LUCRAREA 3: TRANZISTORUL MOS MODULUL MCM4/EV

LUCRAREA 3: TRANZISTORUL MOS MODULUL MCM4/EV CAPITOLUL 3.1 PREZENTAREA TRANZISTORULUI MOS 3.1.1 OBIECTIVE Structura tranzistorului MOS; Simbolul tranzistorului MOS. 3.1.2 ASPECTE TEORETICE Tranzistorul MOS diferă de tranzistorul bipolar atât prin structură cât şi ca mod de operare. Denumirea de tranzistor MOS vine de la structura acestuia: Metal-Oxid-Semiconductor (MOS). Ca ]i la tranzistorul TEC-J, la tranzistorul MOS curentul de dren` este datorat unui singur tip de purtători spre deosebire de tranzistorul bipolar unde conducţia este asigurată de ambele tipuri de purtători. Din acest punct de vedere tranzistorul MOS este un dispozitiv unipolar. Structura unui tranzistor MOS este detaliată în fig. 3.1. Pe suprafa\a unui semiconductor (substrat) ce are un tip de conductivitate se cre]te printr-un procedeu de mascare un oxid de poart` ([n cazul siliciului se folose]te de regul` SiO 2 ) fig. 3.1. Fig. 3.1 Structura unui tanzistor MOS cu canal n.

2 Dispozitive Electronice-Îndrumar de Laborator Acest oxid se acoper` cu un metal ob\in@ndu-se astfel poarta (G-gate) tranzistorului MOS ]i structura Metal-Oxid-Semiconductor (MOS). {n acela]i procedeu tehnologic de o parte ]i de alta a por\ii se realizeaz` dou` difuzii/implanturi care prin contactare formeaz` sursa (S - source) ]i drena (D Drain). Prin metalizarea fe\ei opuse se ob\ine conctatul de substrat (B- bulk). Se ob\ine [n acest mod un dispozitiv electronic cu patru terminale. Dou` dintre acestea (G ]i B) vor fi utilizate pentru comanda curentului de dren` iar celelalte dou` pentru intrarea/ie]irea curentului de dren` (S ]i D). Datele geometrice ale tranzistorului MOS sunt: L lungimea canalului; W- l`\imea canalului; t ox - grosimea oxidului de poart`. Tranzistorul MOS este un dispozitiv simetric [n raport cu pozi\ia sursei ]i a drenei. Drena se define]te ca fiind acel cap`t al canalului care are un poten\ial mai mare dec@t a celuilalt cap`t, care devine astfel surs`. O deosebire esenţială între tranzistorul bipolar şi tranzistorul cu efect de câmp este că la tranzistorul bipolar controlul curentului de colector se realizează cu un curent de bază, pe când la tranzistorul cu efect de câmp controlul curentului de drenă se realizează cu o tensiune aplicată între poartă şi sursă (curentul de poart` este practic zero deoarece oxidul de poart` este un izolator). Pentru determin`ri experimentale se va folosi tranzistorul MOS cu canal indus cu un singur electrod de comand` (substratul este legat la surs`). Simbolurile ce vor fi utilizate pentru tranzistorul MOS cu canal indus cu unul ]i dou` terminale de comand` sunt prezentate în fig. 3.2. MOS MOS cu 2 por\i Canal n Canal p Fig. 3.2 Simbolurile pentru tranzistorul MOS cu canal n şi p. Apari\ia curentului prin tranzistor este legat` de existen\a canalului. Sunt tranzistoare MOS care la care canalul exist` f`r` a fi aplicat` o tensiune pe poart` - tranzistoare MOS cu canal ini\ial. La aceste tranzistoare trebuie aplicat` o tensiune de comand` (pe poart`) care s` duc` la dispari\ia canalului [n acest fel

Lucrarea III: MOS Modulul MCM4/EV 3 realiz@ndu-se comanda curentului de dren`. Aceste tranzistoare sunt utilizate foarte pu\in [n ultima vreme iar existen\a lor a fost impus` mai mult de procesul tehnologic greu controlabil de la [nceputurile fabric`rii tranzistorului MOS pe scar` larg`. Actual, cea mai mare parte a tranzistoarelor MOS folosite sunt cu canal indus, acest fapt [nsemn@nd c` la polarizare nul` a por\ii nu exist` canal ]i c` este necesar` o tensiune pe poart` care s` determine apari\ia canalului.

