1. A silicon semiconductor material is to be designed such that the majority carrier electron concentration is no  = 7 × 1015  cm −3 .

(a) Should donor or acceptor impurity atoms be added to intrinsic silicon to achieve this electron concentration?

(b) What concentration of dopant impurity atoms is required?

In this silicon material, the minority carrier hole concentration is to be no larger than po  = 106  cm −3 .

(c) Determine the maximum allowable temperature.

Hints: Try to use MATLAB to solve the equation, here are two useful

functions in MATLAB:

https://ww2.mathworks.cn/help/symbolic/solve.html

https://ww2.mathworks.cn/help/symbolic/vpa.html

2. Consider the Zener diode circuit shown in Figure 1. Let is VI  = 20V  VZ  = 10V ,  Ri  = 222 Ω ,and Pz (max) = 400mW.

Figure 1

(a)Determine IL  , IZ  and II  if RL  = 380 Ω

(b)Determine the value of RL that will establish PZ(max) in the diode;

(c) Repeat part (b) if Ri = 175Q

3. For the input shown in Figure 2.1. Assume Vy  = 0.6 V.

Figure 2.1

(a)Plot vO  for Figure 2.2

(b)Plot vO  for Figure 2.3

Figure 2.2

Figure 2.3

4. In the circuit in Figure 3 the diodes have the piecewise linear parameters of Vy  = 0.6 V and Tf  = 0 .

Figure 3

Calculate the output VO  and the diode currents ID1  and ID2  for the following input conditions:

(a)V1  = V2  = 10 V;

(b)V1  = 10 V, V2  = 0;

(c) V1  = 10 V, V2  = 5;

(d)V1  = 0, V2  = 0;

5. The threshold voltage of each transistor in Figure 4.1-4.3 is VTP  = −0.4 V. Determine the region of operation of the transistor in

(a) Figure 4. 1;

(b) Figure 4.2

(c) Figure 4.3

Figure 4.1

Figure 4.2

Figure 4.3

6. Calculate the drain current in a PMOS transistor with parameters VTP  = −0.5 V, kp(′)  = 50 uA/V2, w = 12 um, L = 0.8 um, (Kp  =  ∙  , this equation can be found from the textbook page 136, Equation (3.5(b))) and with applied voltages VSG  = 2 V and

(a)VSD  = 0.2 V;

(b)VSD  = 0.8 V;

(c) VSD  = 2.2 V;

(d)VSD  = 3.2 V;

7. An   npn   transistor   with  F = 80   is   connected   in   a   common-base configuration as shown in Figure 5.

Figure 5

(a)The emitter is driven by a constant-current source withIE  = 1.2 mA .

Determine IB , IC , α , and VC .

(b)Repeat part (a) for IE  = 0.80 mA .

(c) Repeat parts (a) and for F = 120.