Page 1 of 12 

 

Benha University Faculty of Engineering‐ Shoubra Electrical Engineering Department First Year Communications. 

 

Exam Model Answer

2st Semester Exam25 ‐ May 2013

ECE 121: Electronics (I) 

Duration : 3 hours

Answer all the following questions   Illustrate your answers with sketches when necessary.   The exam consists of three pages.   

No. of questions: 5  Total Mark: 100 Marks   Examiners: Dr. Ehsan Abaas – Dr. Abdallah Hammad 

Question 1  (15 marks) Answer this question in the form of table. Choose the correct answer (only one answer is accepted). 

1‐ The collector‐ emitter voltage is usually 

(a) Less than the collector supply voltage  (b)  Equal to the collector supply voltage (c) More than the collector voltage  (d) Cannot answer 

2‐ A small collector current with zero base current is caused by the leakage current of the  

(a) Emitter diode  (b) Collector diode  (c) Base diode  (d) transistor 

3‐ For the base biased circuit, if the transistor operates at the middle of the load line, a decrease of the base resistance will move the Q point  

(a) Down  (b) Up(c) Nowhere  (d) Off the load line 

4‐ When the Q point moves along the load line, VCE decreases when the collector current  (a) Decreases  (b) Stay the same(c) Increases  (d) Non of the above

5‐ For the emitter biased circuit, when the current gain increases from 50 to 300, the collector current  (a) Decreases by factor of 6   (b) Increases by a factor of 6  (c) Remains almost the same  (d) Is zero 

6‐ For the emitter biased circuit, if the emitter resistance increases, the collector voltage VC (a) Decreases   (b) Stay the same (c) increases  (d) Break down the transistor 

7‐ The collector voltage of the voltage divider bias circuit is not sensitive to the change of  (a)  Emitter resistance  (b) Supply voltage(c) Collector resistance  (d) Current gain 

8‐ If the emitter resistance doubles with the TSEB the collector current will (a) Stay the same  (b) Increases (c) Doubles  (d) Drop in half

9‐ A coupling capacitor is (a) An dc open and ac short  (b) An dc short (c) A dc short and an ac open  (d) An ac open 

10‐ The output voltage of CE amplifier is  (a) Amplified  (b) Inverted (c) 180o out of phase with the input  (d) All of the above 

11‐ When the emitter resistance RE doubles the ac emitter resistance re’ (a) Remains the same  (b) Decrease(c) Cannot be determined  (d) Increases 

12‐ The input impedance of the base decreases when  (a) β decreases   (b) β increases (c) Supply voltage increases  (d) Into the base supply 

13‐ If the load resistance increases in a zener regulator, the zener current (a) Decreases  (b) Stays the same (c) Increases  (d) =  the source voltage/series resistance 

14‐ The diode with a forward voltage drop of approximately 0.25 V is the (a) Step Recovery diode  (b) Light emitting diode (c) Schottky diode   (d) Photo diode 

15‐ For the varactor diode, when the reverse voltage decreases, the capacitance  (a) Stays the same  (b) Decreases (c) Has more band with   (d) Increases 

Page 2 of 12 

 

 

Question 2  (20 marks)  

a‐ (6 marks) Explain, how could you implement AND and OR gates using diodes. 

2 inputs AND gate: 

  Truth Table 

Assume a diode barrier voltage of VD = 0.7 V.

There are four possible states, depending on the combination of input voltages. If at

least one input is at zero volts, then at least one diode is conducting and VO = 0.7 V. If

both V1 = V2 = 5 V

 

2 inputs OR gates  

 

  Truth table 

 

The four conditions of operation of this circuit depend on various combinations of

input voltages. If V1 = V2 = 0, there is no excitation to the circuit so both diodes are off

and VO = 0. If at least one input goes to 5 V, for example, at least one diode turns on

and VO = 4.3 V, assuming VD = 0.7 V.