4 Dispozitive Electronice-Îndrumar de Laborator CAPITOLUL 3.2 FUNCŢIONAREA TRANZISTORULUI MOS 3.2.1 OBIECTIVE Caracteristicile tranzistorului MOS; Circuitul echivalent de semnal mic şi joasă frecvenţă; Amplificarea tranzistorului MOS. 3.2.2 ASPECTE TEORETICE 3.2.2.1 Caracteristicile statice Se consideră un tranzistor MOS cu canal n, indus, cu structura simplificată, simbolul şi mărimile asociate din fig. 3.3 care func\ioneaz` la o tensiune de poart` V. G V T Fig. 3.3 Structura unui tranzistor MOS cu canal n indus care func\ioneaz` la o tensiune de poart` V. G V T Ca urmare a aplic`rii pe poart` a unei tensiuni pozitive, [n cazul unui tranzistor cu canal n, electronii din substrat sunt atra]i c`tre suprafa\a semiconductorului. Pentru VG V T la suprafa\a semiconductorului apare un strat de inversie (canal) ce se [ntinde de la surs` la dren`. Drena, canalul ]i sursa sunt izolate fa\` de substrat prin regiunea golit` ce apare sub acestea. {n aceste condi\ii, curentul de dren` ( I D ) va circula de la surs` la dren` numai prin canal. Tensiunea de prag (V T ) este parametrul MOS ce marcheaz` limita [ntre blocare ]i conduc\ie. La tranzistorul MOS cu dou` por\i tensiunea de prag este controlat` de tensiunea aplicat` pe substrat: V V ( V ) (3.1) T T 0 BS

Lucrarea III: MOS Modulul MCM4/EV 5 unde, V T0 este tensiunea de prag [n absen\a polariz`rii substratului (V BS =0), este poten\ialul la suprafa\a semiconductorului [n inversie puternic` iar este factorul de substrat (cu valori pozitve la n-mos, n 0 ]i negative la p-mos, p 0 ). C@nd tranzistorul are substratul legat la surs`, evident VT V T 0. V T0 depinde de, de oxidul de poart` ]i de natura metalului ce constituie electrodul G. Tabelul 3.1 prezint` domeniul de varia\ie al tensiunii de poart` (V GS ) pentru func\ionarea [n conduc\ie a tranzistorului MOS cu canal indus. Tabelul 3.1 V n -MOS p-mos GS V 0 V V 0 T GS T {n fig. 3.3, pentru simplitate, sursa s-a considerat legat` la substrat ( V S 0 ) ceea ce implic` VD VDS. {n func\ie de valoarea tensiunii VDS se disting pe caracteristicile de ie]ire prezentate [n fig. 3.4 dou` zone: Zona cvasiliniar` (sau de triod`), caracteristic` tensiunilor VDS mici (p@n` la sute de mv) unde canalul poate fi considerat echipoten\ial ]i caracteristica I D(VDS ) poate fi considarat` liniar` ( VDS VGS VT ). Regimul este caracterizat de o rezisten\` a canalului (R ch ) controlat` prin tensiunea de poart` ( VGS VG ). Cre]terea tensiunii V GS duce la o [mbog`\ire a concentra\iei de electroni din canal ]i, deci, la o sc`dere a rezisten\ei canalului (vezi fig. 3.4). Zona de satura\ie (sau activ`), caracteristic` tensiunilor V DS mari unde dependen\a curentului de dren` de tensiunea V DS este aproximativ constant` ( VDS VDS,sat VGS VT ). Aici, curentul depinde numai de tensiunea V GS. {n func\ie de regimul de lucru, curentul de dren` este dat de expresiile din tabelul 3.2. {n fig. 3.5, sunt precizate, [n planul V DS V GS, domeniile pentru blocare ]i conduc\ie, [n zona de satura\ie, respectiv cvasiliniar` pentru tranzistorul MOS cu canal n. Tabelul 3.2 Regiunea Tranzistorul TEC-MOS I Cvasiliniar` (Triod`) V V V DS GS T Activ` (Satura\ie) V V V 2 V k 2 DS D kv GS VT VDS I D V GS VT 1 VDS 2 2 DS GS T Parametrii statici ai tranzistorului MOS sunt V T, k ]i. Parametrul k la MOS depinde de mobilitatea purt`torilor majoritari din canal ( ) ]i dimensiunile canalului. De exemplu, pentru k este valabil` rela\ia:

6 Dispozitive Electronice-Îndrumar de Laborator W W k k' C ox (3.2) L L unde, W ]i L sunt l`\imea respectiv lungimea canalului, iar C capacitatea (pe W u nitatea de arie) a oxidului de poart` (fig. 3.1). Raportul este factorul de L geometrie al tranzistorului MOS. ox (a) Fig. 3.4 Caracteristicile MOS: (a) de ieşire; (b) de transfer i ( v ). (b) D GS Fig. 3.5 Domeniile pentru blocare ]i conduc\ie pentru tranzistorul n-mos.

Lucrarea III: MOS Modulul MCM4/EV 7 Parametrul modeleaz` efectul de scurtare a canalului cu tensiunea de dren` [n satura\ie (efectul Early pentru MOS). Punctul static de func\ionare este definit de m`rimile I D, V GS, V DS ]i eventual V BS (dac` substratul este activ nu este legat la surs`). 3.2.2.2 Circuitul echivalent de semnal mic şi joasă frecvenţă Modelul dinamic la semnal mic, frecvenţe joase, al MOS polarizat în saturaţie, este descris de circuitul din fig. 3.6. În acest circuit avem: id id I d g m (3.4) v v V 1 r ds i v GS I D D DS ID i v GS vds VDS,i D I D D DS vgs VGS,iD ID I V gs vds 0 d ds vds 0 (3.5) I d, vgs, vds sunt valori efective. Expresia analitică pentru (transconductanţa sau conductanţa mutuală) se obţine prin derivarea relaţiei (3.2) sau a uneia din relaţiile (3.3), (3.4) sau (3.5) în funcţie de regimul static al MOS. g m Fig. 3.6 Circuitul echivalent de semnal mic şi joasă frecvenţă pentru funcţionarea în saturaţie. 1 Expresia analitică pentru conductanţa canalului g d rezultă prin rds derivarea relaţiei (3.1) sau (3.2). În regim de saturaţie, prin derivarea relaţiilor (3.4), (3.5) rezultă g d 0. În realitate însă, conductanţa canalului este nenulă în orice condiţii. Dacă se analizează structura reală a unui MOSse remarcă prezenţa între extremităţile canalului propriu-zis şi contactele metalice S şi D, a unor porţiuni de siliciu n (sau p pentru MOScu canal p) a căror rezistenţă trebuie luată în considerare în construirea unui model dinamic mai rafinat. Astfel, modelul se completează cu rezistenţele R d şi R s şi este prezentat în fig. 3.7. Rezistenţele R d şi R s depind de tensiunile aplicate tranzistorului. Valorile măsurate pe ntru g m şi g d pot diferi de cele care rezultă din formulele teoretice datorită prezenţei acestor rezistenţe.

