Le transistor MOS en mode commuté et l`interface numérique à

École Polytechnique de Montréal 1
ELE2302 - Circuits électroniques
Département de Génie Electrique
Hiver 2012
Titre
Le transistor MOS en mode commuté et
l’interface numérique à analogique
Chargé de laboratoire
Nom Mohammed Mekideche
Bureau L5661
Téléphone [phone] – 7539
Courriel [email protected]
Disponibilité Sur rendez-vous, ou avant la séance de laboratoire
Date de la séance Horaire et salle Date de remise
Chute M-5405
29 Février 2012 (Gr. 2)
14 Mars 2012 (Gr. 1)
13h45-16h35
L5656
20 Mars 2012
27 Mars 2012
Laboratoire 4

École Polytechnique de Montréal 2
1. Note
La préparation du laboratoire et les simulations sont à effectuer avant la séance de laboratoire.
La feuille de préparation personnelle en page 8 ainsi que les résultats de simulation doivent
être remis avec votre rapport de laboratoire.
2. Objectifs
Ce laboratoire a pour but de vous familiariser, de façon générale, avec le fonctionnement du
transistor à grille isolée (MOS) en mode commuté ainsi qu’à l’utilisation simple de transistors
bipolaires.
À la fin de cette manipulation l’étudiant sera en mesure de :
- comprendre l’utilisation du transistor MOS comme commutateur de courant,
- appréhender l’usage du transistor bipolaire comme source de courant simple,
- mesurer les temps de propagation et de transition de portes logiques,
- comprendre les principes et les limites des convertisseurs numériques à analogiques.
3. Mandat
Étudier, réaliser et tester le fonctionnement d’un inverseur logique et d’un convertisseur
numérique- analogique construits à l’aide de transistors à effet de champ (VN2222LL).
4. Travail préparatoire (à faire avant de venir au laboratoire) (5pts)
1. Répondre, sur la feuille de préparation, aux questions de la page 4.
2. Simuler le circuit de la figure 1 qui représente un inverseur logique. Tracer la tension de
sortie Vout en fonction de Vin. Identifier les temps de montée tm, de descente td, de
propagation «high to low» tPHL et de propagation «low to high» tPLH (voir annexe pour les
définitions). On vous laisse le soin de décider et de justifier la valeur de la tension
d’alimentation Vin (note : si dans votre librairie vous n’avez pas le composant VN2222LL
le remplacer par le AO6408 ou IRF150 et ce pour les besoins de la simulation). Identifier
la fréquence maximum de fonctionnement de l’inverseur ?

École Polytechnique de Montréal 3
5. Travail à effectuer au niveau du laboratoire (15pts)
1. Monter le circuit de la figure 1. Lui appliquer une tension carrée d’amplitude oscillant
entre 0 et 10V à une fréquence que vous choisirez assez basse de façon à ce que chaque
transitoire se termine bien avant la suivante. Mesurer et noter avec soin et précision les
temps de propagation tPLH, tPHL, ainsi que les temps de montée tm et de descente td (voir
l’annexe pour les définitions).
2. Pour cette question, il faut considérer le transistor bipolaire T1, comme une boîte noire
ayant trois nœuds identifiés par B, C, et E (voir l’annexe pour savoir comment repérer les
trois nœuds). Montez le circuit de la figure 2 qui représente la source de courant
constituée par le transistor bipolaire (2N3906) T1, en veillant à bien choisir la valeur de la
résistance RE de façon à assurer un courant Ic proche de 10mA. Vérifier la valeur réelle
de ce courant et l’ajuster au besoin en agissant sur la résistance RE en conséquence.
3. Tester la source de courant ainsi réalisée par la mesure du courant fourni à diverses
résistances reliées à la masse (joindre le tableau des mesures au rapport). Noter la plus
grande valeur de résistance pouvant être utilisée sans que la valeur du courant fourni Ic
ne varie de plus de 5%. Tracer un graphique illustrant la relation entre la tension Vc
mesurée au nœud C du transistor et le courant de sortie Ic.
4. Monter le circuit de la figure 4 qui représente un convertisseur numérique analogique.
Tracer la tension de sortie Vout en fonction du niveau de la tension Vx. Un bit est
considéré comme vrai, ou bien 1, si la tension appliquée est inférieure à 0.5V, et faux, ou
bien 0, si la tension appliquée est supérieure à 10V. Pour cette étape prendre RE=220Ω,
R=100Ω, RG1=1MΩ, RG2=2MΩ, V1=15V et V2=12V. Par contre pour la matérialisation
des sources de tension aux niveaux des entrées Vx, on en laisse le soin à votre
imagination.
5. Relever la valeur de Vout pour chacune des deux états possibles de Vx,. Présenter ces
résultats sur un tableau.
6. Contenu du rapport
Introduction : Décrivez le sujet de ce laboratoire (une demi-page de texte différent de
l’énoncé).
Analyse des circuits : Donner les schémas des circuits utilisés et détailler les étapes de calcul
des valeurs des composants réellement utilisés.
Résultats et discussion : Décrivez les tests réalisés pour vérifier la conformité de votre circuit
au mandat. Donner les valeurs mesurées ainsi que les graphiques pertinents. Commentez les
résultats de mesure obtenus, les comparer aux résultats de la simulation. Noter les différences