 

(The students may assume that the diode voltage drop = 0 V (ideal diode))       

Page 3 of 12 

 

 b‐ (7 marks) A certain voltage doubler has 20 V rms on its input. What is the output voltage? Draw 

the circuit, indicating the output terminals and PIV rating for the diode.  

20

20 2 28.28

2 56.56

rms

m

out m

V V

V V

V V V

 

 Full wave voltage doubler 

PIV = 2Vm 

Half Wave voltage doubler  PIV = 2 Vm 

  

(7 marks) Design a clamper to perform the function indicated in figure (1). 

 

The design should be the following circuit: with arbitrary values of the R and C values 

 

   

Page 4 of 12 

 

 

Question 3  (20 marks)  

a‐ (6 marks) For the zener circuit shown in figure (2).  Given that     , VZ1 = VZ2 = 5 V 

(assume that both zener diodes have a voltage drop of 0.7 V when they are forward bias. 

Explain the operation of the circuit, and then draw the o/p voltage waveform . 

 

 

Two back-to-back Zeners can also be used as an ac regulator.

For the positive half cycle 2( )i Z Dv V V

Z2 will be in the reverse bias region (open circuit) so Z1 open as well

o iv v

2( )i Z Dv V V Z2 will operate in the reverse break down region (battery model VZ2 = 5), and Z1 is forward bias (0.7) Then

2( 0.7) 5.7o Zv V

For the negative half 1( )i Z Dv V V 1( )i Z Dv V V

Z1 will be in the reverse bias region (open circuit) so Z2 open as well

o iv v

1( )i Z Dv V V Z1 will operate in the reverse break down region (battery model VZ2 = 5), and Z1 is forward bias (0.7) Then

1( 0.7) 5.7o Zv V

 

 

 

Page 5 of 12 

 

b‐ (6marks) Drive an expression for the ac resistance of the diode 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

●  LED

mater

●  LED

●  Whelethe

●  Themater●  TheforwaLED vo

 

Applicswitchsystem

It (uor

Apswvo

c‐ (8 marks)

more than

character

D is a PN junc

rials such as G

D is connecte

hen the diodeectrons and he form of lighe photon enerial that fabrie output lightard current oltage drop is

cations: Indiching applicatim, Remote co

is formed byusually N typer Gold) 

The Schottcapacitancfrequencie

The reducemuch high

pplication: Rewitching devicoltage power 

 For each of t

n 4 lines], ho

ristics  LED, p

LED 

tion fabricate

GaAs and GaP

d in forward 

e is connectedholes recombiht (Photons) ergy depends cate the LED t from LED is 

s in the range

 

cating ON/OFions, 7 Segmeontrol 

Schottky dio

y joining a dope) with a meta

tky diode hasce and it can oes of 20 GHz o

ed junction caer switching 

ectify high frece in digital csupplies (VD 

the following

w could you 

photo diode,

 

ed from  sem

P 

bias to emit l

d in forward bine and relea

on the energ

directly prop

e 1.5 → 2.5  

F conditions,ents, Burglar a

ode 

 

ped semicondal such as (Sil

 a very little joperate at mor more 

apacitance altime 

 

equency signaomputers, an= 0.25 V) 

g special purp

bias them,  s

, varactor an

iconductor 

ight 

bias , se energy in 

gy gap of the 

ortional to th

 Optical alarm 

ductor regionver , Platinum

unction uch higher 

so results in a

als,  nd low 

pose diodes, 

state some ap

nd Schottky

he 

●  The phreverse b●  The ph

allow ●  Norma

, but ppropo

Appappl

 

n m 

a 

A vajunc

The met

 

Explain  the p

pplications , a

diode 

hotodiode is abias hotodiode hathe light to sal diode has aphotodiode hortional to the

lications: Phoications and 

ractor diode tion 

capacitance phod of doping

Doping 

Distance from junct

Abruptdoping profile

Tunning range 4:

li i

physical cons

and finally dr

Photodiode 

a PN junction

s a small transtrike the PN ja constant revhas a reverse e light intensi

 

oto detectionBurglar alarm

Varctor 

is basically a 

parameters ag Level

tion

1

di d i

struction [not

raw the IV 

 

n that operate

nsparent windjunction verse saturatcurrent that iity 

 , Optical swim system 

 

reverse biase

are controlled

Dop

Distance from j

Hyper abrudoping pro

Tunning range

 

d i

t 

es in 

dow that 

ion current is directly 

tching 

ed pn 

d by the 

ping Level

junction

uptofilee 10:1  

i i i

Page 7 of 12 

 

