R 2 R 1 R 3 R 4 V DD B M 6 A M 5 C M 4 Y M 3 C M 2 M 1 C 2. C 1 v in. v out 2 _

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1 Raccolta dei testi d'esame di ELETTRONI Polo idattico e di Ricerca di rema nno Prova scritta del 1 Febbraio 1999 ompitino: esercizi 1.1, 1.2 e 1.3. I 0 R Nel circuito in gura 2, l'amplicatore operazionale e ideale, mentre i componenti passivi hanno i valori: =100, = 10 k, 1 = 15 nf, 2 =1:5 pf. Si ricavi la funzione di trasferimento Vout(f ) (f ) esene traccino i diagrammi di ode. 1.3 Ripetere l'esercizio 1.2 mediante simulazione al calcolatore con SPIE. Suggerimento: per simulare l'amplicatore operazionale, si puo utilizzare un generatore di tensione controllato in tensione avente guadagno E = Figura 1: Problema 1.1 Gli elementi del circuito in gura 1 hanno i seguenti valori: = 5 V, I 0 = 8 m, = 1 k, = 500, = 500, R 4 =500.. Ricavare il circuito equivalente di Norton ai terminali e. 1.4 alcolare la potenza media dissipata da un inverter MOS alimentato con = 5 V, pilotato con un'onda quadra ideale di ampiezza V i = 5 V e frequenza f = 150 MHz, e alla cui uscita e collegato un carico capacitivo L = 1 pf. M 5 M 6. eterminare il valore della resistenza di carico R L che, inserita tra i terminali e, assorbe la massima potenza, e calcolarne la potenza dissipata. M 4 Y 2 M 3 M 1 1 R R 1 2 Figura 3: Problemi 1.5, 2.5 e Figura 2: Problema 1.2 Il circuito in gura 3 e realizzato in tecnologia MOS, con i seguenti parametri: V th n = ;V th p = 1V,K n = K p =200/V 2, =5V. 1

2 . Si determini la funzione logica Y = f( ),. Si supponga che, a causa di un guasto, il transistore M 3 diventi equivalente ad un circuito aperto, indipendentemente dal valore assunto dall'ingresso. Per quale combinazione (o 2 Prova scritta del 17 Febbraio 1999 ompitino: esercizi 2.1, 2.2 e 2.3. F I I i o = F I i Figura 5: Problema 2.2 Nel circuito in gura 5, gli amplicatori operazionali sono ideali, mentre i componenti passivi hanno ivalori: = 100 k, = 15 k, 1 =6:8 pf, 2 = 10 pf. Si calcoli la funzione di trasferimento V out(f ) (f ) 2.3 e se ne traccino i diagrammi di ode. Ripetere gli esercizi 2.1. e 2.2 mediante simulazione al calcolatore con SPIE. Suggerimento: per simulare l'amplicatore operazionale, si puo utilizzare un generatore di tensione controllato in tensione avente guadagno E = alcolare la potenza media dissipata da un inverter MOS alimentato con =3:3 V, il cui ingresso e pilotato con un'onda quadra ideale di ampiezza V i =3:3 V e frequenza f = 200 MHz, e la cui uscita deve pilotare un carico capacitivo L =0:5 pf. 2.1 Figura 4: Problema 2.1 Gli elementi del circuito in gura 4 hanno i seguenti valori: = 9 V, = 100, = 3:9 k, =250. Il guadagno dell'amplicatore ideale di corrente e F =10.. alcolare la potenza erogata dal generatore in assenza di carico tra e.. Ricavare il circuito equivalente di Thevenin ai terminali e.. eterminare il valore della resistenza di carico R L che, inserita tra i terminali e, assorbe la massima potenza.. alcolare la potenza erogata dal generatore in presenza del carico R L tra e. 2.5 Il circuito in gura 3 e realizzato in tecnologia MOS, con i seguenti parametri: V th n = ;V th p = 1V,K n = K p =200/V 2, =5V.. Si determini la funzione logica Y = f( ),. Si supponga che, a causa di un guasto, il transistore M 4 diventi equivalente ad una resistenza di 70, indipendentemente dal valore assunto dall'ingresso. Per quale combinazione (o 3 Prova scritta del 29 Marzo Gli elementi del circuito in gura 6 hanno i seguenti valori: =5V, =18k, =3:3 k, e = 2:2 k. Il diodo e in silicio e conduce quando e 2

