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ELECTRÓNICA I 1º EXAME - 25/6/2008 - Sem consulta - Duração 3h00m 1. Amplificador MOS (2+1+2+2) A figura representa um andar de amplificação. Os dados são K=4mA/V 2 , V t =1V, λ -1 =100V, V DD =+5V, R 1 = R 2 =20kΩ, R G =5kΩ, R L =2kΩ. a) Dimensione R S e R D de modo que, no PFR, I D =1mA e V DS =2V. Explique a função dos condensadores C G , C D e C S . b) O circuito tem polarização estabilizada? Justifique. c) Desenhe o esquema incremental do circuito na banda de passagem. Calcule os ganhos de tensão G v1 = v o /v i e G v2 =v o /v g , e as resistências de entrada R in =v i /i i e de saída R out =v o /i o . d) Admitindo que o transístor tem Cgs=1pF e Cds=0.2pF, calcule a frequência de corte superior, f H , do circuito. 2. Par diferencial TJB (1.5+1.5+1.5+1.5) A figura apresenta um par diferencial TJB onde V CC =+5V, R C =1kΩ, e os transístores são iguais com β=100 e V BEon =0.7V. a) Dimensione R E de modo que, no PFR, com v 1 =v 2 =2.5V se tenha v 01 =v 02 =3.5V. Calcule as correntes I C e as tensões V CE nos transístores. b) Calcule os ganhos v 01 /v d , v 02 /v d e v 012 /v d , onde v d e v 012 são as tensões de entrada e saída diferenciais, respectivamente. c) Calcule os ganhos v 01 /v c , v 02 /v c e v 012 /v c , onde v c é a tensão de entrada de modo comum. (Nota: se não fez a alínea a) considere R E =1kΩ). d) Calcule os limites da tensão de modo comum de modo que o amplificador funcione correctamente. 3. Inversor CMOS (2+2+1.5+1.5) Considere o circuito da figura, onde V DD =5V, K n ´=0.2mA/V 2 , K p ´=0.1mA/V 2 , K n =K n ´(W/L) n , K p =K p ´(W/L) p , (W/L) n =(W/L) p =2 e V tp =V tn =1V. a) Faça um esboço da característica v 0 (v I ), indicando as diferentes zonas de funcionamento dos transístores. Calcule as coordenadas dos pontos limites entre essas zonas. b) Desenhe o circuito lógico da mesma família do inversor dado que implementa a função lógica ( )( ) 1 2 3 4 Y X X X X = + ⋅ + . Dimensione os (W/L) dos vários transístores para que o circuito nunca seja mais lento a comutar que o inversor dado. Quais os níveis lógicos nas entradas que fazem as transições mais rápidas na saída ? c) Usando a média das correntes, calcule o tempo de propagação t pHL do inversor dado, supondo C L =1pF. d) Sem efectuar cálculos, e justificando a sua resposta, diga se o tempo de propagação t p do inversor dado é menor, igual ou maior que o t pHL calculado na alínea anterior.
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ELECTRÓNICA I
1º EXAME - 25/6/2008 - Sem consulta - Duração 3h00m
1. Amplificador MOS (2+1+2+2)
A figura representa um andar de amplificação. Os dados são K=4mA/V2, Vt=1V, λ
-1=100V, VDD=+5V,
R1= R2=20kΩ, RG=5kΩ, RL=2kΩ.
a) Dimensione RS e RD de modo que, no PFR, ID=1mA e VDS=2V.
Explique a função dos condensadores CG , CD e CS.
b) O circuito tem polarização estabilizada? Justifique.
c) Desenhe o esquema incremental do circuito na banda de
passagem. Calcule os ganhos de tensão Gv1= vo/vi e Gv2=vo/vg, e as
resistências de entrada Rin=vi/ii e de saída Rout=vo/io.
d) Admitindo que o transístor tem Cgs=1pF e Cds=0.2pF, calcule a
frequência de corte superior, fH, do circuito.
2. Par diferencial TJB (1.5+1.5+1.5+1.5)
A figura apresenta um par diferencial TJB onde VCC=+5V, RC=1kΩ, e os transístores são iguais com
β=100 e VBEon=0.7V.
a) Dimensione RE de modo que, no PFR, com v1=v2=2.5V se tenha
v01=v02=3.5V. Calcule as correntes IC e as tensões VCE nos transístores.
b) Calcule os ganhos v01/vd, v02/vd e v012/vd, onde vd e v012 são as tensões de
entrada e saída diferenciais, respectivamente.
c) Calcule os ganhos v01/vc, v02/vc e v012/vc, onde vc é a tensão de entrada de
modo comum. (Nota: se não fez a alínea a) considere RE=1kΩ).
d) Calcule os limites da tensão de modo comum de modo que o amplificador
funcione correctamente.
3. Inversor CMOS (2+2+1.5+1.5)
Considere o circuito da figura, onde VDD=5V, Kn´=0.2mA/V2, Kp´=0.1mA/V
2, Kn=Kn´(W/L)n,
Kp=Kp´(W/L)p, (W/L)n=(W/L)p=2 e Vtp=Vtn=1V.
a) Faça um esboço da característica v0(vI), indicando as diferentes zonas de
funcionamento dos transístores. Calcule as coordenadas dos pontos limites entre
essas zonas.
b) Desenhe o circuito lógico da mesma família do inversor dado que implementa a
função lógica ( ) ( )1 2 3 4Y X X X X= + ⋅ + . Dimensione os (W/L) dos vários transístores
para que o circuito nunca seja mais lento a comutar que o inversor dado. Quais os
níveis lógicos nas entradas que fazem as transições mais rápidas na saída ?
c) Usando a média das correntes, calcule o tempo de propagação tpHL do inversor dado, supondo CL=1pF.
d) Sem efectuar cálculos, e justificando a sua resposta, diga se o tempo de propagação tp do inversor dado
é menor, igual ou maior que o tpHL calculado na alínea anterior.
