Trabalho de Laboratório Electrónica Geral LERCI Circuitos com Transistores MOS Número Nome Grupo: Professor: Instituto Superior Técnico Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores Área Científica de Electrónica 2004/2005
1. Objectivos do trabalho Determinação das características experimentais de transistores MOS. Estudo de circuitos elementares, digitais e analógicos. 2. Equipamento Módulo experimental TEE03 (Circuitos Lógicos CMOS); Osciloscópio de duplo canal com modo X-Y; Gerador de funções; Fonte de alimentação. R1= 100kΩ R2= 2,2kΩ Figura 1 Módulo Experimental TEE 03 3. Procedimento experimental A montagem dos circuitos é feita através da inserção dos cabos apropriados no módulo experimental TEE03. As alimentações são fornecidas pelos módulos de experimentação Lorenzo. O módulo TEE03 utiliza o circuito integrado 4007. Apesar deste circuito se encontrar protegido da estática por ter circuitos limitadores com díodos ligados às portas dos transistores, evite tocar nessas entradas e só aplique sinal com as alimentações ligadas. No traçado das características de transferência iremos utilizar o osciloscópio em modo X- Y. Este modo permite traçar as curvas de Lissajous corresponde a dois sinais entre os quais se pretende determinar a função de transferência. 4. Características dos transistores nmos e pmos 4.1 - Montar o circuito da figura 2. Registar os valores de para = 2,2kΩ e para = 100kΩ. A partir dos resultados obtidos determinar os parâmetros V t e k n do transistor T 1. 4.2 - Montar o circuito da figura 3. Registar os valores de para = 2,2kΩ e para = 100kΩ. A partir dos resultados obtidos determinar os parâmetros V t e k p do
transistor T 2. ( ) = ( =100k) = ( ) = ( =100k) = Figura 2 Determinação de V t e k n de Figura 3 Determinação de V t e k p de 5. Inversores MOS com carga resistiva 5.1 - Montar o circuito da figura 4. Aplicar na entrada uma tensão, com 10V< < 12V. Registar o valor de. Determinar o valor da resistência equivalente do transistor e comparar o valor obtido com o valor teórico. 5.2 - Aplicar na entrada do circuito da figura 4 um sinal triangular de frequência 1kHz com o valor mínimo 0V e o valor máximo 12V. Colocar o osciloscópio em modo X-Y e registar a característica de transferência do circuito. Figura 4 Inversor nmos com carga resistiva 5.3 - Aplicar na entrada do circuito da figura 4 um sinal sinusoidal de frequência 1kHz, com valor médio de 3,5V e uma amplitude que não introduza distorção apreciável no sinal de saída. Registar as formas de onda observadas, e, anotando as respectivas amplitudes e valores médios das tensões.
Obtenha o ganho de tensão para sinais fracos a partir: a) das amplitudes de e ; b) da característica de transferência; c) dos parâmetros do transistor e ponto de funcionamento em repouso. Ainda com o circuito da figura 4 e um sinal sinusoidal de frequência 1kHz, aumente a amplitude do sinal de modo a introduzir distorção no sinal de saída. Registar as formas de onda observadas, e, anotando as respectivas amplitudes e valores médios das tensões. 5.4 Montar o circuito da figura 5. Repetir para este circuito os ensaios referidos em 5.3. Note que o circuito da figura 5 é dual do circuito da figura 4. Assim para os ensaios deve-se utilizar um sinal sinusoidal de frequência 1kHz mas com valor médio de 8,5V (-3,5V). Figura 5 Inversor pmos com carga resistiva
6. Inversor nmos com carga de reforço 6.1 - Monte o circuito da figura 6. Tome nota da característica de transferência do circuito e compare a característica de transferência deste circuito com a do inversor nmos com carga resistiva (alínea 5.2). =5V T3 V SS =-5V Figura 6 Inversor nmos 6.2 Para a montagem da figura 6 repita os ensaios mencionados em 5.3. Explique de que modo o ganho de tensão do circuito é afectado pelo efeito de corpo.
7. Inversor CMOS 7.1 - Monte o circuito da figura 7. Tome nota da característica de transferência do circuito. =5V V SS =-5V Figura 7 Inversor CMOS 7.2 Repita para a montagem da figura 7 os ensaios mencionados em 5.3. Utilize para valor médio da tensão sinusoidal de entrada 0V. Determine o ganho de tensão a partir das amplitudes das tensões de entrada e de saída e a partir da característica de transferência.
8. Porta lógica nmos de duas entradas Montar o circuito da figura 8. Determinar a tensão de saída para os valores das tensões de entrada indicados no quadro. Qual a função realizada pela porta lógica? A B T3 V A V B V O 0V 0V 0V 12V 12V 0V 12V 12V Figura 8 Porta nmos com carga resistiva 9. Portas lógicas CMOS de duas entradas 9.1 Montar o circuito da figura 9. Determinar a tensão de saída para os valores das tensões de entrada indicados no quadro. Qual a função realizada pela porta lógica? A B T4 T3 V A V B V O 0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V Figura 9 Porta CMOS 9.2 Montar o circuito da figura 10. Determinar a tensão de saída para os valores das tensões de entrada indicados no quadro. Qual a função realizada pela porta lógica? A B T4 T3 V A V B V O 0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V Figura 10 Porta CMOS
10. Interruptor nmos Monte o circuito da figura 11. Alimente a gate com =5V. Meça os valores de V O correspondentes aos diferentes valores de V I indicados na tabela e calcule a resistência equivalente do interruptor. T7 =5V Figura 11 Interruptor nmos V I V O R T7 0V 1V 3V 5V 11. Interruptor CMOS Monte o circuito da figura 12. Para os diferentes valores de V I indicados na tabela, medir V O e calcular a resistência equivalente do interruptor. Compare com os valores obtidos para o interruptor NMOS. 0V T8 T7 =5V V I V O R T7 T8 0V 1V 3V 5V Figura 12 Interruptor CMOS