3 I0. Si calcoli la funzione di trasferimento Vout per piccoli segnali. Suggerimento: si supponga che il ciruito equivalente per piccoli segnali del transistore sia quello indicato nella gura 8, con r = VT I = VT. I. Si traccino i diagrammi di ode della funzione di trasferimento. Figura 6: Problema 3.1 i b polarizzato direttamente con tensione V =0:7 V. Si calcoli la corrente nel diodo, quando:. il generatore di corrente eroga una corrente nulla. il generatore di corrente eroga una corrente I 0 =2:5 m. E r π β i b Figura 8: ircuito equivalente per piccoli segnali del transistore bipolare 3.3 V R Si eseguano gli esercizi 3.1 e 3.2 mediante simulazione al calcolatore. Suggerimento: per simulare con PSpice il diodo e il transistore bipolare si possono utilizzare i modelli 1N914 (per il diodo) e Q2N2222 (per il transistore bipolare). R Q 1 R E E 3.4 Il circuito in gura 3 e realizzato in tecnologia MOS, con i seguenti parametri: V th n = ;V th p = 1V,K n = K p =200/V 2, =5V.. Si determini la funzione logica Y = f( ), 3.2 -V EE Figura 7: Problema 3.2. Nel caso che, a causa di un guasto, il transistore diventi equivalente ad un circuito aperto (indipendentemente dal valore assunto dall'ingresso ), si trovi per quale combinazione (o quali combinazioni) dei valori degli ingressi la funzione logica del circuito risulta diversa da quella ottenuta al punto precedente. Nel circuito in gura 7, il transistore bipolare Q 1 e caratterizzato dai seguenti parametri: in regione attiva V E = 0:7 V e = 150 in saturazione V E =0:8 VeV E =0:2 V. Le altre grandezze del circuito sono: V =7:5 V,;V EE = ;2:5 V, R = 1:2 k, R E = 2:2 k, R = 4:7 k, E =5pF.. Si calcoli il punto di lavoro del transistore bipolare Q 1. 4 Prova scritta del 2 Giugno 1999 ompitino: esercizi 4.1, 4.2 e Gli elementi del circuito in gura 9 hanno i seguenti valori: =5V, = =50, =2:2 k. I diodi 1 e 2 sono in silicio e conducono quando sono polarizzati direttamente con tensione V = 0:7 V. Si calcoli la tensione di uscita V out, quando: 3

4 V 1 1 V out 4.3. Si calcoli il guadagno per piccoli segnali vout. Suggerimento: si supponga che il ciruito equivalente per piccoli segnali del transistore sia quello indicato nella gura 8,con r = VT I = V T I. isegnare lo schema di un circuito MOS avente due ingressi e ed un'uscita Y, che esegua l'operazione logica: Y =. eterminare le tensioni ai nodi del circuito quando =0, =0. V 2 2 Figura 9: Problema 4.1 R. V 1 =0,V 2 =0. V 1 =, V 2 =0. V 1 =, V 2 =. R Figura 11: Problema 4.4 V 4.4 R Q 1 L'amplicatore operazionale del circuito in gura 11 e ideale, mentre i componenti passivi hanno i valori: R = 10 k e = 22 pf. Si determini la funzione di trasferimento Vout esene traccino i diagrammi di ode. 5 Prova scritta del 16 Giugno 1999 R E ompitino: esercizi 5.1, 5.2 e V EE Figura 10: Problema 4.2 R 1 R 4 I Nel circuito in gura 10, il transistore bipolare Q 1 e caratterizzato dai i seguenti parametri: in regione attiva V E =0:7 Ve = 50 in saturazione V E = 0:7 VeV E =0:3 V. Le altre grandezze del circuito sono: V = V EE = 2:5 V, R E = 1:8 k, R = Si calcoli il punto di lavoro del transistore bipolare Q Figura 12: Problema 5.1 Gli elementi del circuito in gura 12 hanno i seguenti valori: =9V, =1k, = 2 k, = 2 k, R 4 = 1 k, I 0 = 1 m. Il diodo e in silicio e conduce quando e polarizzato direttamente con tensione V = 0:7 V. alcolare la la corrente nel diodo. 4