8 Dispozitive Electronice-Îndrumar de Laborator Fig. 3.7 Circuitul echivalent de semnal mic şi joasă frecvenţă ce include efectul rezistenţelor serie din zona de sursă respectiv drenă. 3.2.2.3 Circuit de amplificare cu MOS Pentru a fi utilizat ca amplificator MOS-ul se utilizează polarizat în regim de saturaţie. În acest regim există, la semnal mic, o dependenţă liniară între tensiunea de comandă v gs şi curentul de drenă i d, ca în fig. 3.8. i g v (3.6) d m gs Fig. 3.8 Zona optimă de lucru pentru MOS ca amplificator de semnal mic. Ca şi tranzistorul bipolar sau MOS, MOS-ul poate lucra ca amplificator într-una din cele patru conexiuni: sursă comună (SC), grilă comună (GC), drenă comună (DC) sau repetor pe sursă şi sarcină distribuită (SD). În fig. 3.9 este prezentat un circuit de amplificare în care tranzistorul lucrează în conexiunea SC. Tranzistorul este atacat pe grilă cu un generator de semnal prin intermediul condensatorului de decuplare C 1. Rezistoarele RG1 ]i R G2 formeaz` un divizor de tensiune care este utilizat pentru polarizarea por\ii tranzistorului. Pentru a nu strica reziste\a de intrarea a etajului valorile acestora se aleg foarte mari (MΩ). Curentul prin tranzistor se fixează cu ajutorul rezistorului R S. Condensatorul C S este utilizat ca şi condensator de decuplare în circuitul sursei.

Lucrarea III: MOS Modulul MCM4/EV 9 Pentru o valoare bine aleasă acesta va scurtcircuita R S în curent alternativ, în banda de lucru, punând tranzistorul cu sursa la masă (sursă comună). Fig. 3.9 Etaj sursă comună (SC) realizat cu tranzistor MOS. Rezistenţa de sarcină a etajului este constituită numai din R D, rezistor ce are rol şi pentru polarizarea în curent continuu a tranzistorului. Amplificarea de tensiune a etajului SC este dată de relaţia: vo AV g m RD (3.7) vi Semnul minus din relaţia (3.7) semnifică faptul că la ieşire semnalul este defazat cu 180 0 faţă de semnalul de intrare. Rezistenţele de intrare/ieşire în/din etaj sunt: vi R i RG1 RG2 (3.8) i R i v o o RD (3.9) io Calculul acestora au presupus o rezistenţă de intrare şi o rezistenţă r ds infinite pentru MOS.

10 Dispozitive Electronice-Îndrumar de Laborator CAPITOLUL 3.3 MĂSURAREA CARACTERISTICILOR STATICE ŞI DINAMICE ALE TRANZISTORULUI MOS. ETAJE CU TRAN ZISTOR MOS 3.3.1 OBIECTIVE Măsurarea caracteristicilor statice ale MOS; Funcţionarea ca generator de curent constant; Măsurarea caracteristicilor dinamice ale MOS; Etaje de amplificare cu MOS. 3.3.2 APARATE NECESARE Sursă de alimentare PS1-PSU/EV sau PSLC/ EV, unitate de control individual SIS1/SIS2/SIS3 (opţional); Modulul poate lucra în mod independent. La utilizarea unităţii de management extern cele 4 comutatoarele trebuie să fie pe poziţia închis iar cele 8 comutatoare trebuie să fie pe poziţia deschis; Modulul MCM4/EV; Multimetru; Osciloscop; Generator de semnal. 3.3.3 DESFĂŞURAREA LUCRĂRII 3.3.3.1 Pregătire preliminară MCM-4 Deconectaţi toate şunturile Montaţi SIS1 Setaţi toate comutatoarele pe deschis SIS2 Introduceţi cod lecţie: B14 Se porneşte de la modulul aflat pe placa MCM-4 stânga jos cu schema electrică pentru măsurători pe MOS prezentată în fig. 3.10. Tehnica de polarizare aleasă este cu două surse: Sursa fixă de 12V/ -12V şi un divizor rezistiv reglabil pentru tensiunea V GS ; Sursă variabilă 1,2V-24V (V CC) şi o rezistenţă serie pentru polarizarea drenă-sursă.! Valorile tensiunilor şi curenţilor alternativi sunt date în valoare RMS.

