumenta luego de alcanzar la
carga de almacenamiento equivalente a la carga de saturación.
33) La carga de saturación en la base de un transistor implica:
A) Ambas junturas del transistor están polarizadas directamente.
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B) La polarización directa en ambas junturas NO permite que la pendiente con
la cual varía la concentración de portadores minoritarios en la base cambie.
C) La polarización directa de la base – emisor produce un voltaje mayor a la
polarización directa del colector – base.
D) La caída de voltaje entre emisor – colector es aproximadamente 0.2 voltios.
E) El transistor se encuentra conduciendo similar a un conductor “ideal”
F) Todas las anteriores.
G) Ninguna de las anteriores.
34) El tiempo de prendido de un transistor bipolar es :
A) Tiempo de vida media de los portadores minoritarios en la base.
B) Proporcional al tiempo de vida media de los portadores minoritarios en la
base.
C) Se puede disminuir aumentando la corriente de saturación.
D) Se puede disminuir aumentando el tiempo de almacenamiento.
E) Se puede disminuir aumentado la corriente de base.
F) Ninguna de las anteriores.
35) A. Realice un diagrama de un transistor PNP en configuración emisor común.
B. Grafique la carga de almacenamiento en la base con respecto al tiempo hasta
obtener la máxima carga de almacenamiento. Luego grafique el
comportamiento durante el apagado del transistor.
C. Grafique La corriente de colector con respecto el tiempo.
36) ¿Cuál es la objetivo de tener un modelo de pequeña señal para el transistor
bipolar?
37) Describa los pasos para obtener el la variación de la concentración de los
portadores minoritarios en la base de un transistor PNP en operación de pequeña
señal en función de la concentración inicial de dichos portadores en la base,
teniendo en cuenta que:
x2 x3
e = 1+ x +
+
2! 3!
x
38) La corriente de recombinación en un transistor bipolar es igual a:
A) La carga almacenada en la base dividida por el tiempo de almacenamiento.
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B) La carga almacenada de los portadores mayoritarios en la base dividida por
el tiempo de recombinación de los portadores minoritarios.
C) La carga almacenada de los portadores minoritarios en la base dividida por el
tiempo de recombinación de los portadores minoritarios.
D) A la suma de la corriente inyectada de electrones de la base al emisor más la
corriente de emisor inyectada a la base.
E) Ninguna de las anteriores.
39) Para obtener el modelo de pequeña señal del transistor bipolar para bajas
frecuencias es necesario partir de las siguientes igualdades:
A) La corriente de base es igual a la corriente de electrones inyectada desde la
base al emisor, más la corriente de recombinación, más la corriente de fuga.
B) La corriente de base se iguala a la corriente de electrones inyectada desde la
base al emisor, más la corriente de recombinación.
C) La corriente te base es igual a las corriente de recombinación más la
corriente de fuga.
D) La corriente de base es igual a la corriente de colector menos la de emisor.
E) Ninguna de las anteriores.
40) Con las expresiones de pequeñas variaciones de la corriente de recombinación y
de electrones en el emisor obtenga el modelo de pequeña señal para bajas
frecuencias del transistor bipolar. Indicando claramente a que parámetros es
igual la transconductancia y la ganancia d.c. en emisor común.
∆ I EN =
q ⋅ A ⋅ DnE ⋅ noE
∆ p′(0)
LnE ⋅ Po
∆ I rec =
q ⋅ A ⋅ WB
∆ p′(0 )
2 ⋅τ p
41) La pequeña variación de los portadores minoritarios de un transistor PNP se
puede expresar en términos de la concentración inicial de dichos portadores en la
frontera entre la base y la región de agotamiento entre esta y el emisor más los
siguientes parámetros (Operación en la región activa):
A) Voltaje térmico.
B) Voltaje térmico y variación incremental del voltaje emisor – colector.
C) Voltaje térmico y variación incremental del voltaje emisor – base.
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D) Variación incremental del voltaje emisor –base.
E) Variación incremental del voltaje emisor –colector.
F) Ninguna de las anteriores.
42) Escoja los pasos para obtener la capacitancia de almacenamiento de un
transistor bipolar como función del tiempo de vida media de los portadores
minoritarios en la base y de la transconductancia.