5 M 1 M 6 M 4 M 5 Y M 3 Figura 13: Problemi 5.2 e M 1 L'inverter illustrato nella gura 13 e realizzato in tecnologia MOS, con i seguenti parametri: V th n = ;V th p = 1 V, K n = K p = 200 /V 2, = 5 V. La capacita di carico e = 1 pf. Figura 14: Problema 5.3. Si determini la potenza statica dissipata dall'inverter quando al suo ingresso e applicata una tensione costante pari a V 2.. Si determini la potenza dinamica dissipata dall'inverter quando al suo ingresso e applicata un'onda quadra di ampiezza pari a e frequenza f = 100 MHz. L vout 5.3 Il circuito in gura 14 e realizzato in tecnologia MOS, con i seguenti parametri: V th n = ;V th p = 1V,K n = K p =200/V 2, =5V. Figura 15: Problema 5.4. Si determini la funzione logica Y = f( ),. Si supponga che, a causa di un guasto, il transistore M 6 diventi equivalente ad un circuito aperto, indipendentemente dal valore assunto dall'ingresso. Per quale combinazione (o 5.4 L'amplicatore operazionale del circuito in gura 15 e ideale, mentre i componenti passivi hanno i valori: = 1 k, = 100 k, L =500H.. Si determini la funzione di trasferimento Vout e se ne traccino i diagrammi di ode.. Si calcoli per quale frequenza la funzione di trasferimento ha modulo unitario. 6 Prova scritta del 10 Settembre Un circuito integrato e alimentato da una batteria che fornisce una tensione = 5 V, tramite una resistenza R = 10 e un'induttanza L = 20 nh. Il circuito assorbe una corrente i(t) che varia nel tempo tra 1 m e 100 m con periodo T = 100 ns, nel modo indicato in gura 16. eterminare l'andamento nel tempo della tensione al nodo. 5

6 R i (m) 100 L circuito integrato i(t) t (ns) Figura 16: Problema 6.1 V. Si determini la funzione logica Y = f( ), esprimendola sotto forma di funzione booleana oppure sotto forma di tabella della verita. R Q 1 R V out L. Si supponga che, a causa di un guasto, il transistore M 8 diventi equivalente ad un corto circuito, indipendentemente dal valore assunto dall'ingresso. Per quale combinazione (o Figura 17: Problema M 6 M 7 M 8 Nel circuito illustrato in gura 17, il transistor bipolare Q 1 ha i seguenti parametri: in regione attiva V E = 0:7 V e = 100 in saturazione V E =0:7 VeV E =0:2 V.Ilcircuitoe alimentato con V = 5 V. Le resistenze hanno i valori: R = 5 k e R = 2 k. La capacita di carico e L =5pF.. alcolare il punto di lavoro e la potenza statica dissipata dal circuito quando all'ingresso e applicata una tensione costante pari a 0. M 3 M 5 M 4 Y. alcolare il punto di lavoro e la potenza statica dissipata dal circuito quando all'ingresso e applicata una tensione costante pari a V. M1 6.3 Il circuito in gura 18 e realizzato in tecnologia MOS, con i seguenti parametri: V th n = ;V th p = 1V,K n = K p =200/V 2, =5V. Figura 18: Problema 6.3 6

7 7 Prova scritta del 6 Ottobre 1999 I0 L 7.1 Figura 19: Problema 7.1 Gli elementi del circuito in gura 19 hanno i seguenti valori: = 6 V, = 15 k, = 2:7 k, e =1:8 k. Il diodo e un LE in arseniuro di gallio e conduce, emettendo luce, quando e polarizzato direttamente con tensione V =1:4 V. Si calcoli la corrente nel diodo, quando:. il generatore di corrente eroga una corrente nulla. il generatore di corrente eroga una corrente I 0 = 3 m. 7.2 Figura 20: Problema 7.2 Nel circuito in gura 20, l'amplicatore operazionale e ideale, mentre i componenti passivi hanno i valori: = 100, = 10 k e L = 500 nh. Si ricavi la funzione di trasferimento del circuito V out(f ) (f ) 7.3 e se ne traccino i diagrammi di ode. Si determini la potenza dissipata dall'inverter illustrato in gura 13, quando al suo ingresso e applicata un'onda quadra di ampiezza 5 V e frequenza f = 75 MHz. L'inverter e realizzato in tecnologia MOS, con i seguenti parametri: V th n = ;V th p =1V,K n = 150 /V 2, K p =100/V 2, = 5 V. La capacita di carico e = 2 pf. 7