Lijst mogelijke examenvragen Analoge Elektronica Vakcoördinator: Nobby Stevens Het examen is gesloten boek en mondeling met schriftelijke voorbereiding. Het gebruik van rekenmachines is niet nodig en ze zijn aldus niet toegelaten. Het is belangrijk te weten wat de te kennen stof is. Vandaar deze lijst. Het grootste deel van de vragen waaraan u zich mag verwachten zullen uit deze lijst komen (eventueel anders geformuleerd). Vooraleer u de antwoorden studeert, zou ik een aantal opmerkingen willen geven: Het heeft weinig zin van enkel en alleen deze vragen/antwoorden te studeren. Je moet de hele context kennen waarbinnen de problematiek zich situeert. Tracht volledig te zijn. In de cursus staat er bv op verschillende plaatsen uitleg over gedopeerde halfgeleiders. Vanaf dat je daarover iets tegenkomt in een bepaalde sectie, mag je er niet van uit gaan dat dit het enige is dat er over dat onderwerp in de cursus staat en aldus volstaat als antwoord op de vraag. Antwoord op de vraag. Als ik vraag wat een koelkast is, begin dan niet te spreken over de prijs van de gemiddelde koelkast om vervolgens terecht te komen bij een uitvoerige bespreking van de introductie van de euro. Naast deze theorievragen mag u zich tevens verwachten aan één of meerdere oefeningen. 1. Bespreek de energieniveaus van elektronen in een intrinsieke halfgeleider. Maak de vergelijking met een extrinsieke halfgeleider. Wat zijn de gevolgen naar geleidbaarheid toe? 2. Bepaal, op basis van een fysische redenering, de resistiviteit van intrinsiek halfgeleider materiaal. Randeffecten mogen verwaarloosd worden. 3. Vertrekkende van de resistiviteit van intrinsieke halfgeleider materialen ρ i = 1 n i (µ p+µ n)e, behandel de invloed van de temperatuur op de geleidbaarheid. Maak de vergelijking met zeer goede geleiders (b.v.b. koper). 4. Behandel foto-elektrische effecten in het teken van de verschillende energieniveaus van de elektronen in een intrinsieke halfgeleider. 5. Wat is een extrinsieke halfgeleider? Bespreek de elektronen energieniveaus in vergelijking met een intrinsieke halfgeleider en leg de begrippen minderheids- en meerderheidsladingdrager uit. 6. Bepaal, bij thermisch evenwicht, de densiteiten van meerderheids- en minderheidsladingdragers in een extrinsiek materiaal.
7. Maak de vergelijking van de invloed van de temperatuur op het aantal ladingdragers bij intrinsieke en extrinsieke halfgeleiders. 8. Teken de resistiviteit van een extrinsieke halfgeleider als functie van de temperatuur. Verklaar de verschillende trends in deze curve. 9. Behandel het begrip diffusiestroom door een extrinsieke halfgeleider. Beschouw het geval waarbij er elektronen worden geïnjecteerd in een P-type halfgeleidermateriaal. 10. Welke fysische effecten treden op bij de vorming van een PN-junctie? Behandel de verschillende stromen en het ontstaan van de uitputtingslaag. 11. Hoe verhoudt de breedte van het uitputtingsgebied bij een PN-junctie zich tot de doperingsgraden? 12. Analyseer de opbouw van de diffusiepotentiaal bij een PN-junctie. Bepaal de uitdrukkingen voor de breedte van de uitputtingslaag en de maximale elektrische veldsterkte die optreedt. 13. Wat gebeurt er bij de polarisatie van een PN-junctie? Beschouw de voorwaarts en invers gepolariseerde junctie en maak tevens de vergelijking met de niet-gepolariseerde junctie. 14. Bespreek het stroomverloop bij een PN-junctie bij voorwaartse polarisatie. Welke stromen vloeien er, welke zijn dominant en wat is de fysische aard van deze stromen? 15. Bereken de diodevergelijking en bepaal de overeenkomstige karakteristiek. 16. Bepaal de diodeconductantie g bij kleine signalen. Wat is de grafische interpretatie van deze parameter? 17. Wat bedoelt men met doorslag van een PN-junctie? Behandel, kwalitatief (dus zonder uitwerking in formules), de verschillende oorzaken. 18. Wat zijn zenerdiodes en voor wat worden ze gebruikt? 19. Bespreek kwalitatief de werking van LED s. 20. Hoe werkt een fotodiode? 21. Bespreek de werking van fotovoltaïsche cellen. 22. Bespreek de werking van de schakeling op Figuur 1. 23. Behandel hoe bij voorwaartse polarisatie van een PNP bipolaire transistor het transistoreffect ontstaat. Analyseer de verschillende stromen die vloeien. 24. Behandel de invloed van de basisbreedte op de werking van de bipolaire transistor. Baseer uw redenering op het verloop van de minoritairen in een NPN transistor. 25. Wat is het Early-effect? Wat is de fysische oorzaak en hoe uit zich dat in de uitgangskarakteristiek van een gemeenschappelijke emittor schakeling? 26. Waarom is de doperingsgraad bij een bipolaire transistor asymmetrisch gekozen?
