Esercizio 15quesiti rapidi su regioni di funzionamento, resistenze di uscita e diodo lineare a tratti (temi d'esame 2022-2026)
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Testo (quesiti "quick" da 2 punti dei compiti dal 12 luglio 2022 al 13 luglio 2026, con le date). Sono i quesiti che, secondo gli studenti, richiedono più attenzione tra i "quick": per i transistor si deve verificare l'ipotesi di zona.
Teoria usata: Transistor ad effetto di campo - JFET e MOSFETNel transistor a effetto di campo la tensione di gate controlla la corrente di drain senza assorbire corrente (I_G = 0). Il MOSFET ha quattro versioni: canale n o p, enhancement (V_t > 0 per n) o depletion (V_t < 0 per n). In saturazione I_D = k(V_GS − V_t)² = I_DSS(V_GS/V_t − 1)²(1 + λV_DS), con g_m = 2|I_D|/|V_GS − V_t| e r_o ≈ 1/(λ|I_D|); in zona ohmica I_D = k[2(V_GS−V_t)V_DS − V_DS²]. Zone (n-MOS): interdizione V_GS < V_t; ohmica 0 < V_DS < V_GS − V_t; saturazione V_DS > V_GS − V_t (per il canale p, tutte le disuguaglianze si invertono). Il JFET segue le stesse equazioni del depletion con V_t = V_p (tensione di pinch-off).Transistor ad effetto di campo - JFET e MOSFET →, Transistor bipolare - struttura, regioni di funzionamento e modello del trasportoIl BJT è un dispositivo a tre morsetti con due giunzioni vicinissime (emettitore, base sottile, collettore). In zona attiva diretta (giunzione base-emettitore diretta, base-collettore inversa) la corrente di collettore è I_C = I_S e^{V_BE/V_T}, indipendente da V_CE, e la corrente di base è piccola: I_C = β_F I_B, I_E = −(1+β_F)I_B (correnti entranti). Le quattro zone (attiva diretta, saturazione, interdizione, attiva inversa) sono determinate dalle polarizzazioni delle due giunzioni; nell'uso come amplificatore si lavora in zona attiva diretta con V_BE ≈ 0,6–0,7 V e V_CE > V_CE,sat. L'effetto Early dà I_C ∝ (1 + V_CE/V_A) e una resistenza r_o = (V_A + V_CE)/I_C.Transistor bipolare - struttura, regioni di funzionamento e modello del trasporto →, Polarizzazione dei MOSFETIl gate non assorbe corrente, quindi V_G = V_DD R_G2/(R_G1+R_G2) e V_G = V_GS + R_S I_D. Con I_D = I_DSS(V_GS/V_t − 1)² si ottiene un'equazione di secondo grado in V_GS: si sceglie la radice in zona di conduzione (V_GS > V_t per n-MOS, V_GS < V_t per p-MOS), si calcola I_D e V_DS = V_DD − (R_D+R_S)I_D e si verifica la saturazione (n-MOS: V_DS > V_GS − V_t). Con R_S = 0 la polarizzazione è immediata (V_GS = V_G). Se la saturazione è falsa si risolve in zona ohmica con I_D = k[2(V_GS−V_t)V_DS − V_DS²]. Il procedimento vale per enhancement, depletion e JFET.Polarizzazione dei MOSFET →, Raddrizzatori e circuiti a diodi con caricoCon un diodo ideale in serie a un carico R e un generatore v_g = V_p sin ωt si ha il raddrizzatore a semionda: media V_p/π, valore efficace V_p/2, potenza V_p²/(4R); il doppio raddrizzatore (ponte) ha media 2V_p/π, efficace V_p/√2, potenza V_p²/(2R). Con V_γ i picchi si abbassano di V_γ. Un condensatore in parallelo al carico trasforma il circuito in un rivelatore di picco: ripple ≈ V_p/(fRC) (semionda). Se in serie c'è anche un generatore continuo E si valuta quando il diodo conduce (può essere sempre ON o sempre OFF). Con l'opamp il diodo nell'anello di retroazione elimina la caduta V_γ (raddrizzatore di precisione).Raddrizzatori e circuiti a diodi con carico →.
1. Regione di funzionamento di un MOSFET depletion con gate e source collegati (12 luglio 2022, 11 luglio 2023, 10 luglio 2024, 10 luglio 2025, 27 agosto 2026)
n-MOS depletion con (gate collegato al source), , , , . Regione di funzionamento. Ipotesi: saturazione. , . Condizione di saturazione: : falsa (). Il MOSFET è in zona ohmica. (Risolvendo in zona ohmica con : , .) p-MOS corrispondente (11 luglio 2023, 10 luglio 2025): , , : tutto cambia segno e si arriva alla stessa conclusione ( contro ; : la condizione di saturazione del p-MOS è , che non vale): zona ohmica.