Lucrarea III: MOS Modulul MCM4/EV 11 Fig. 3.10 Schema electrică de măsurare a tranzistorului MOS modulului MCM-4. 3.3.3.2 Măsurarea caracteristicilor de curent continuu Caracteristica de transfer Se realizează circuitul din fig. 3.11 prin conectarea şunturilor J18, J37, J41. Pentru măsurarea tensiunilor se utilizează voltmetrul sau osciloscopul. Fig. 3.11 Circuitul pentru măsurarea caracteristicii de transfer.

12 Dispozitive Electronice-Îndrumar de Laborator Se conecteaz` R J22 =100kΩ pe pozi\ia lui J22; Se variaz` tensiunea V CC astfel [nc@t tensiunea V GS a tranzistorului s` ia valorile din tabelul 3.3 şi se măsoară curentul de drenă I D indirect, prin măsurarea căderii de tensiune pe rezistorul R 12. Pentru curen\i mari de dren` rezistorul R J22 se [nlocuie]te cu J22; Curentul I D se calculează cu relaţia: VCC VDS I D R12 Se trasează graficul I D = f(v GS ) şi Graficul rezultat va fi de forma celui din fig. 3.12. Tabelul 3.3 V GS [V] 0 1,3 1,5 1,8 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 V GS,m`surat [V] V CC R D =R 12 +R J22 [kω] I D [ma] (V GS V T) 2 /2 [V 2 ] Fig. 3.12 Forma caracteristicii de transfer. M`surarea tensiunii de prag a tranzistorului MOS ]i a parametrului k Pe circuitul prezentat [n fig. 3.11 se monteaz` [n locul lui J22 un rezistor RJ22 =100kΩ. Se regleaz` sursa de alimentare (V CC ) astfel [nc@t curentul de dren` s` fie de 10μA (V CC -V DS =1V). Curentul de dren` se m`soar` ca ]i c`dere de tensiune pe R J22 conect@nd voltmetrul [ntre punctele 24 (-) ]i 23 (+) de pe montaj. Tensiunea V GS m`surat` pentru un curent de dren` de 10μA, va fi tensiunea de prag a tranzistorului. Aceast` valoare va fi utilizat` ]i [n calculele teoretice.

Lucrarea III: MOS Modulul MCM4/EV 13 V GS VT... D I 10A Se completeaz` tab. 3.3. Se traseaz` caracteristica I D = f [(V GS -V T ) 2 /2] elimin@ndu-se din reprezentare punctele cu VGS VT. Din panta acesteia se va deduce, experimental, parametrul k n ce va fi utilizat [n calculele teoretice (rela\ia de calcul a fost dat` [n ecua\ia 3.2 ]i poate fi aplicat` atunci c@nd se cunosc W, L, μ, C ox ). k n... Caracteristicile de ieşire Se realizează circuitul din fig. 3.13 prin conectarea şunturilor J18, J22, J30 ]i J37. Pe circuitul din fig. 3.13 cu ajutorul potenţiometrului R V8 se reglează tensiunea V GS la valorile date în tabelul 3.4. Se variază tensiunea V DS la valorile impuse în tabel prin variaţia V DD şi se măsoară curentul de drenă. În cazul curenţilor de drenă mici, căderea de tensiune pe rezistenţa R 12 va fi mică fapt ce se traduce într-o diferenţă mică între tensiunea V DD şi tensiunea V DS. Pentru a maximiza căderea de tensiune scoate şuntul J22 şi se conectează în locul acestuia un rezistorul R J22 =100kΩ. Se reprezintă grafic familia de curbe parametrice I D = f 1 (V GS, V DS ). Se vor obţine caracteristici de forma celei din fig. 3.14. Se va delimita pe grafic zona de saturaţie de zona liniară. Fig. 3.13 Circuitul pentru măsurarea caracteristicilor de ie]ire. Pentru fiecare curbă se va determina grafic tangenta în origine: g d,lin di dv D DS VDS 0 i v D DS VDS 0 Rezultatele se trec în tabelul 3.5.