A) Tomar como referente la relación que gobierna la corriente de un capacitor
en función del voltaje en sus terminales en forma diferencial.
B) Tomar como referente la relación que gobierna la corriente de un capacitor
en función del voltaje en sus terminales en forma integral.
C) Establecer la variación de la corriente de base en función de la variación de
la carga almacenada en la base para una pequeña variación en el tiempo.
D) Establecer la variación de la corriente de base en función de la variación de
la carga almacenada en la base para una pequeña variación en el tiempo.
E) Establecer la variación de la corriente de base en función de la variación de
la carga de recombinación en la base para una pequeña variación en el
tiempo.
F) Establecer la relación entre el cambio del exceso de la concentración de
portadores minoritarios en la base como función del exceso inicial de la
concentración de estos portores y la variación del potencia eléctrico de la
juntura emisor – base.
G) Establecer la relación entre el cambio del exceso de la concentración de
portadores minoritarios en la base como función del exceso inicial de la
concentración de estos portores y la variación del potencia eléctrico de la
juntura emisor – colector.
43) Obtenga analíticamente/simbólicamente la capacitancia de difusión de
almacenamiento preguntada en el ítem 42.
44) Dibuje el circuito de pequeña señal para el transistor bipolar cuando se tienen en
cuenta los efectos de la juntura base – colector. Explique claramente los efectos
que trae la segunda juntura (base – colector).
45) La variación en la corriente de recombinación para el modelo de pequeña señal
del transistor bipolar aumenta con:
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A)
B)
C)
D)
E)
El voltaje emisor –base.
El voltaje base – colector.
El voltaje emisor – base y el voltaje base-colector.
El exceso de concentración de portadores minoritarios en la base.
El tiempo de vida media de los portadores minoritarios en la base.
46) En el capacitor MOS de acuerdo a la polarización y el sustrato se obtienen
cuatro procesos de acumulación de carga, ¿en cuál de ellas la concentración de
portadores minoritarios en la interface se iguala a la concentración de portadores
mayoritarios del sustrato?
A) Acumulación.
B) Vaciamiento.
C) Principio de la Inversión
D) Inversión.
47) En un diagrama de bandas de energía para un capacitor MOS con sustrato tipo
N durante el vaciamiento, la pendiente del doblamiento de las bandas de energía
en el sustrato deben tener una pendiente:
A)
B)
C)
D)
E)
Positiva.
Negativa.
Cero.
Igual a la de Acumulación.
Ninguna de las anteriores.
48) Para definir los potenciales eléctricos de superficie y de fermi, se utiliza como
referente:
A)
B)
C)
D)
E)
F)
Energía intrínseca en la interface.
Energía intrínseca en el sustrato.
Energía de fermi en el sustrato.
Energía intrínseca en el óxido.
Energía de fermi en el óxido.
Energía de fermi en el metal.
49) El potencial eléctrico de superficie para dar lugar a la transición de vaciamiento
a inversión es igual a:
A) Tres veces al potencial eléctrico de fermi.
B) Al nivel de fermi.
C) Dos veces el potencial de fermi
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D) Cinco veces al nivel de la energía de la banda de valencia.
E) Ninguna de las anteriores.
50) Para un capacitor MOS con sustrato tipo P explique claramente cuál es la
dirección del campo eléctrico que se genera en la INVERSION.
51) De acuerdo a la ecuación de Poisson para un capacitor MOS el cambio del
campo eléctrico con respecto a la distancia en la región de agotamiento es igual
a:
dE
ρ
=
d x K S ⋅ε o
A) E ( x ) =
ρ
K S ⋅ε o
B) E ( x ) = −
C) E ( x ) = −
D) E ( x ) = −
(W − x )
ρ
K S ⋅ε o
ρ
K S ⋅ε o
2⋅ ρ
K S ⋅ε o
(W − x )
(W − x )2
(W − x )3
52) Si se considera que el potencial eléctrico en la región de agotamiento para el
capacitor MOS durante el vaciamiento es igual a cero para x = W y con
ρ = q ⋅ N A entonces el potencial eléctrico como función de la distancia en la
región de agotamiento es igual a:
A) E ( x ) = −
B) E ( x ) = −
C) E ( x ) = −
D) E ( x ) = −
2⋅ ρ
K S ⋅ε o
(W − x )3
ρ
2 ⋅ K S ⋅ε o
ρ
4 ⋅ K S ⋅ε o
ρ
2 ⋅ K S ⋅ε o
(W − x )2
(W − x )2
(W − x )4
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D) Ninguna de las anteriores.
