PROBLEMAS

Seção 3. I: O Diodo Ideal3.1 Lma pilha tipO AA para tiash IOlOgráíicu.

;:UIUe4ulvaicmc Thév<:mne uma iome Jctensão de 1.5 'v e uma reslst.:ncia de I n.esta conectada aos terminais de um diodúIdeal. Descreva as duas situaçC>.:spossíveis.Quais são a corrente do diodo e a tensãoem seus tenmnais quando (a) a conexão éieua entre o catodo do diodo e o positivoda bateria'! Ibl O anado do diodo e o pu-"UIVOda batena.'

3.2 Para os ctrCUllosmostrados na Figura P3.2usando diodos tdeais. calcule os aloresdas tensões e correntes indicada..,

3.3 Para os circuitos mostrados na Fi!!ura P3.,.- ,-.~usando diodos ideais. calcule os valore

"'Cdas tensões e das correntes denominadaS.

3.4 Supondo que os diodos nos circuitos da Rgura P3.4 sejam ideais. calcule os vai~:das tensões e correntes indicadas. !'.

3.5 Supondo que os diodos nos circuitos dagura P3.5 sejam ideais. utilize o teorema:Thévenin para simplificar os circuit~s. "'1calcular os alores das correntes e das té.;õesindicadas. .

. "}'t.,

3.6 O circuito da Figura P3.6 pode ser tiSé\~1em um sistema de sinalização empreg~.~1um fio. tendo como retorno o terra com"

-5 \. -5 \. -5 V -5 \.

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Figura P3.2

P3.4

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CAP.3

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202 MICROELETRÔNICA CAP.3

Em qualquer~~;ante.a entradapode assu-mir um de três valores: +3 V.O.-3 V. Qualo estado da lâmpada para cada um dessesvalores de entrada? (Observe que as lâmpa-das podem ser colocadas separadas umadas outras e que pode haver várias cone-xões de cada tipo. todas com apenas umtio ~I

Seção 3.2: Características Elétricas dosDiodosde Junção

3.7 Qual a queda de le:t~50dIreta em um diodocU.\O /I = :! e condul uma .:orrenle de1000 Is'? Em h:rmlh de I;. qual Cl'rrem::cIrcula no mesmo dlOdoquanuu a queilil dc'tensão direta c:d.: 0.1 \....

3.8 L'm diodo com 11 = I c;)nduz 3 mA par:!uma tensão de iunc:io de 0.7 \'. Qual a cor-rente de satUrado í..' Que corrente tluir:!nesse diodo se a lensão de junção subirpara 0.71 V? E para 0.8 V? Se a tensão dejunção diminuir para 0,69 V'? E para0.6 V? Que aumento de tensão na junção:lUmenta a correntc por um fator de IO?

3.9 O circuito na Figura P3.9 utiliza trc:sdiodos idênticos lendo r. = I :: I... ,;I ()-I~A. Calcule " \.:tiorda corrente 1:1::-ccssária para oOler uma tensão de saída\ '.. :: :!\'. Se uma.:orrcntede I 01.-\for drc-nada do tenninai de saída por uma carga.qual a variação na tensão de saída'"

-:'.

-FiguraP3.9

.~."-

3.10"1

No circuito mostrado na Figura]»ambos os diodos têm n =2.-mas o~DI tcm uma área de junção dei;~~,maior que D2~.Qualo valor de V? p~ter um valor de V de 50 mV,que co .

12c:necessária? . .,

'11

,j. .,

1;.

.2D

-I. f'7'\

I~A0 _

'f

AguraP3.IO

.. 3. I J L"m projeústa de um i:tstrumento quLcisa operar para uma faixa ampla de-I.,ilcs de alimentaçãu. percebendo ~Iqueda de tensão em um diodo é relã'mente independente da corrente da juftlconstdera o uso de um diodo de grand,mensiies para obter uma uma tensão."amente constante. Ele emprega u;ude pOtencia.parao quala tensãoé deo:

para uma corrente nommal de 10A.-disso. ele acreditaque 1I= :!. Paia"de corrente que ele tem disponív~pode variar de 0.5 a 1.5 mA. que tenslideve esperar"?Que vanação na tensdcve esperar para uma variação de :f:.

Seção 3.3: Operação Física dos DlodSOla: Consulte a Tabela 3.1 sempre que hou:necessidade de obter o valor de um parâme"constante física que não tenha sido fornecido.

