ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ"

Λαφιδὼθ Παπακώστας
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΗ 1η: ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ MOSFET Σκοπός της άσκησης Στην άσκηση αυτή θα μελετήσουμε το τρανζίστορ τύπου MOSFET και τη λειτουργία του ως διακόπτη. Για την τελευταία είναι που έχει κυριαρχήσει στην κατασκευή ψηφιακών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Α. ΧΑΡΑΞΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΚΑΜΠΥΛΩΝ Α1. Υλοποιήστε το κύκλωμα του Σχήματος 1. D I DS V GG R G V GS G S BS10 V DS V DD Σχήμα 1: Κύκλωμα για τη μελέτη τρανζίστορ MOS Α2. Ρυθμίστε την τάση του τροφοδοτικού V GG ώστε η τάση πύλης πηγής (V GS ) να πάρει την τιμή 2.2V. A3. Ρυθμίστε την τάση του τροφοδοτικού V DD ώστε η τάση V DS να πάρει την τιμή 0.1V και σημειώστε την τιμή του ρεύματος καναλιού που δείχνει το αμπερόμετρο. Επαναλάβετε τις μετρήσεις του ρεύματος για τις εξής τιμές της τάσης V DS : 0.2V, 0.4V, 0.5V, 0.V, 1V, 2V, 3V, 4V. Α4. Επαναλάβετε το προηγούμενο βήμα ρυθμίζοντας την τάση του τροφοδοτικού V GG ώστε η τάση πύλης πηγής (V GS ) να πάρει τις ακόλουθες τιμές: 2.4V, 2.V, 3V. A5. Χαράξτε σε κοινό σύστημα αξόνων το σμήνος των χαρακτηριστικών ρεύματος τάσης (I DS - V DS ). 1

2 B. ΤΟ MOSFET ΩΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ B1. Υλοποιήστε το κύκλωμα του Σχήματος 2. B2. Συνδέστε στην είσοδο του κυκλώματος γεννήτρια συναρτήσεων που παράγει τετραγωνική παλμοσειρά με στάθμες 0 και 5Vdc και συχνότητα 1kHz. B3. Παρατηρήστε και καταγράψτε τις κυματομορφές V G και V out. B4. Επαναλάβετε το προηγούμενο βήμα για συχνότητες παλμών Hz, 100kHz και 1ΜΗz. B5. Εξηγήστε τη λειτουργία του κυκλώματος. R D =50Ω V in R G G V G D S BS10 V out 5V V DD Σχήμα 2: Κύκλωμα για τη μελέτη της λειτουργίας MOSFET ως διακόπτη 2

3 ΑΣΚΗΣΗ 2η: ΜΕΛΕΤΗ ΑΝΑΣΤΡΟΦΕΩΝ A. ΜΕΛΕΤΗ ΑΝΑΣΤΡΟΦΕΑ nmos A1. Υλοποιήστε το κύκλωμα του Σχήματος 3, χρησιμοποιώντας το ολοκληρωμένο CD400 (οι αριθμοί στο Σχήμα 3 υποδεικνύουν τους ακροδέκτες που πρέπει να χρησιμοποιηθούν). V DD =+5V R D 6 Ā A Σχήμα 3: Κύκλωμα αναστροφέα nmos Το ολοκληρωμένο CD400 περιέχει ζεύγη συμπληρωματικών τρανζίστορ MOS όπως υποδεικνύει το διάγραμμα του Σχήματος 4, όπου οι αριθμητικοί ενδείκτες αντιστοιχούν στην αρίθμηση των ακροδεκτών του Σχήμα 4: Δομή του ολοκληρωμένου CD400 3

