Laboratorio di Elettronica T
Esperienza 3 – Gate CMOS
Postazione N°
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Matricola
Montaggio del circuito
Servendosi del data sheet del circuito integrato CD4011B collegate gli ingressi di tutti i gate NAND come
illustrato in Fig. 1.
Collegate:
il pin VDD (14) del CD4011 alla boccola BLU
il pin VSS (7) del CD4011 alla boccola NERA
Collegate gli strumenti come segue (Out è l’ uscita y di uno dei 4 NAND):
Predisposizione strumenti
Regolate le tensioni di uscita dell' alimentatore a VDD= +5V.
Impostate il multimetro in misura corrente continua. Prima di collegare lo strumento al circuito annotate la
corrente di offset che sottrarrete dalle successive misure in corrente.
Collegate il canale 2 dell’ oscilloscopio all’ uscita di uno del 4 gate NAND
1 - Analisi della funzionalità logica
Collegate gli ingressi a e b del NAND la cui uscita y è collegata all’ oscilloscopio a VDD o a massa come
illustrato nella tabella e registrare le corrispondenti tensioni di uscita e correnti di alimentazione. In
corrispondenza dei diversi stati degli ingressi il gate produrrà sull’ uscita il valore di tensione corrispondente
al valore logico del risultato dell’ operazione.
Va
Vb
VDD
VDD
0V
VDD
VDD
0V
0V
0V
Vy (V)
IDD (A)
Inserite la schermata attuale : premete ALT-F8 + “inserisci schermata”
2 - Misura della soglia (1) e della corrente di penetrazione
Applicate ora allo stesso gate usato al punto precedente le tre combinazioni di tensioni di ingresso indicate
nella Fig. 2.
Con i collegamenti illustrati in Fig. 2, l’ uscita del gate CMOS si fissa sulla soglia.
Misurate la tensione di soglia, cioè la tensione al nodo y, e la corrente di alimentazione IDD nelle diverse
configurazioni.
a
b
VTH (V)
IDD (A)
Inserite la schermata attuale : premete ALT-F8 + “inserisci schermata”
c
3 - Misura della soglia (2)
Rimuovete la capacità da 22nF.
Collegare il gate come segue:
Modificate i collegamenti con gli strumenti come segue:
Al fine di annullare l’ errore dovuto ai ritardi di propagazione e minimizzare le capacità parassite, utilizzate
cavi corti di uguale lunghezza per il collegamento all’ oscilloscopio.
Predisponete il generatore di funzione in modo che all’ ingresso del circuito sia imposto un segnale dalle
seguenti caratteristiche: :
Livello alto 5V
Livello basso 0V
Genera onda triangolare frequenza 1 KHz simmetria 50%
N.B. la linea dal FG al circuito non è terminata: predisporre di conseguenza il FG.
Con i cursori, misurate la soglia di scatto del gate come punto di incrocio fra la forma d’ onda in ingresso e
quella di uscita.
VTH (salita)
VTH (discesa)
Inserite la schermata attuale : premete ALT-F8 + “inserisci schermata”
4 - Ritardo di propagazione (1)
Predisponete il generatore di funzione in modo che all’ ingresso del circuito sia imposto un segnale dalle
seguenti caratteristiche: :
Livello alto 5V
Livello basso 0V
Genera onda quadra frequenza 1 KHz simmetria 50%
Misurate il ritardo fra il fronte applicato all’ ingresso del gate ed il conseguente fronte di commutazione dell’
uscita per le due commutazioni HL e LH. Utilizzate come soglia logica il valore misurato al puto 2.
Inserite la schermata relativa alla misura di tPLH: premete ALT-F8 + “inserisci schermata”
Inserite la schermata relativa alla misura di tPHL: premete ALT-F8 + “inserisci schermata”
Riportate i valori misurati nella seguente tabella
tPLH
tPHL
Confrontate il valore massimo misurato (caso peggiore) con la curva riportata sul data sheet.
A quale valore di capacità di carico CL corrispondono i valori ottenuti nell’ ipotesi che il dispositivo si
comporti in maniera tipica?
CL
5 - Ritardo di propagazione (2)
Modificare i collegamenti come indicato in Fig. 5.
Collegare il nodo OUT al canale 1 dell’ oscilloscopio e misurate la frequenza di oscillazione del ring
oscillator. Calcolate quindi il tempo di propagazione medio come tp=1/(2·f·N), dove N=3
f OUT
tP
Inserite la schermata attuale : premete ALT-F8 + “inserisci schermata”
Smontate il circuito e riponete i componenti nella busta .
