Лабораторная_работа206М_150129

1МОП транзисторыЛабораторная работа №206М1.Задание к допускуОзнакомиться с методикой создания проекта и моделирования электронных элементов всистеме проектирования электронных схем OrCAD_10.5.Получить от преподавателя номер набора МОП транзисторов. В папке FRTK\#Gr\NAME\создать проект с именем данной лабораторной работы (см. Методику моделирования).Подключить библиотеку PWRMOS.1.1.Начертить в тетради схемы моделирования вольтамперных характеристик: n-канального M1 (рис1.1,а) и p-канального M2 (рис1.1,б) МОП транзисторов.II211V2M12BSS100/PLPBSS110/PLP1mVdc-1mVdc3V33V1V4M20Vdc0Vdc000000абРис.1.1 Схемы моделирования вольтамперных характеристик МОП транзисторов1.2. Начертить в тетради схему моделирования емкости затворов МОП транзисторов (рис.1.2)R1R2V25Vdc30012BSS100/PLPV1{RD}0V1 = 0V2 = -5VTD = 0TR = 5usTF = 5usPW = 1usPER = 100usV4M2BSS110/PLPV3-5Vdc31I2V1 = 0V2 = 5VTD = 0TR = 5usTF = 5usPW = 1usPER = 100usPARAMETERS:I{RD}M1000абРис.1.2.

Схема моделирования емкости затворов МОП транзисторов1.3.Начертить в тетради схему моделирования переходных процессов полевых транзисторов(рис.1.3)R1R2V220012BSS100/PLPV15Vdc3V1 = 0V2 = 5VTD = 100nsTR = 10nsTF = 10nsPW = 200nsPER = 100us{RD}PARAMETERS:0V1 = 0V2 = -5VTD = 100nsTR = 10nsTF = 10nsPW = 200nsPER = 100usV4M2BSS110/PLPV3-5Vdc31{RD}M1000абРис.1.3.

Схема моделирования переходных процессов МОП транзисторов2.Задание к выполнению работы22.1,n. Составить схему моделирования вольтамперных характеристик n-канального МОПтранзистора (рис.1.1,а).Установить напряжение источника V2 равным +1mV. В режиме DC Sweep получитьзависимость тока стока ID(M1) от напряжения источника V1 в диапазоне от (1…3)V до 5V cшагом 0.01V для трех значений температуры: -40, 27 и 85 градусов. Определить масштабпроводимости вертикальной оси координат. По полученной зависимости определить U0(M1).Перерисовать полученные зависимости проводимости в тетрадь.2.1,p. Составить схему моделирования вольтамперных характеристик p-канального МОПтранзистора (рис.1.1,б).Установить напряжение источника V4 равным -1mV.

В режиме DC Sweep получитьзависимость тока стока -ID(J2) от напряжения источника V3 в диапазоне от -5V до -(1…3)V cшагом 0.01V для трех значений температуры: -40, 27 и 85 градусов. Определить масштабпроводимости вертикальной оси координат. По полученной зависимости определить U0 (M2).Перерисовать полученные зависимости проводимости в тетрадь.2.2,n. Установить напряжение источника V2 равным +5V. Получить зависимость тока стокаID(M1) от напряжения источника V1 в диапазоне от U0 (M1) до 5V с шагом 0.01V для трехзначений температуры: -40, 27 и 85 градусов.Перерисовать полученные зависимости тока в тетрадь.2.2,p.

Установить напряжение источника V4 равным -5V. Получить зависимость тока стокаID(M2) от напряжения источника V3 в диапазоне от -5V до U0 (M2) с шагом 0.01V для трехзначений температуры: -40, 27 и 85 градусов.Перерисовать полученные зависимости тока в тетрадь.2.3,n.1 Получить зависимость тока стока ID(M1) от напряжения источника V2 в диапазоне от0V до +5V c шагом 0.01V с параметрическим изменением напряжения V1 на затворе от U0 до+5V с шагом примерно равным (5V-U0 (M1))/4.Перерисовать полученные зависимости тока в тетрадь.2.3,n.2. Повторить предыдущий пункт задания для трех значений напряжения V1 на затворе: 4.9V, 5V и 5.1V.

Определить по полученным результатам gm(M1), gi(M1), UA(M1) и M(M1) =gm(M1)/ gi(M1).2.3,n.3. Установить напряжение источника V1=+5V и получить зависимость тока стокаID(M1) от напряжения источника V2 в диапазоне от 0V до +5V c шагом 0.01V для трехзначений температуры: -40, 27 и 85 градусов.Перерисовать полученные зависимости тока в тетрадь.2.3,n.4. Перевести задание на моделирование в режим первичного сканирования потемпературе и при V3 =V4=+5V получить зависимость тока стока ID(M1) от температуры вдиапазоне от -50 до +100 с шагом 1 градус.Перерисовать полученную зависимость тока в тетрадь.2.3,p.1. Получить зависимость тока стока ID(M2) от напряжения источника V4 в диапазоне от-5V до 0V c шагом 0.01V с параметрическим изменением напряжения V3 на затворе от -5V доU0 (M2) с шагом примерно равным (5V+U0 (M2))/4.Перерисовать полученные зависимости тока в тетрадь.32.3,p.2.