École Polytechnique de Montréal 4
et donner les raisons qui, à votre avis, expliqueraient les écarts entre la théorie et la pratique.
Identifiez les principales erreurs.
Note : il faut respecter la date limite de remise des rapports (-1pt/jour de retard)
7. Questions (à répondre sur la feuille de préparation)
Q1 : En vous référant aux spécifications du transistor VN2222LL (voir la page web :
http://www.cours.polymtl.ca/ele2302/pages/labo.php), calculer les valeurs typiques de la
constante k=kn=µn•Cox•W/L et de la tension seuil Vt du transistor utilisé (indication : utiliser les
courbe ID-VDS ou ID-VGS).
Q2 : En vous référant au circuit de l’inverseur logique de la figure 1, et en utilisant les constantes
trouvées à la question précédente, donnez la plus petite valeur Vin qui garantisse une tension Vout<
1V. Donnez la plus grande tension Vin qui garantisse une tension Vout>10V (indication : il faut
trouver le courant de drain permettant de satisfaire la condition exprimée).
Q3 : En vous référant au circuit de la figure 3 qui représente un commutateur de courant et
compte tenu des valeurs typiques de k et Vt du transistor VN2222LL et des valeurs suivantes
RG1=1 MΩ, RG2=2 MΩ, RL = 100 Ω, et IC = 10 mA :
2.1 Pour Vin = 12 V, quelle est la valeur de la tension appliquée au niveau de la grille ?
2.2 Quelle sera la tension de drain dans le pire des cas (i.e. tout ou presque tout le courant
traverse le transistor) ?
2..3 Dans ces conditions quelle sera alors la valeur du courant traversant la diode (on suppose
que pour la diode, on a : 1) région directe : nVt =50 mV et Is = 10-14 A, et 2) région inverse : Is =
10-9 A) :
a) Si on force Vout = 0 V
b) Si on force Vout = 5 V
Q4 : Reprendre la question Q2 avec Vin = 0.5 V.
Q5 : Si on admet que les courants calculés en Q2 et Q3 représentent une erreur par rapport au cas
idéal et sachant que la limite d’erreur acceptable pour un convertisseur numérique à analogique à
n bits est fixée à 2–(n+1) à combien de bits ceci limite-t-il la résolution d’un convertisseur utilisant
ces commutateurs avec une source de courant de 10 mA ?
Q6 : Considérez le schéma de la figure 4. En supposant que le transistor T1 fonctionne comme
une source de courant qui délivre un courant Ic de 10 mA (voir le circuit de la figure 3) et que R =
100 Ω, trouver l’équation exprimant la tension de sortie Vout en fonction de l’état (on = 0, off = 1)
du transistor M1.

École Polytechnique de Montréal 5
Fig. 1 : Inverseur logique.
Fig. 2 : Source de courant.