 

Question 4  (20 marks)  

a‐ (10 marks) For the circuit shown in figure (3)  

Determine:   (1) RC  (2) RE (3) RB (4) VB 

 

7.6 2.4 5.2

0.2CE C E

CE

V V V

V

 

The transistor operates in the active region. 

0.7

0.7 2.4 0.7 3.1BE B E

B E

V V V

V V V

 

 

12 7.62.2

2

CC C C C

CC CC

C

V V I R

V VR k

I mA

 

 

800.987

1 81

22.025

0.987

2.41.185

2.025

CE

E E E

EE

E

II mA

V I R

VR k

I mA

 

 

225

80

12 3.1356

25

cB

CC B B B

CC BB

B

II A

V V I R

V VR k

I A

 

 

 

Page 8 of 12 

 

b‐ (10 marks) The signal source switch of figure (4) is closed, and the transistor base current becomes 

      The collector characteristic of the transistor is displayed in figure 

(5). If       VCC = 14 V and RDC = 1 kΩ. 

Graphically Determine:  (1) ICQ and VCEQ  (2) ic and vce  (3) hFE  at the Q point 

 

 

 

 

 

 

 

   

Page 9 of 12 

 

Question 5  (25  marks) a‐ (15 marks) Drive the expression for Av, rin , rin stage , ro and ro stage for  

(1) Common emitter amplifier 

(2) Common collector amplifier  

1‐ Common emitter: 

 

 

Finding the input resistance

 

   

     

 

  ∥ ∥    

Finding the voltage gain

 

∥  

   

∥ 

Finding the output resistance

  ∞

   

(The student may also use the T model – It will give the same results) 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2‐ Common 

 

The stu

collector  

 

udents may a

 

∥

∥

also add the e

 

∥  

 

effect of Rs in

 

∥

∥

∥

∥

≅ 1  

n calculation 

 

 

 

of ro and ro staage. (It will be

 

 

∥

e ok as well)

b

Stage

Stage

b‐ (10 marks

Calculate 

(1) Th

(2) Th

e 2 

Solvin

 

  1  

e 1 

Solv

 

  1  

s) Based on t

the numeric

he overall vo

he input imp

g using ap

 

7

4.5

4

5.6

ving using app

 

.

0

.

he derivation

al values for:

oltage gain 

edance of th

proximatio

25 2.

6.2

7.58 V 

 

7.58 0.7

1.5

8 mA 

26 mV

4.58 mA 

668   

proximation 

25 5

56

.    

 

12.5 0.7

12

   

26 mV

0.983 mA 

   

ns in part (a),

: 

is multistage

DC A

on 

.7

2.7 

7 

6

56 

7 

, For the mult

e amplifier. 

Analysis 

ti stage amplifier circuit sh

 

 

hown in fig (6

 

 

6),  

Page 12 of 12 

 

 

AC Analysis 

Second Stage 

680

5.668 Ω120 or  119.9  

  Stage 2 ∥ ∥  

  Stage 2 6.2 ∥ 2.7 ∥ 0.566  

  Stage 2    

First Stage 

  Stage 2 453 Ω 

 

∥

∥ 

12000 ∥ 453

26.4 12000 ∥ 453 

436.52

26.4 436.52 

.  

 

Total gain 

  ≅ .   

 

Input Impedance 

  Tr 1   ∥  

  Tr 1 100  26.44 12000 ∥ 453  

  Tr 1 46.296 K  

 

  Stage 1 ∥ ∥   Tr 1  

  Stage 1 56 ∥ 56 ∥ 46.296 

 

  Stage 1 15.366 K