14 Dispozitive Electronice-Îndrumar de Laborator Tabelul 3.4 V GS = 0 [V] V GS = 1,5 [V] V GS = 2 [V] V GS = 2,1 [V] V G S= 2,2 [V] V G S= 2,3 [V] V G S= 2,4 [V] V DS [V] 0 1 2 3 3,5 4 6 8 10 V DS,m`s. [V] V DD [V] R 12 +R J22 [kω] I D [ma] V DS,m`s. [V] V DD [V] R 12 +R J22 [kω] I D [ma] V [V] DS,m`s. V DD [V] R 12 +R J22 [kω] R I D [ma] V DS,m`s. [V] V DD [V] 12 +R J22 [kω] I D [m A] V DS,m`s. [V] V DD [V] R 12 +R J22 [kω] I D [ma] V DS,m`s. [V] V DD [V] R 12 +R J22 [kω] I D [ma] V DS,m`s. [V] V DD [V] R 12 +R J22 [kω] I D [ma]

Lucrarea III: MOS Modulul MCM4/EV 15 Fig. 3.14 Forma caracterist icii de ieşire. Tabelul 3.5 V GS [V ] g d,lin1[ ma / V ] 0 1,5 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Montaţi SIS1 SIS2 Setaţi comutatorul S4 pe poziţia închis Apăsaţi INS I1 Ce se întâmplă în circuit? a) o rezistenţă în serie cu R 12 a fost deconectată; b) tranzistorul este scurtcircuitat între drenă şi sursă; c) tranzistorul este întrerupt între drenă şi sursă; d) circuitul porţii a fost deconectat; e) tensiunea de alimentare a fost redusă. Montaţi SIS1 Setaţi comutatorul S4 pe poziţia deschis 3.3.3.3 Funcţionarea MOS ca generator de curent constant Regimul în care MOS poate funcţiona ca generator de curent constant este saturaţia ( 0V VT VGS şi VDS VGS VT ). Dacă se neglijează efectul scurtării canalului în saturaţie şi se utilizează ecuaţia ce descrie funcţionarea MOS pentru acest regim, k I 2 D VGS VT 2 r ezultă că pentru VGS VT ]i V GS ct. se obţine I D ct. Pentru verificarea acestui comportament se va utiliza circuitul din fig. 3.15.

16 Dispozitive Electronice-Îndrumar de Laborator Se conectează şunturile J18, J22, J30, J33. {n locul jumper-ului J32 se introduce dioda Zener (D z ) de 6,2V cu catodul c`tre grila tranzistorului T 6. Se pozi\ioneaz` cursorul poten\iometrului R V8 la pinul dinspre R 16 ; Se reglează sursa de tensiune la valoarea de +24V; Se m`soar` tensiunea pe dioda Zener (D z ) ]i se trece [n tabel; Aceasta trebuie s` fie [n jurul valorii de 6,2V; Se fixeaz` pentru V D valorile din tabelul 3.6. Se măsoară indirect curentul în circuit. Acesta trebuie să rămână constant câtă vreme tranzistorul rămâne în saturaţie. VS,masurat I D R 18 Se completeaz` tabelul 3.6 ]i se trasează graficul ID = f (V DS ); Se determin` tensiunea V CC,minim pentru care circuitul men\ine curentul constant. Tabelul 3.6 V D [ V] 13 14 15 16 17 18 19 V D,m`surat [V] V S,m`surat [V] V CC [V] V DS [V] V GS [V] V Z =... [V] I [ma] D Fig. 3.15 Circuitul pentru măsurarea caracteristicii curent-tensi une a sursei de curent constant realizate cu MOS.