Повторить предыдущий пункт задания для трех значений напряжения V3 на затворе: -5.1v, -5V и -4.9V. Определить по полученным результатам gm(M2), gi(M2), UA(M2) и M(M2)= gm(M2)/ gi(M2).Перерисовать полученную зависимость тока в тетрадь.2.3,p.3. Установить напряжения источников V3=-5V и получить зависимость тока стокаID(M2) от напряжения источника V4 в диапазоне от -5V до 0V c шагом 0.01V для трехзначений температуры: -40, 27 и 85 градусов.Перерисовать полученные зависимости тока в тетрадь.2.3,p.4. Перевести задание на моделирование в режим первичного сканирования потемпературе и при V3 =V4=-5V получить зависимость тока стока ID(M2) от температуры вдиапазоне от -50 до +100 с шагом 1 градус.Перерисовать полученную зависимость тока в тетрадь.2.4. Составить схему моделирования емкости затворов МОП транзисторов (рис.1.2).Задание на моделирование (Simulations Settings) перевести в режим получения временныхдиаграмм (Time Domain (Transient)), установить Run to Time = 5us, Start saving data after =5ns, Maximum step size = 1ns.

Сопротивления резисторов нагрузки R1, R2 сделать глобальнымпараметром {RD}, с номинальным значением RD = 100.2.4.1. Получить временные диаграммы токов затворов IG(M1), IG(M2) для двух значенийглобального параметра {RD}: 0.1 и 100. Определить масштаб вертикальной оси в единицахпикофарад.Перерисовать полученные временные диаграммы емкостей в тетрадь.2.4.2. При тех же значениях глобального параметра получить временные диаграммынапряжений на стоках UG(M1), UG(M2)Перерисовать полученные временные диаграммы напряжений на стоках в тетрадь.2.5.

Составить схему моделирования переходных процессов МОП транзисторов (рис.1.3).Проведя предварительное моделирование, подобрать для каждого МОП транзисторадлительность (PW) импульса генератора так, чтобы она была соизмерима с длительностямифронтов и спадов напряжений на стоках.Для каждого МОП транзистора установить Run to Time = (2…3)*PW, Start saving dataafter = 0, Maximum step size = 1ns.2.5.1. Получить временные диаграммы токов стоков ID(М1), ID(М2) при трёх значенияхглобального параметра {RD}: 1, 100 и 1k.2.5.2.

Получить временные диаграммы напряжений на стоках ID(М1), ID(М2) приноминальном значении глобального параметра {RD} 100.Перерисовать, полученные, для каждого транзистора временные диаграммы токов стоковID(M1) и ID(M2) и напряжений на стоках UD(M1) и UD(M2) в тетрадь.3.Задание к сдаче работы3.1. Как изменятся результаты моделирования пунктов 2.1,n,p, если поменять знакинапряжений источников V2 и V4 в схемах рис.1.1n,p?3.2. Как зависят результаты моделирования пунктов 2.1,n,p от температуры?3.3.

Порезультатаммоделированияпунктов2.1,n,pпостроитьзависимостидифференциального сопротивления каналов МОР транзисторов от напряжения затвора.3.4. Определить по результатам моделирования п.2.2.n,p. gm(J1,J2), сравнить с полученнымданными в пунктах 2.3,n,p.3.5. пределить по результатам моделирования п.2.3.n,p.1 gko(J1,J2) и gi(J1,J2).3.6. Как зависит gi(J1,J2) в области насыщения от напряжения исток затвор?43.7. Определить по результатам моделирования п.2.3.n,p.1 gko(J1,J2) и gi(J1,J2).3.8. Как зависит от температуры gko(J1,J2)?3.9. Как зависит от температуры gm(J1,J2)?3.10. Как зависит от температуры gi(J1,J2)?3.11. Как зависит от температуры U0 (J1,J2)?Список литературы1.

В.П.Псурцев. Моделирование электронных схем..2. Б.Н. Митяшев. Полупроводниковые приборы: Учебное пособие - М.:изд. МФТИ,1978.3. А.С. Терентьев. Характеристики полевых транзисторов. - М.:изд. МФТИ, 1980.4.Приложение 1Наборы МОП транзисторов№n-канальныеp-канальныенабора1IRF120IRF91302IRF121IRF91313IRF122IRF91324IRF123IRF91335IRF130IRF91406IRF131IRF91417IRF132IRF91428IRF133IRF91439IRF331IRF923010IRF332IRF923111IRF333IRF923212IRFF120IRF953013IRFF121IRF953114IRFF122IRF953215IRFF123IRF9533.