PRACTICA 5

PRACTICA 5:
APLICACIONES TRANSISTORES MOSFET.
Curso 2019-2020: Practica de laboratorio.
Realizado por: Geovanny Iguasnia.
1.- Objetivo de la práctica:
El objetivo de esta práctica es poner en marcha los conocimientos adquiridos sobre los
transistores MOSFET, de igual forma identificar sus zonas de trabajo.
Analizar y comprender las funciones de inversores digitales basado en transistores MOSFET.
Para esta practica procedemos a realizar el montaje de dos circuitos:
Inversor NMOS con carga resistiva.
Inversor CMOS.
2.-Inversor NMOS con carga resistiva.
2.1- Análisis Teórico.
Tenemos como datos de partida lo siguiente:
mA
𝛽 = 100 2
V
vt = 2V
Tenemos un transistor NMOS, consideramos en SAT.
𝜷n
Ids =
(Vgs-Vt)2
2
5-Vd
Ids =
1K
𝜷n
5-Vd
(Vgs -Vt )2 =
2
1K
50(Vi -2)2 = 5-VO
VO = Vi 2 - 4Vi -41
Condiciones de saturación:
Vgs - Vs > 2
→ Vi > 2
Vds > Vgs - 2
→ Vo > Vi -2
Sustituyendo Vo por Vi:
Vi 2 - 5Vi -30 > 0
Como anteriormente para la primera inecuación habíamos hallado que Vi>2, podemos decir
que la segunda inecuación solo es valido el resultado para Vi > 9,23 estará en saturación.
2.2- Montaje Experimental.
Antes de realizar el montaje de la practica en la placa protoboard, realizamos la medición de
los componentes con el multímetro.
Resistencia [1kΩ] = 979 Ω
Resistencia [220 Ω] =219 Ω
Una vez montado todos los componentes en la placa protoboard, configuramos con el
generador de funciones una señal triangular de 5V de amplitud, con una frecuencia de 10Hz y
un Offset de 2,5 V. esta señal lo conectamos al circuito para poder medir la función de
transferencia.
2.2.1- Vi Input [CH1] Y Vo output [CH2].
2.2.2- Función de transferencia [XY].
Podemos observar que la imagen de la función de transferencia que se obtuvo como datos de
partida, se asemeja a la función de transferencia obtenida con el microscopio.
2.2.3- Determinación de los tiempos de respuesta:
Para calcular el tiempo de respuesta modificaremos la configuración del osciloscopio, a una
señal cuadrada de 5V, a una frecuencia de 100 Hz y con un Offset de 2,5 V.
Input Vi cuadrada:
Medida de los tiempos de subida, bajada y retraso:
Para esto debemos proceder a medir el tiempo de subida [Tr], es decir el tiempo que tarda la
señal de salida de pasar del 10% al 90%, y de igual forma debemos medir el tiempo de bajada
de 90% al 10% [Tf]. También se debe medir los tiempos de retraso, que este tiempo no es mas
que el tiempo que hay entre los momentos en que las tensiones de entrada y de salida se
encuentran a 50%.
Tomando en cuenta la siguiente consideración para calcular los tiempos: para calcular el
tiempo de subida, la pendiente de disparo ha de ser negativa, mientras la pendiente de bajada
debe ser positiva.
Tiempos
Tiempo de subida [Tf]
Tiempo de bajada [Tr]
Retardo de subida [Tdf]
Retardo de bajada [Tdr]
2.2.4- Simulación SPICE.
Código SPICE:
Valor obtenido en [s]
1,08 µ
37 n
28 n
23 n
Gráfica Obtenida:
3.- INVERSOR CMOS.
3.1
Análisis Teórico:
Como datos de partida tenemos:
mA
𝜷n = 𝜷p = 100 2
V
VTN = 2V, VTN =2,5 V
Si consideramos que el MOS P está en región óhmica y el MOS N en saturación:
P: → ISD = 𝜷[(VSG -VT )VSD 𝜷
N: → IDS = (VGS -VT )2
2
VD → Comun
VSD 2
]
2
50(Vi -2)2 = 1002 [(5-Vi -2,5)(5-VD ) (Vi -2)2 = (5-2Vi )(5-VD) - (5-VD)2
𝟐
(5-VD )2
]
2
5-[(2Vi -5) ± √(5-2Vi )2 -4(Vi -2)2 ]
-2
Condiciones:
N → VDS > VGS -VT
VD > Vi -2
0 > Vi -2-VD
81 = 9-4Vi → Vi = -18
N2 = VGS > VT → Vi > 2
Comprobamos la raíz:
9
𝟐
√9-4Vi → 9- 4Vi > 0 → Vi < = 2,25
4
2 < Vi < 2,25
VD =
3.2- Análisis Experimental:
Procedemos a montar el circuito, como podemos observar en el siguiente circuito montado en
la placa protoboard tenemos dos transistores, un NMOS y un CMOS. Procederemos a visualizar
la función de transferencia.
3.2.1- Input VI [CH1] y Output Vo [CH2].
3.2.2- Función de transferencia [XY]
4.- Determinación del tiempo de respuesta de la puerta:
4.1- Señal de entrada Vi Input cuadrada:
4.2- Visualización de un periodo:
4.3- Visualización de los tiempos Tdf y Tr:
Tiempos
Tiempo de subida [Tf]
Tiempo de bajada [Tr]
Retardo de subida [Tdf]
Retardo de bajada [Tdr]
4.4-Grafica obtenida con SPICE:
Valor obtenido en [s]
100 n
30 n
50 n
220 n