ELG 2135 / 2535 Electronics I / Électronique I Winter ...rhabash/ELG2135FE02.pdf · Find the required currents and voltages in the diode circuits shown below. Use the constant voltage

ELG 2135 / 2535 Electronics I / Électronique I Winter / Hiver 2002

FINAL EXAMINATION (3 Hours)

EXAMEN FINAL (3 Heures)

Professor R.Habash, C. D’Amours, M.C.E. Yagoub Nom/Name : _________________________ Date April 29th, 29 Avril 2002 St./Étudiant #: _________________________

This is a closed-book exam C’est un examen à livres fermés One 8½ × 11 sheet of notes is permitted Une feuille 8½ × 11 de notes est permise Answer all questions Répondre à toutes les questions Calculators are permitted Les calculatrices sont permises

QUESTION 1 (17 points) Let us consider the circuit shown in Figure 1.

Soit le circuit de la Figure 1. +VDD

RD

RS1 RG

∞

∞

vs + -

RS2

vo

∞

Figure 1

ELG2135/2535 Final Exam/Examen Final Winter/Hiver 2002 Page No 2

a) Sketch the equivalent small signal AC circuit. (5 points)

Donner le circuit équivalent AC avec l’approximation petits signaux. (5 points)

b) Determine the expression Av of the voltage gain if the output resistance ro is neglected. (5 points)

Déterminer l’expression du gain en tension Av si la résistance de sortie ro est négligée. (5 points)


c) Determine the expression Avr of the voltage gain if the output resistance ro is included. Find the

condition for the output resistance ro to have Av = Avr . (7 points)

Déterminer l’expression du gain en tension Avr si la résistance de sortie ro est incluse. Quelle

condition doit satisfaire la résistance de sortie ro pour avoir Av = Avr . (7 points)


QUESTION 2 (8 points)

For the circuit in Figure 2, we have:

RD = 2 kΩ VDD = +8.2 V (W/L) = 0.2 mA/V'nk 2

Vt = 1 V λ = 0

Determine the output voltage V1, if the transistor operates in the saturation region.

Pour le circuit de la Figure 2, nous avons :

RD = 2 kΩ VDD = +8.2 V (W/L) = 0.2 mA/V'nk 2

Vt = 1 V λ = 0

Déterminer la tension de sortie V1, si le transistor fonctionne dans la région de saturation.

VDD

RD

V1

Figure 2



QUESTION 3 (15 points) Two BJTs with β = 100 are used in the circuit shown in Figure 3. Find the current I1 as well as the

voltages V1 and V2.

Deux transistors à jonctions bipolaires avec β = 100 sont utilisés dans le circuit de la Figure 3.

Déterminer le courant I1 ainsi que les tensions V1 et V2.

20V

Ω 7k

+V 1- 1k Ω

4k Ω

5k Ω

3k Ω

20V20V

I 1 + Ω 13k

Figure 3 V 2

-



QUESTION 4 (20 points) A BJT amplifier is shown in Figure 4. Assume β = 100, VBE = 0.7 V, and VA = 100 V.

Un amplificateur à BJT est montré à la Figure 4. Supposez que β = 100, VBE = 0.7 V et VA = 100 V. 12V

+ vo -

+ vs -

12V

6kΩ0.5kΩ

∞

900kΩ

Figure 4

a) What is the configuration of this amplifier? (in other words, what kind of amplifier is it?) and

what kind of biasing is used? (3 points)

Quelle est la configuration de cet amplificateur (donner le type d’amplificateur) ? Quel type de

polarisation est utilisé ? (3 points)

b) Draw the AC small-signal equivalent circuit. (5 points)

Donner le circuit équivalent AC avec l’approximation petits signaux. (5 points)


c) Find the DC operating point of the transistor in the circuit. (5 points)

Déterminer le point d’opération DC du transistor dans le circuit. (5 points)

d) Find the small-signal voltage gain, vo/vs, as well as the input and output resistances of the

amplifier at mid-band frequencies (Rin and Ro). (7 points)

Déterminer le gain en tension vo/vs en petits signaux, ainsi que les résistances d’entrée et de

sortie de l’amplificateur à mi-bande (Rin et Ro). (7 points)


QUESTION 5 (20 points) Consider the CMOS inverter shown in Figure 5, where k’n(W/L) = k’p(W/L) with (W/L)n = 20, (W/L)p =

40, k’n = 2 k’p = 20 µA/V2, Vt = |Vtp| = 1V, C = 69.2 fF, and VDD = 5 V.

Soit le circuit inverseur CMOS de la Figure 5, où k’n(W/L) = k’p(W/L) avec (W/L)n = 20, (W/L)p = 40,

k’n = 2 k’p = 20 µA/V2, Vt = |Vtp| = 1V, C = 69.2 fF et VDD = 5 V.

VDD

a) What is the switching threshold voltage Vth? (3 points)

• • Vin Vout

Quelle est la tension de seuil de commutation, Vth? (3 points) Figure 5


(b) Sketch the Voltage Transfer Characteristic (VTC, from Vin to Vout), indicating the position of

Vth ONLY! (4 points)

Dessiner la caractéristique de transfert en tension (VTC, de Vin à Vout), en indiquant la position

de Vth SEULEMENT! (4 points)


(c) The following four pairs of voltages were measured at the inverter’s input and output, at

different moments of an experiment. Find out the region of operation (cutoff, saturation or

triode) of the NMOS and PMOS transistors, corresponding to each measurement. (8 points)

Les quatre paires de tensions suivantes ont été mesurées à l’entrée et à la sortie d’un inverseur à

différents moments de l’expérience. Déterminer la région de fonctionnement des transistors

NMOS et PMOS (blocage, saturation ou triode) qui correspondant à chaque mesure. (8 points)

Input-Output/Éntrée-Sortie NMOS PMOS

1. Vin = 0 V, Vout = 0V

2. Vin = 0 V, Vout = VDD/2

3. Vin = 0 V, Vout = VDD

4. Vin = VDD , Vout = VDD/2

(d) Find the propagation delays tp, tpHL and tpLH. (5 points)

Déterminer les temps de retard tp, tpHL et tpLH. (5 points)


QUESTION 6 (20 points) Find the required currents and voltages in the diode circuits shown below. Use the constant voltage

drop model for all diodes (VD = 0.7 V). For all Zener diodes, VZO = 6 V and rz = 5 Ω.

Déterminer les courants et tensions des circuits à diode montrés ci dessous. Utiliser le modèle « diode

idéale + pile » pour toutes les diodes (VD = 0.7 V). Pour toutes les diodes Zener, VZO = 6 V et rz = 5 Ω.

10V

Ω5k

Ω3k

I 1

I 2 I3

(a) Find I1, I2, and I3. (6 points)

Déterminer I1, I2 et I3. (6 points)


Ω500

)OV+

+v-

o(t

+ 2sin ω t

- +

10V -

1 k Ω

(b) Find Vo and vo(t). (8 points)

Déterminer Vo et vo(t). (8 points)


10V

Ω1 k

1kΩ

5V I

(c) Find I. (6 points)

Déterminer I. (6 points)



Documents

ELG 2135 / 2535 Electronics I / Électronique I Winter ...rhabash/ELG2135FE02.pdf · Find the required currents and voltages in the diode circuits shown below. Use the constant voltage