3.12 Lacunas estão sendo inietadas sistemenle em uma re!!iã~ de silício tíIconectada a outras regiões, que nã~imponãncia neste exercício). No estad,

tacionário. o perril da concentração em ex-~,: cessode lacunasmostradana FiguraP3.12~\. é obtido na região de silício tipo n. AI.jUl.

:r:~."excesso" significa acima da concentrado::<3!pnO'Se ND = 10o/cm". n; = 1.5 x 1011l/cm'~ e W=5 ~m. determine a densidade de cor-~ '~.renteque fluirá na direção x.

---------

w -,

:13 Determine o fluxo de corrente em uma bar-

r.ra de silíco de comprimento 1O~m e seç:io';' "de cone de 5 ~m x 5 IUD.tendo densidadesf.. de elétrons livres de tOS/emJ e de lacunas

'''\i!"de 1OIs/cmJ.com 1 V aplicado de ponta a_.~.r..-';ponta.Use f.L"= 1350 cm:Ns e f.L.= ~~r)~I?'"em:/Vs.

nj4':Tanto a mobilidade de ponadores quanto .1

r,::'XdifuSiVidadediminuem com o aumento da; concentração de ponadores no silício. A ta-

.,.~". bela a seguir fornece alguns pontos para .L1..~: e Jl,'~'ersusconcentração de dopantes. i_O~e

~.. a relação de Einstein para obter os valores

~~:. correspondentes para D, e D;..

concentração de dopantes nesse bdo daJum;ão ~ de 10'''/cl11''.

3 .16 Para uma junç:l0 na qual C/li =0.5 pF. F., =0.8 Vem =1/3.determine as capacitàncla,para tensões reversas de I c 10 V.

3.17 L'm diodo p- -Il ~ aquele em que a concen-tração de dopantes na região p é muitomaior que aquela da região n. Nesse diodo.a corrente direta é devida basicamente :\

injeção de lacunas através da junção. Mos-tre que

, = '" = Aqn~ !!.L (e VNr - I .'. L ." I

,~;v O

Para o caso em que ND =5 x 10'''/cm''.Di}= 10 cm:/s. t'p= 0,1 ~s e A = 10~~m;.determine Is e a tensão V obtida' quando' =0.1 mA. Assuma operação a 300 K. em que!1. =1.5 x tOIO/cmJ.Calcule também a car-

ga de ponadores minoritários em excesso eo valor da capacitância de difusão para' =0.1 mA.

n 3.18 L"m diodo de base cuna é aquele em que aslarguras das regiões p e n são muilo meno-:eS que L" e Lp. respectivamente. Como re-sultado. a distribuição de portadoresminoritários em excesso em cada região t!uma linha reta e não uma exponencial..,;omomostrado na Figura 3.17.

Para o diodo de base curta. C"iD0.C:

uma figura correspondente à Figura3.t7 e assuma. como na Figura 3. I :-.que N.~» ND'

:., Seguindo uma dedução similar àquelautilizada para deduzir a Equação 3.3.;.mostre que. se as larguras das reglõc!,r e Il forem chamadas de W; e Ir... e:1-tão.

204 MICROELETRÔNICA CAr. 3

(c) Também. assumindo Q::; Qr' I = I".mostre que

em que

I d I S~ um proletista desela limitar L::::10 rF rara I = I mA. qual dc\',' ':r .'valor d... lI' ',' As.;umil f) = 11)::1" .

Sedo 3.4: Análisede Circuitoscom Dioaos-~.! 9 ConsIdere a an:ilise ~ratit'a úO C.r'::.III.' :.J!::

JiI'Jo na FI~ura 3.1 ~ ':0111 \ ;.;' = i', II =! ;.~l c' am JII.do lenJ. I I =' (~ ',...,

Cucuk al;:uns pomo,. ,o~rL' a ":~:f\,. _..~..:tt:ri.>tiCil Jo diouo nas proximida.lc" c<.I,'vnc~ SUrtle que areIa 1.1.:carga imer::r>:a :

usc um processo gr:ilico para melhorar 'L':1'\'alores cSllmados de correnle. Qu~ vah'rL"

v:)c:: encontrou para a tensão e a corr::1I: :;'dwJlJ,' Calcule analill..:amente a ten,;:1(1.:...'r-

rcsponJente ao valor da corrente: l!uc' \, >,',';:sumou, Qual foi a Jiláença e:m r.::a..::. 1.1\'aior cSllmaJo graIicameme~

