Dipartimento di Matematica & Fisica
Corso di Laurea in Fisica
Esperimentazioni di Fisica III a.a. 2016-2017
Settima Esperienza
Il MOS come interruttore e come amplificatore
Eseguita in data ………………………….
STUDENTE:…………………………………………………………………………………………………………………………………………….
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Per l’esperienza si utilizzeranno:
MOS IRFZ44NPbF
Resistenze da: 10 kΩ (due), 470 Ω
Condensatori: 470 nF; 10 nF 100 nF da inserire tra alimentazione e massa
alimentatore a tre uscite
(delle tre uscite verranno utilizzate l’uscita a 6 V e quella positiva a 20 V)
generatore di funzioni
oscilloscopio a doppia traccia
breadboard
cavetti test point
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Esercitazione di Laboratorio: il MOS come interruttore e come amplificatore
MOS COME INTERRUTTORE (DETERMINAZIONE DELLA TENSIONE DI SOGLIA)
Se un “generico” segnale” è applicato al drain di un MOS, esso può essere trasferito al source sfruttando
la tensione sul gate come terminale di controllo. Perché ciò avvenga, deve esistere un contatto elettrico,
tra drain e source; cioè che vi sia il canale conduttivo sotto l’ossido di gate. Un MOS usato in questo
modo è denominato Pass-Transistor.
Consideriamo il transistor NMOS illustrato nella Figura sottostante. Quando la tensione di controllo
(tensione di gate) è “alta” (vGS > VTN ) il canale mette in comunicazione il terminale di input (in questo
caso il drain) con il terminale di output (nel nostro esempio il source). Se vGS > VTN , il segnale presente
in ingresso si trasferisce sull’uscita.
Al contrario, se il segnale di controllo è basso ( vGS < VTN ) il canale non è formato e il trasferimento non
ha luogo; il drain è “isolato” dal source.
NMOS usato come pass-transistor
Supponiamo, adesso, che la capacità CL si trovi, inizialmente, scarica VCL = 0. Se vogliamo caricarla
dovremo inserire una tensione vIN = VD sul drain e una tensione VG > VTN (tensione di gate maggiore
della tensione di soglia). In questa condizione operativa, sul source troveremo la tensione VS = VG −VTN .
Montando su Breadboard il circuito illustrato sopra, si veda figura seguente, abbiamo la possibilità di
determinare la tensione di soglia del MOS. Per il MOS utilizzato in questa esperienza, dovrebbe essere
dell’ordine di 23 volt.
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Tramite l’alimentatore ELIND (mod. 6TD20) o Helwett Packard mod. E3630A fornire al gate una tensione
di 6 V (utilizzando l’uscita a 6 V). Con lo stesso alimentatore fornire al drain una tensione 020 V.
Cambiando la tensione presente sul drain si noterà che ai capi del condensatore (sul source) vi sarà la
tensione di drain fin tanto che non si raggiunge il valore VS = VG −VTN . Raggiunto tale valore, la tensione
di source rimarrà costante. In questa condizione, misurando la tensione di gate e quella di source, vi è la
possibilità di determinare la tensione di soglia del transistor (VTN = VG − VS) .
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Determinata la tensione di soglia, è possibile verificare il funzionamento come “interruttore” del MOS.
Ponendo sul drain una tensione di 1020 V, si potrà verificare che sul source la tensione sarà
(praticamente) nulla fin tanto che sul gate non si raggiungerà la tensione di soglia.
MOS COME AMPLIFICATORE
L’esperienza consiste nel realizzare un “semplicissimo” amplificatore a source comune.
Un amplificatore si dice a source comune quando il source è comune sia all'ingresso sia all'uscita
dell’amplificatore. Nella nostra esperienza, la configurazione a source comune la realizzeremo
collegando il source a massa. Il circuito illustrato nella figura seguente è l’amplificatore a source comune
su cui faremo l’esperienza. Il condensatore d’ingresso C IN ha il compito di applicare il segnale d’ingresso
sul gate del MOS, bloccando la componente continua; un eventuale collegamento diretto del generatore
di segnale cambierebbe la polarizzazione del MOS. Analogamente il condensatore COUT trasferisce il
segnale dall'uscita dell'amplificatore all’utilizzatore bloccando la componente continua (anche in questo
caso, il condensatore impedisce che l’utilizzatore modifichi il punto di lavoro del MOS).
Nella configurazione a emettitore comune il segnale di uscita è sfasato di 180° rispetto al segnale
d’ingresso.
Per la nostra esperienza, il circuito presentato nella figura precedente (senza il condensatore COUT )
verrà montato sulla breadboard. Il condensatore COUT è “inglobato” nell’oscilloscopio se esso viene
accoppiato in AC; nell’eventualità che l’oscilloscopio venga accoppiato in DC, il condensatore COUT è
indispensabile.
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Per la tensione VDD utilizzare l’uscita 0 +20 V (selezionandola a circa 7 Volt) dell’alimentatore ELIND
(mod. 6TD20) o Helwett Packard mod. E3630A.
Attenzione: la tensione di alimentazione è critica. Montato il circuito, prima di collegare il generatore di
funzioni, verificare che la tensione sul drain sia “circa” la metà di quella dell’alimentatore. In caso
contrario, modificare la tensione di alimentazione in modo da ottenere “circa” VD = VDD /2.
RISPOSTA IN FREQUENZA DELL’AMPLIFICATORE
Nell’ultima parte dell’esperienza si verificherà la risposta in frequenza dell’amplificatore.
Si dovrà tracciare il grafico amplificazione vs. frequenza; determinando la frequenza di taglio inferiore e
la frequenza di taglio superiore (-3 dB rispetto alla zona piatta – cioè dal massimo dell’amplificazione).
Il risultato dovrebbe essere del tipo mostrato in figura (anche se il guadagno e le frequenze di taglio
saranno certamente differenti).
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