Lucrarea III: MOS Modulul MCM4/EV 17 3.3.3.4 Verificarea modelului dinamic Estimarea r d în saturaţie Se realizează configuraţia din fig. 3.16. Se conectează şunturile J18, J30 şi J37. Se conectează rezistenţa R 1 J22 1,3k şi condensatorul C J20 (10μF) se fixează V GS 2,1V şi V DS 5V. Generatorul de semnal este conectat şi pornit, dar reglat la vs 0V. Potenţiometrul semireglabil R V5 se reglează cu cursorul la masă. Se reglează amplitudinea semnalului de la generator astfel încât să se obţină V gs 10mV şi se măsoară Vds. Rezultatele se trec în tabelul 3.7. Se repetă măsurătorile pentru RJ22 2 10k. Se calculează: r d,sat 1 g d,sat 2 1 RD RD 2 D ds1 1 RD v R vds2 1 Tabelul 3.7 R 22 [ k ] 1, 98 10, 68 R D R 12 V ds [ mv ] J Fig. 3.16 Circuitul pentru măsurare a rezistenţei dinamice (r d ) şi a g m,sat în saturaţie.

18 Dispozitive Electronice-Îndrumar de Laborator Măsurarea conductanţei mutuale în saturaţie - g m,sat În configuraţia din fig. 3.16 se adaugă J22. Se reglează succesiv V GS la valorile din tabelul 3.8 menţinându-se de fiecare dată V DS 5V, V gs 10mV şi măsurându-se V ds., g m,sat 1 Se calculează conductanţa mutuală măsurată, g m,sat1 vds R v 12 ds VDS 5V iar valorile se trec în tabelul 3.8. Tabelul 3.8 V GS [V ] V ds [ mv ] gm,sat1[ ma / V ] gm,sat2 [ ma / V ] 2 2,1 2,2 2,3 2,4 Cu ajutorul valorilor k n şi VT determinate anterior se calculează conduct anţa mutuală teoretică g m,sat2, iar valorile se trec în tabelul 3.8. g m,sat2 k n (V GS V T ) 2 k n I Cu datele din tabelul 3.8 se trasează pe aceleaşi grafic, curbele: g f V, pentr u 5V C1: m,sat1 GS C2: g f V m,sat2 GS V DS Cum explicaţi diferenţele care rezultă între D (transconductanţa măsurată) şi g (transconductanţa calculată)? Care este panta optim` pentru m,sat2 ob\inerea unei amplific`ri maxime? g m,sat1 Măsurarea conductanţei can alului în regiunea lini ară gd,lin Se realizează configuraţia din fig. 3.17 conectându-se şunturile J30, J37 ş i R J22 10k. Se reglează potenţiometr u R V5 cu cursorul în masă. Se ajustează succesiv VG S la valorile di n tabel ul 3.9. Se modifică de fiecare dată amplitudinea generatorului astfel încât să se obţină Vds 20mV ; Se măsoară V dd şi se trece în tabelul 3.9.

Lucrarea III: MOS Modulul MCM4/EV 19 Fig. 3.17 Circuitul pentru măsurarea conductanţei canalului în regiunea liniară - g d,lin. Tabelul 3.9 V GS [V ] V dd [ mv ] gd,lin1[ ma / V ] gd,lin2 [ ma / V ] 2 2,1 2,2 Utilizând datele din tabelul 3.9 se calculează pentru fiecare valoare a lui V GS, parametrul Vdd 1 Vds gd,lin1 R R J 22 12 V DS 0V şi cu ajutorul lui k n şi VT parametrul g d,lin2 k n (V GS V T ) VDS 0 2 k n I D VDS 0 Rezultatele se trec în tabelul 3.8. Cu datele din tabelul 3.8 se trasează grafic curbele: C3: gd,lin1 f V GS, pentru V DS 0V C4: gd,lin2 f V GS, pentru V DS 0V C5: g f V, pentru V DS 0V d,lin3 GS Cum explicaţi diferenţele care rezultă între conductanţele drenă-sursă măsurate prin diferite metode şi şi conductanţa calculată cu relaţia? g d,lin1 g d,lin2 g d,lin 3

20 Dispozitive Electronice-Îndrumar de Laborator 3.3.3.5 Amplificator de semnal mic cu MOS Conexiunea utilizată pentru experimentarea amplificării MOS-ului este surs a comună (SC) fig. 3.18. Circuitul din fig. 3.18 se realizează în următoarele etape: Se conectează şunturile J18, J22, J27, J30, J37; Se reglează Vcc la valoarea de 24V; Se conectează cele două canale ale osciloscopului ca în fig. 3.18; Se poziţionează cursorul potenţiometrului semireglabil R V8 astfel [nc@t V DS =8 V; Se poziţionează cursorul potenţiometrului semireglabil R V6 [n mas`; Se conectează generatorul de semnal pe poziţia şuntului J29; Se reglează semnalul pe grila tranzistorului T 6 la o amplitudine de 5-10 mv rms /1kHz; Se măsoară tensiunea rms la ieşire în absenţa distorsiunilor şi se calculează amplific area cu relaţia: vo,rms Av v i,rms Se verifică dacă defazajul între intrare şi ieşire este de 180 o. Fig. 3.18 Amplificator sursă comună cu MOS.

Lucrarea III: MOS Modulul MCM4/EV 21 CAPITOLUL 3.4 {NTREBĂRI ŞI EXERCIŢII 3.4.1 OBIECTIVE Aprofundarea cunoştinţelor obţinute 3.4.2 ÎNTREBĂRI I2. Ce erori se introduc în determinările asupra caracteristicilor statice prin menţinerea prea îndelungată a MOS-ului într-un regim de putere disipată relativ mare (I D şi V DS mari)? a) caracteristicile nu se modifică; b) caracteristica de transfer nu se modifică dar cea de ieşire se modifică; c) caracteristica de transfer se modifică dar cea de ieşire nu se modifică; d) ambele caracteristici se modifică; e) nici una din cele de mai sus. I3. Ce se înţelege prin canalul MOS-ului? a) regiunea dintre poartă şi drenă; b) regiunea dintre poartă şi sursă; c) regiunea de suprafa\` dintre drenă şi sursă [n care s-a realizat inversia; d) conexiunea dintre două regiuni de poartă; e) conexiunea de intrare a MOS. I4. Pentru un tranzistor n-mos cu canal indus, I D =0 când: a) V DS = 0V; b) V GS < V T ; c) V GS > V T ; d) V GS = V T; e) V DS = V GS. I5. În regiunea liniară MOS-ul se comportă: a) ca o rezistenţă comandată în tensiune; b) ca o diodă; c) ca o sursă de curent constant; d) ca un etaj de amplificare; e) ca un comutator deschis.

22 Dispozitive Electronice-Îndrumar de Laborator 3.4.3 EXERCIŢII E.1 Se d` cicuitul din fig. 3.19. S` se calculeze psf-ul dispozitivelor din circuit. Se cunosc: T (V T =2V, k n =1mA/V 2 ), D Z (V Z =6,2V, I Z,min =1mA), R 1 =10kΩ, R 2 =1kΩ, R L =1kΩ. Cu ce poate fi echivalat tranzistorul T? Fig. 3.19 E.2 S` se estimeze valorile extreme pe care (R L,min, R L,max ). le poate avea rezistorul R L E.3 Se consideră etajul de amplificare cu tranzistor n-mos din fig. 3.9. Parametrii tranzistorului sunt: T (VT=2V, k n =1mA/V 2, r o =100kΩ). Celelalte componente au valorile: R G1 =6MΩ, R G2 =2MΩ, R S =1kΩ, R D =5kΩ, C 1 = C 2 = C 3 =, iar V CC =24V. S` se calculeze punctul static de func\ionare, amplificarea [n tensiune ]i rezisten\ele de intrare/ie]ire din etaj.

Lucrarea III: MOS Modulul MCM4/EV 23 Fig. 3.20 Schema electronică a modulului MCM4/EV.