:.:::> L"m diodo de: I mA Iisto ~. U/11dll''':'' lJU:

le:m 'i.'{J= 0.7 V com I!. = I m.-\I,ôla ~.!!1::',ado e:n1série com um resistor Li: :(JtJ r! .-

uma alimemacão de 1.0 V,

ia I Forneça um valor estimado aprn,\l:l1;;-do dJ corrente no diouo,

,;.. I 5: o Jiodo for caracterizado rl)r ': =:,::S!lme: a correme no dioJu. .' mill'

rniximo possi\'cl. usando a anjii~..:lI::rati\'a.

3,2 I l' ,ando uma ctipia da cur\'a do diolh) apr,'-,cmada na Figura ~,:O. apro\lm: a ,'::r,,:-i.:nSIH:a do diodo L'l11rr;:gando un;:: ii:1h..icta qUL''c aiuste pCrJenameme na .:arac:L'-ij,lIca do diodo paril 10 mA e I m.-\. Qual.! Incillla<.:iio'?Qual" r,.: ()ual ,I i'

3.22 L',anllo uma copw.Ja curva J,) LiIO~hlarrc'-'L'ntada na Figura ,~,20. de:~enhe lima r;:\:1de carJ!a qUI: corre'ponda a um ClrC:Ulloe\-t<.:rnoconsistindo em uma fonte lJC'h:n,:,,)

de 0.9 \' L'um rcsl'lOr de 100 n, (Iual' ",

\'alores da queda de tensão no lhodo e dacorrenle de malha. considerando:

(a) A curva característica real?(b) O modelo de dois segmentos?

P3.23 Umaprojetista tem um númeroconsideq\'el de diodos para os quais flui uma crente de 20 mA quando a queda de tens~ de 0.7 V e a aproximação de 0.1 V/déci2',da é raz,)a\'elmente ooa, l'sando uma fOD~_tc de:correme de 10 mA. da d~seiar:i criar'uma lensiio de referencia de 1.25 V. SUgi~1ra lima combinaçãn de diodos t:111s~nee'o<.::np:LTaleio que: forneça o resultado esperi:~i<), (jua:Jto, dl\)do, siio r:C:CL'"aflo),' QUe4

: n';.10 ;:!'("ti\'a1ih:nt~ f\~ O~:~~. . ~'..

; ,~4 /':\i:\'" "rCUlll'S mostralllh i1:l i-:;!:Jr:l P33,'"

thal1lh, ) modelo da que:lla LI\: ';'nsão COOS.1

lame p.,ra o JioJn I ~':) = :.- '. '. ,'aicule .\.dur~s ja~ !~nsÔ~, ~ co:-::.:nt.:-, :ndicadas.

E:pita o i'n,hlt:ma no i:.:\~:nfl\I .;,1 supoo:Jo que o JIOJo lem lU \'eles a arca do dis,rosil1\';) cUlas caracten,ilca, e modeio':gmemos Itne:ares e:Slan nws,r:lllOS aa Fi'

::ura .~,2lJ. Represe:nlL' " .lIOJO pur ~~:n()J~I.) J",. s.:gn1~ntlh :l!'':3r~~ i:".') -=:.

1'.0:' .. 21!,1. .

Seção 3.S: O Modelo para PeQuenosS:'n..is e SuasAplicações

.3.16 o modelo para pt:quenos smals e dito v.iido p,lra \'ariações de Ie:nsão de cercalU m V. A que valor em porcentagem,variação de corrente isso corresponde (co'-sidere os smais negativos e positivos) pIa} fi = I? tb) fi = 2','

p- 3.27 Considere ú circuito regulador de tensmostrado na Figura 3.18 na condição~ljut: a corrente da carga Ir. sCJadrena~panir do terminal de salda. R::present ':ensão de saída (no diodo I por. '", ,_Ia I Se o \'alor de I[ f<'Tsut'ic:entemen'

pequeno, de modo que a \'ariaçãorespondente na tensão de saída 4!igulador /:1.'0 SC.J:lsu"icienteme~pequena para juslIÚcar p u~o110mod~

lu de pequenos ,inai, P:LTJo diod~mo,trc que: ]

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