27. Bepaal voor elk van de drie fundamentele bipolaire transistorschakelingen (GBS, GES en GCS) de uitdrukking voor de stroomversterkingsfactor voor grote signalen. Als startpunt kunt u vertrekken van het stroomverloop in een bipolaire transistor in z n actief gebied en de uitdrukkingen voor de emittorefficiëntie γ = transportfactor β = I pc I pe. I pe I pe +I ne en de 28. Bespreek in detail de in- en uitgangskarakteristieken van de gemeenschappelijke basisschakeling (GBS). U mag kiezen tussen een PNP of een NPN transistor. 29. Bespreek in detail de in- en uitgangskarakteristieken van de gemeenschappelijke emittorschakeling (GES). U mag kiezen tussen een PNP of een NPN transistor. Wat wordt bedoeld met de Early spanning? 30. Wat betekent het optreden van de cut-off toestand van een bipolaire transistor? 31. Voor wat staat het z.g.n. satureren van een bipolaire transistor? Bespreek het verloop van de minoritairen in de basis bij saturatie en bij actieve werking. 32. Waarom is er een maximale collectordissipatie opgelegd bij het gebruik van een bipolaire transistor? Welke parameters beïnvloeden deze waarde? Hoe wordt deze begrenzing voorgesteld op de uitgangskarakteristiek van een gemeenschappelijke emittorschakeling? 33. Bespreek hoe men grafisch het instelpunt van een gemeenschappelijke emittorschakeling kan bepalen. 34. Behandel de analyse van een laag-frequent klein-signaal vervangingsschema voor de bipolaire transistor met behulp van r-parameters. 35. Behandel de analyse van een laag-frequent klein-signaal vervangingsschema voor de bipolaire transistor met behulp van h-parameters. Hoe ziet het vervangingsschema er vervolgens uit voor de gemeenschappelijke emittorschakeling? 36. Bepaal, op basis van het Giacoletto-schema, de kortsluitstroomversterkingsfactor in functie van de frequentie voor kleine signalen voor de gemeenschappelijke emittorschakeling. 37. Wat bedoelt men met exemplaarspreiding van bipolaire transistoren? 38. Bespreek hoe stabilisatie van het instelpunt in de GES bekomen wordt. Waarom gebruikt men een ontkoppelcondensator? 39. Bepaal, vertrekkende van het volledige laag-frequent, klein-signaal h-parameter vervangingsschema van de bipolaire transistor en het AC-schema van Figuur 2, de stroomversterking, ingangsweerstand, spanningsversterking en uitgangsweerstand. Als men de tabel van Figuur 3 in acht neemt, welke benaderingen kunnen dan worden doorgevoerd voor de GES, GBS en GCS? 40. Wat wordt bedoeld met statische en dynamische belastingslijn? Hoe bepaalt men het optimale instelpunt?
41. Bespreek het gebruik van een emittorweerstand in GES (zonder ontkoppelcondensator). Voor het vervangschema van de transistor mag het vereenvoudigd hybride model gebruikt worden. 42. Beschouw het schema van een emittorvolger (GCS). Bepaal bij lage frequenties en voor kleine signalen de ingangs- en uitgangsweerstand. Voor het vervangingsschema van de transistor mag het vereenvoudigd hybride model gebruikt worden. 43. Bespreek het gebruik van een stroombron als actieve belasting van een GES versterkertrap. 44. Beschouw het schema van Figuur 4. Bepaal hiervoor de single-ended transconductance g m,se, de de differential-ended transconductance g m,de en de verschilspanningsversterking A d. 45. Wat is het belang van de loop-gain crossing frequency f cl bij opampschakelingen? Bespreek voor het geval de opamp als een eerste en als een derde-orde systeem te beschouwen is. 46. Bespreek hoe men de stabiliteit van een opampschakeling kan bekomen door gebruik te maken van lag-compensatie. 47. Bespreek hoe men de stabiliteit van een opampschakeling kan bekomen door gebruik te maken van lead-compensatie.
Figuur 1: Schakeling horende bij vraag 22 Figuur 2: AC-schema van een versterker Figuur 3: Tabel van typische h-parameters voor een standaard bipolaire transistor
Figuur 4: Verschilversterker