4 A2. Εφαρμόζοντας κατάλληλες τιμές τάσης στην είσοδο του κυκλώματος επαληθεύσατε την ορθή του λειτουργία, λαμβάνοντας μετρήσεις της τάσης εξόδου με πολύμετρο. Καταγράψτε τις τιμές τάσης που αντιστοιχούν στις λογικές στάθμες H και L. A3. Τροφοδοτήστε την είσοδο του αναστροφέα με τετραγωνικούς παλμούς με μηδενική λογική στάθμη ίση με 0V, πλάτος 5V και συχνότητα 1kHz και παρατηρήστε την κυματομορφή εξόδου. Σχολιάστε. A4. Να υπολογίσετε τον χρόνο καθυστέρησης διάδοσης της πύλης. A5. Επαναλάβετε τα βήματα A3 και A4 για συχνότητα παλμών ίση με 100kHz. A5. Αυξάνοντας τη συχνότητα της παλμοσειράς εισόδου, να βρείτε τη μέγιστη συχνότητα για την οποία λειτουργεί σωστά το κύκλωμα. B. ΜΕΛΕΤΗ ΑΝΑΣΤΡΟΦΕΑ CMOS B1. Υλοποιήστε το κύκλωμα του Σχήματος 5, χρησιμοποιώντας το ολοκληρωμένο CD400 (οι αριθμοί υποδεικνύουν τους ακροδέκτες που πρέπει να χρησιμοποιηθούν). V DD =+5V A Ā Σχήμα 5: Κύκλωμα αναστροφέα CMOS B2. Επαναλάβετε την πειραματική διαδικασία της προηγούμενης παραγράφου (A). B3. Προβείτε σε συγκρίσεις των αναστροφέων nmos και CMOS 4

5 Γ. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΩΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ Γ1. Για τον αναστροφέα του Σχήματος 3, τροφοδοτήστε στην είσοδο τριγωνικό παλμό με ελάχιστη τάση 0V και μέγιστη τάση 5V. Γ2. Συνδέστε το πρώτο κανάλι του παλμογράφου στην είσοδο του αναστροφέα και το δεύτερο στην έξοδο. Γ3. Θέσατε τον παλμογράφο σε λειτουργία x-y και παρατηρήστε τη συνάρτηση μεταφοράς η οποία εμφανίζεται στην οθόνη. Γ4. Αντικαταστήστε τον αντιστάτη των Ω με έναν άλλο των 100kΩ. Πώς μεταβάλλεται η συνάρτηση μεταφοράς και γιατί; Γ5. Επαναλάβετε τα βήματα Γ1 έως και Γ3 για τον αναστροφέα του Σχήματος 5. ΑΣΚΗΣΗ 3η: ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΛΟΓΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ CMOS Σκοπός της άσκησης Σκοπός της άσκησης είναι η κατανόηση των βασικών αρχών στις οποίες βασίζεται η σχεδίαση ψηφιακών κυκλωμάτων CMOS (Complementary MOS), μιας οικογένειας η οποία είναι σήμερα η επικρατούσα στην κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων πολύ μεγάλης κλίμακας ολοκλήρωσης (VLSI). Α. ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΠΥΛΩΝ NAND/AND A1. Χρησιμοποιώντας τη μεθοδολογία που αναπτύχθηκε στο θεωρητικό μέρος του μαθήματος σχεδιάστε το κύκλωμα μιας πύλης NAND σε τεχνολογία CMOS και υλοποιήστε το κάνοντας χρήση του ολοκληρωμένου CD400. (Ως λογικές στάθμες να χρησιμοποιηθούν τα 0 και 5V). Α2. Επαληθεύσατε τον πίνακα αλήθειας της πύλης εφαρμόζοντας κατάλληλες τιμές τάσης στις εισόδους της και μετρώντας την τάση εξόδου. Α3. Επαναλάβετε την πιο πάνω διαδικασία για πύλη AND. Β. ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΠΥΛΩΝ NOR/OR Όμοια για πύλες NOR και OR. 5

Σχετικά έγγραφα

ΑΣΚΗΣΗ 2 η : ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ

ΤΕΙ ΚΑΛΑΜΑΤΑΣ - ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΣΠΑΡΤΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΑΣΚΗΣΗ 2 η : ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ: ΑΡΙΘΜΟΣ ΜΗΤΡΩΟΥ:.. ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ: ΑΡΙΘΜΟΣ ΜΗΤΡΩΟΥ:.. Α. ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΥΝΕΧΟΥΣ