TÉCNICAS DE INTEGRACIÓN LABORATORIO No. 3

TEMA: Montaje de inversores NMOS y CMOS, midiendo las características resultantes. Montaje y observación de osciladores de anillo. Material a utilizar Resistencias: 1 kΩ, 3.3 kΩ , 4.7 kΩ, 10 kΩ, 47 kΩ, 100 kΩ, 10 MΩ. Condensadores: 10 pF, 100 pF, 1 nF, 10 nF, 47 nF.

Circuitos integrados: CMOS 4007, 4070; diagramas básicos en la figura de abajo (N.B.: Vdd - 14, Vss - 7):

En el circuito integrado CD4007: Todos los sustratos (N) de los transistores canal P están unidos al terminal 14 (Vdd) Todos los sustratos (P) de los transistores canal N están unidos al terminal 7 (Vss) Referencias [Sedra] A.S.Sedra, K.C.Smith, Microelectronic Circuits, 3rd ed., Sanders Publishing, 1994. [Gray] P.R. Gray, R.G.Meyer, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, 2nd ed., Wiley, 1984. [RCA] RCA Corp., COS/MOS Integrated Circuits Manual, 1971.

Notas diversas

1 – Todas los montajes serán alimentados a 0/5V; las tensiones de entrada estarán dentro de esta misma gama.

2 – Para hacer (visualizar en modo X-Y, el osciloscopio) variaciones DC, puede emplear una onda triangular de baja frecuencia (<1kHz.). Verificar los niveles DC de la onda antes de aplicarla.

1 - Medidas de características DC de inversores NMOS

(1-a) Inversor NMOS (1-b) Características Vo (Vi) de inversor (1-c) Características del transistor

Monte el circuito de la figura 1-a, usando un valor de R entre 1 kΩ y 10 kΩ.

Obtenga una característica DC VO(VI), del tipo de las ilustradas en la figura 1-b; aplique VI entre 0 y 5 V, con puntos para cada 0.5 V de entrada, como mínimo. Determine el valor de limite de entrada (VI = VGS = Vt) para el cual o transistor conduzca.

Note que VI = VGS, VO = VDS, ID = (VDD – VDS)/R, marque los puntos medidos en el gráfico de características ID (VDS) del transistor N, como se ilustra en la figura 1-c. Usando el valor de Vt medido y trabajando con las ecuaciones del modelo del transistor MOS , extrapole el valor de K que produzca las líneas que mejor se adaptan a los puntos obtenidos:

Id = K (Vgs – Vt)2 (zona de saturación, Vds > Vgs – Vt)

Id = K [2(Vgs-Vt)Vds – Vds2] (zona lineal, 0 < Vgs – Vt < Vds)

Realice las mediciones de velocidad de respuesta para el inversor NMOS.

2 – Medidas de velocidad de respuesta de un inversor CMOS

(2) Inversor CMOS con carga capacitiva

Realice el montaje de un inversor CMOS, con un condensador de carga CL = 47 nF entre la salida y tierra, como se ilustra en la figura 2. Aplique una onda cuadrada a la entrada y observe la salida. Aumente a frecuencia de la onda hasta que sea visible la limitación de velocidad de respuesta de la salida. (carga/descarga RC).

Mida las formas de onda. Estas corresponden aproximadamente a la carga/descarga exponencial de condensador, con constante de tempo τ = RC.CL, en la que RC es la resistencia del canal del transistor en conducción. Deduzca los valores de τ y de RC para cada transistor. (Verifique que RC es consistente con los valores de los parámetros obtenidos).

3 – Montaje y medición de un Schmitt trigger

(3) "Schmitt trigger"

Monte el "Schmitt trigger" de la figura 3 (R1 = 10 kΩ, R2 = 47 kΩ); observe y mida la respuesta a una onda de entrada triangular. Verifique los valores de histéresis medidos contra valores calculados teóricamente para las resistencias usadas.

4 – Montaje y observación de osciladores

4.a. Oscilador en Anillo

4.b. (VCO) Oscilador controlado por tensión

Monte los osciladores de las figuras 4.a. y 4.b.

Fig. 4-b (VCO): R1 = 10 kΩ, RS = 100 kΩ, CX = 1 nF

Observe y mida la frecuencia de oscilación del oscilador en anillo. Para este caso , procure deducir el tiempo de atraso de un inversor. [Nota: atención con las capacidades de las puntas de prueba – usar puntas compensadas]. Obtenga la característica (tensión-frecuencia) del VCO.