53) Para el capacitor MOS grafique la magnitud del campo eléctrico como función
de la distancia de la región de agotamiento e igualmente grafique el potencia
eléctrico. Verifique que sus respuesta corresponda con las anteriores (51,52,53)
54) Los principios estudiados en clase permiten obtener una ecuación que gobierna
el voltaje de la compuerta de MOS como función del potencial de superficie
para la zona de:
A)
B)
C)
D)
E)
F)
Acumulación.
Inversión.
Vaciamiento.
Vaciamiento e Inversión
Acumulación e Inversión.
Ninguna de las anteriores.
55) Durante la zona de vaciamiento de la operación del capacitor MOS la
capacitancia es:
A) Igual a la capacitancia del óxido más la capacitancia de juntura en paralelo.
B) Igual a la capacitancia del óxido.
C) Igual a la capacitancia de juntura.
D) Igual a la capacitancia del óxido más la capacitancia de juntura en serie.
E) Ninguna de las anteriores.
56) La capacitancia en la zona inversión de la operación del capacitor MOS se
aproxima a la capacitancia del óxido para bajas frecuencias porque:
A) La capacitancia del óxido es mayor que la capacitancia de juntura.
B) La capacitancia de juntura depende del voltaje.
C) La capacitancia de juntura aporta a la capacitancia total ya que la generación
o recombinación de portadores minoritarios es posible dado que es un
proceso lento (baja frecuencia).
D) La capacitancia de óxido desaparece.
E) Ninguna de las anteriores.
57) (COMPLETAR) La capacitancia en la zona de inversión de la operación del
capacitor MOS _____________ (disminuye/aumenta) para altas frecuencias
debido a que para este caso la recombinación o generación de
________________________________________________
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58) La carga por unidad de área (QN) para un MOSFET en el voltaje Pinch off y en
y = L donde es la longitud del canal es igual a :
A)
B)
C)
D)
E)
La carga por unidad de área en la interface durante la acumulación.
Cero.
Dos veces la carga de juntura.
Al voltaje térmico multiplicado por el inverso de la energía térmica.
Ninguna de las anteriores.
59) La movilidad efectiva en un MOSFET se define para (señale todas las que
aplique):
A)
B)
C)
D)
E)
El canal por el cual se transportan los portadores
Depende de la posición vertical (x) y longitudinal (y)
Depende de la posición longitudinal del canal.
Depende de la movilidad en cada punto del canal
Depende de la concentración de portadores mayoritarios en el canal en cada
punto.
F) Todas las anteriores.
60) La movilidad efectiva para el MOSFET se define como:
A) La integral del producto de la movilidad y la concentración de portadores
mayoritarios del canal con respecto a la longitud vertical (x) o profundidad
del canal dividido por la concentración de los portadores minoritarios para
cada posición longitudinal.
B) La integral de la movilidad para cada posición longitudinal dividido por la
concentración de los portadores minoritarios para cada posición longitudinal.
C) La movilidad de los dominios dopados de las conexiones del drenador y
fuente.
D) Ninguna de las anteriores.
61) La densidad de corriente que cruza el canal de un MOSFET es
aproximadamente igual a:
A) Corriente de desplazamiento más corriente de difusión.
B) Corriente de difusión.
C) Corriente de desplazamiento.
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D) J ( y ) = − q ⋅ µ n ⋅ n ⋅
dφ
, donde y es la coordenada que describe la posición
dy
longitudinal del canal.
62) La corriente Drain para un MOSFET es igual a (señale todas las que aplique):
A) Densidad de corriente en función de y, i.e. J(y)
B) Densidad de corriente multiplicada por el área transversal, i.e. J(y)*A
C) Integral de la densidad de corriente por el diferencial de área transversal, i.e:
I D = − ∫∫ J ( y ) ⋅ dx ⋅ dy
D) La integral de la densidad de corriente con respecto al diferencial de longitud
de profundidad del canal (x) por la longitud transversal del canal, i.e.