2. MOSFET depletion con due generatori di corrente (26 giugno 2026)
p-MOS depletion con , ; una resistenza collega il gate al source (o al nodo in cui il source si collega), un generatore inietta corrente nel nodo del gate, un generatore (orientato verso il basso, quindi in realtà in senso opposto) è collegato al nodo del source. Zona operativa. Il gate non assorbe corrente: tutta attraversa e , quindi (indipendente dal MOSFET). La corrente che il MOSFET deve condurre è la somma di quella di () e di (): (da source a drain, nella convenzione di corrente entrante nel drain). Ipotesi: saturazione. La corrente di saturazione a sarebbe : diversa (in modulo maggiore) dai imposti dal circuito. Un MOSFET in saturazione eroga la sua corrente di saturazione: se il circuito ne richiede di meno, deve essere in zona ohmica (con abbastanza piccola da ridurre la corrente). Verifica: in ohmica con e (), : ; imponendo si ottiene , con radici e ; vale quella con : (la seconda supera il limite della zona ohmica). Quindi il p-MOS è in zona ohmica con .
3. Regione di un pnp con generatore di corrente di base (29 agosto 2023)
pnp con emettitore a massa, collettore a tramite , , , , . Con la caduta su sarebbe (collettore a , sopra l'emettitore: impossibile per il pnp). Saturazione: , , ✓: saturazione (Transistor bipolare - struttura, regioni di funzionamento e modello del trasportoIl BJT è un dispositivo a tre morsetti con due giunzioni vicinissime (emettitore, base sottile, collettore). In zona attiva diretta (giunzione base-emettitore diretta, base-collettore inversa) la corrente di collettore è I_C = I_S e^{V_BE/V_T}, indipendente da V_CE, e la corrente di base è piccola: I_C = β_F I_B, I_E = −(1+β_F)I_B (correnti entranti). Le quattro zone (attiva diretta, saturazione, interdizione, attiva inversa) sono determinate dalle polarizzazioni delle due giunzioni; nell'uso come amplificatore si lavora in zona attiva diretta con V_BE ≈ 0,6–0,7 V e V_CE > V_CE,sat. L'effetto Early dà I_C ∝ (1 + V_CE/V_A) e una resistenza r_o = (V_A + V_CE)/I_C.Transistor bipolare - struttura, regioni di funzionamento e modello del trasporto →).
4. Valore di per (22 agosto 2024, 28 agosto 2025)
pnp con base a massa (tramite i collegamenti), emettitore a tramite , collettore a tramite ; , . per (limite della saturazione). ; ; . Con , : la corrente di collettore passa dal collettore (a ) verso : Il collettore è a . Per un pnp in zona attiva la giunzione base-collettore deve essere inversa, cioè (): vale per . Per la caduta su porta il collettore sopra la base (, giunzione base-collettore diretta): saturazione. Il valore è quindi il limite tra zona attiva e saturazione.
5. Resistenza di uscita di un MOSFET a diodo con (26 giugno 2024, 30 giugno 2025)
n-MOS con , , , gate collegato al drain tramite , polarizzato da un generatore di corrente . Il gate non assorbe corrente: . ; dalla caratteristica (con : ). Piccolo segnale: , e Nella resistenza tra gate e drain non scorre corrente, quindi anche a piccolo segnale e non entra nel risultato.
Nota. Una soluzione non ufficiale di questo quesito riporta , che richiederebbe : con i dati del testo non si ottiene. Il valore qui sopra è ricontrollato due volte; se all'esame avete il testo originale, verificate i dati.
6. Transcaratteristica di un diodo lineare a tratti (29 agosto 2023, 30 gennaio 2025)
Generatore con il morsetto positivo verso il catodo del diodo (anodo sul nodo di uscita), ai capi di , diodo con e . Il diodo è ON solo per , con : Punto di spezzamento ; a : (derivazione in Raddrizzatori e circuiti a diodi con caricoCon un diodo ideale in serie a un carico R e un generatore v_g = V_p sin ωt si ha il raddrizzatore a semionda: media V_p/π, valore efficace V_p/2, potenza V_p²/(4R); il doppio raddrizzatore (ponte) ha media 2V_p/π, efficace V_p/√2, potenza V_p²/(2R). Con V_γ i picchi si abbassano di V_γ. Un condensatore in parallelo al carico trasforma il circuito in un rivelatore di picco: ripple ≈ V_p/(fRC) (semionda). Se in serie c'è anche un generatore continuo E si valuta quando il diodo conduce (può essere sempre ON o sempre OFF). Con l'opamp il diodo nell'anello di retroazione elimina la caduta V_γ (raddrizzatore di precisione).Raddrizzatori e circuiti a diodi con carico →).
Errori comuni
- Dare per valida la zona di saturazione senza controllare (n-MOS: ; p-MOS: ).
- Per un MOSFET alimentato con generatori di corrente: confrontare la corrente imposta dal circuito con quella di saturazione a quel (se è minore, ohmica).
- Nei pnp sbagliare i segni di (), () e .
- Dimenticare ().
- Calcolare del MOSFET a diodo senza o con da sola.
Versione ripasso
- Depletion con ( mA, V, V, k): saturazione darebbe V V ohmica ( V). Speculare per il p-MOS.
- Due generatori di corrente ( V; corrente richiesta mA mA di saturazione): ohmica, V.
- pnp con A: impossibile; saturazione, mA, .
- per : , mA, mA, kΩ.
- MOS a diodo, (, mS).
- Diodo lineare a tratti (, , ): (), ().
- Errori: verificare ; confrontare con la corrente di saturazione; segni del pnp; ; .