Pràctica 5. Transistor MOSFET

Tecnologia Electrònica

Enginyeria Tècnica Industrial

 

1. Introducció

En aquesta pràctica s’analitzarà el comportament d’un circuit basat en transistors d’efecte camp (MOSFET), més concretament un inversor fet amb un PMOS i una resistència.

Recordeu que en els transistors d’efecte de camp el corrent de drenador, ID està controlat per la tensió de porta VG. L’anàlisi que heu de realitzar es fa a tres nivells distints: primer a nivell SPICE per extreure els paràmetres del transistor; desprès es fan mesures experimentals sobre el funcionament del circuit en qüestió; finalment, es compara amb el càlcul teòric. L’objectiu és veure que ens podem fiar del PSPICE per tal d’evitar algunes de les passes de les pràctiques anteriors.

2. Càlcul dels paràmetres

El circuit a analitzar, en que apareix un transistor de canal p (PMOS), és el que es presenta a la Figura 1.

 


VDD=-5mV

VG= variable 0..-5V

PMOS:  HEF4007

W=480mm

 L=5mm

 

 

 

Model PMOS:

.model mpmos PMOS (Level=1 Gamma= 0 Xj=0

+                     Tox=108.0n Phi=.6 Rs=0 Kp=6u Vto=-1.4 Lambda=0.02

+                     Rd=0 Cbd=4.0p Cbs=4.0p Pb=.8 Cgso=0.2p Cgdo=0.2p Is=16.64p N=1)

 

Q1. Usant el Pspice, dibuixau la corba IDS-VGS per VDD=-5mV i VG entre 0V i -5V. A partir d’aquesta corba, podeu calcular els dos paràmetres que necessitem per fer els càlculs manuals: VT i b.

Nota: per usar el pmos a l’SPICE: 

M1 d g s b mpmos w=480u l=5u

            Càlcul dels paràmetres:

VT: Podeu determinar el valor del voltatge llindar com el valor del voltatge en el que la segona derivada de la corba IDS-VGS és mínima. Per fer això en el PSPICE, representau D(D(ID(M1))) i mirau ón és el mínim. (Un cop fet així, el podeu comparar amb el valor que surt al model)

b:   Un cop calcular el valor del voltatge llindar, usau un valor adequat de la corba per tal de calcular el valor de b a partir de l’equació del MOS en saturació o en óhmica, segons la zona. (Una vegada que ho hagueu calculat així, podeu comparar amb el valor que hauria de sortir amb els valors que dona el model)

3. Muntatge experimental

 

            En aquest apartat es mesurarà un dels circuits vists a classe de problemes (un inversor amb un PMOS i una resistència), usant els paràmetres calculats a l’apartat anterior.

 


VDD=5V

VG= variable 0..5V

R=1kW

NMOS: HEF4007

W=30mm

 L=10mm

 

 

 

 

 

Per implementar el circuit de la figura, utilitzareu el circuit integrat HEF4007. Aquest circuit conté un parell de transistors NMOS, un parell de transistors PMOS i un inversor CMOS.

 


 

Per montar el circuit amplificador de la figura 1, únicament heu d’utilitzar un dels transistors PMOS (connectant adequadament els terminals 3=porta, 2=font, 1=drenador i 14=substrat).

 

Q2. Mesurau la ISD i la tensió VO per diferents valors de VG entre 0V i 5V. Per mesurar directament ISD posau el multímetre en sèrie i, amb la font controlada, anau variant VG, mentre alimentau la font i el substrat al positiu de la part de +5V (amb totes les terres interconnectades...).  Feis una taula i representau-la a un gràfic (l’Excel va bastant bé...)

 

Q3. Calculau analíticament la ISD i la tensió VO en funció de VG entre 0V i 5V. Usau les dades de Q1. Feis una taula i representau-la a un gràfic (l’Excel va bastant bé, com ja sabeu....). Comentau les diferències amb Q2.

 

Apèndix

Full de dades del circuit integrat 4007:

http://scgproducts.motorola.com/Collateral/DataSheet/mc14007ubrev3.pdf

http://www-s.ti.com/sc/psheets/schs018/schs018.pdf