I D = −Z ⋅
xC ( y )
∫J
Ny
⋅ dx
0
E) La integral de la densidad de corriente con respecto al diferencial de longitud
de longitud del canal (y) por la longitud transversal del canal, i.e.
I D = −Z ⋅
xC ( y )
∫J
Ny
⋅ dy
0
F) Ninguna de las anteriores.
63) La carga por unidad de área del canal del Mosfet con respecto a la distancia
longitudinal (y) es igual a:
A) La integral de la movilidad en cada punto del canal por la concentración de
portadores mayoritarios del canal en dicho punto con respecto al diferencial
de profundidad del canal (x).
QN =
xC ( y )
∫ µ (x, y )⋅n(x, y )dx
n
0
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B) La integral de la movilidad en cada punto del canal por la concentración de
portadores mayoritarios del canal en dicho punto con respecto al diferencial
de longitud del canal (y).
QN =
xC ( y )
∫ µ (x, y )⋅n(x, y )dy
n
0
C) La integral de la movilidad en cada punto del canal por la concentración de
portadores mayoritarios del canal en dicho punto con respecto al diferencial
de profundidad del canal (x) multiplicada por la carga elemental. i.e:
QN = q ⋅
xC ( y )
∫ µ (x, y )⋅n(x, y )dx
n
0
D) La integral de la concentración de los portadores mayoritarios en el canal
con respecto al diferencial de profundidad del canal multiplicada por la carga
elemental, i.e.:
QN = q ⋅
xC ( y )
∫ n(x, y )dx
0
E) Ninguna de las anteriores.
64) De acuerdo a sus respuestas anteriores y considerando que la movilidad efectiva
es constante en cualquier punto del cana, la corriente Drain del MOSFET con
respecto a la posición longitudinal (y), es igual a:
A) A la magnitud de la longitud transversal multiplicada por el menos gradiente
del potencial eléctrico con respecto la posición longitudinal (y) por la carga
por unidad de área como función de la posición longitudinal (y), i.e:
I D = − Z ⋅ µ n ⋅ QN ⋅
dφ
dy
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B) A la integral de la corriente drain en función de la posición longitudinal (y)
con respecto al diferencial de la posición en y, i.e:
L
I D = ∫ I D ( y ) ⋅ dy
0
C) A la integral de la corriente drain en función de la posición longitudinal (x)
con respecto al diferencial de la posición en x, i.e:
L
I D = ∫ I D ( x) ⋅ dx
0
D) A la integral:
Z ⋅ µn D
ID = −
QN ⋅ d φ
∫
L 0
V
E) Ninguna de las anteriores.
65) Dado que la carga por unidad de área en el canal para cada posición en y
depende que se presente durante la inversión entonces la capacitancia es
principalmente la capacitancia del óxido, así que un buena aproximación de
dicha carga es igual a:
A)
QN ( y ) ≅ − Co ⋅ (VG − VT − φ ( y ))
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B)
QN ( y ) ≅ − Co ⋅ (VG − VT )
C)
QN ( y ) ≅ − Co ⋅ (VG − φ ( y ))
D)
QN ( y ) ≅ − Co ⋅ VG
E)
QN ( y ) ≅ − Co ⋅ (VT − φ ( y ))
66) De acuerdo a sus respuestas anteriores obtenga la relación entre la corriente
Drain y el voltaje Drain en la región lineal o triodo.
67) Dado que la carga por unidad de área cerca del Drain (y = L) es igual cero en la
saturación entonces:
A) El voltaje de saturación del Drain es igual al voltaje Gate
B) El voltaje de saturación del Drain es igual Voltaje Gate más el voltaje
umbral.
C) El voltaje de saturación del Drain es igual vltaje Gate menos el voltaje
umbral.
D) El voltaje de saturación del Drain es igual al voltaje umbral
E) Ninguna de las anteriores.
68) De acuerdo a sus respuestas anteriores obtenga la Ley cuadrática para el
MOSFET (Corriente drain de saturación en función del voltaje de la compuerta y
el voltaje umbral).