Compte-rendu du TP sur le MOS analogique I .Caractéristiques du

Salmon Olivier
Draibina Khalil (rédacteur)
ISTASE 1 – TD5
Compte-rendu du T.P sur le MOS analogique
I .Caractéristiques du transistor NMOS :
Après simulation, on obtient les courbes suivantes :
- Id=f(Vds) :
1.0mA
0.5mA
0A
0V
1.0V
2.0V
3.0V
4.0V
5.0V
3.0V
4.0V
5.0V
ID(M1)
VDS
- Id=f(Vgs) :
2.0mA
1.0mA
0A
0V
1.0V
2.0V
ID(M1)
VGSn
A partir de cette courbe on peut calculer le coefficient gm, en traçant la tangente au point
Vgs=2.5V, puis en calculant son coefficient directeur. On obtient donc le coefficient gm qui
vaut : 0.36mA/V.
II. Amplificateur NMOS
II.1 Caractéristique de transfert « grand signal »
a) A l’aide de l’oscilloscope on relève Vs=f(Ve) :
b) Pour réaliser un amplificateur, il faudra polariser le transistor dans la zone pincée.
c) Après simulation, on obtient les courbes suivantes pour Ve et Vs :
6.0V
4.0V
2.0V
0V
0s
1ms
2 ms
V(GR ILLE )
V(DR AIN)
3m s
4ms
5m s
Tim e
6ms
7m s
8ms
9m s
10 ms
5.0V
2.5V
0V
0V
1.0V
2.0V
3.0V
4.0V
5.0V
V(Drain)
V3
Avec la simulation on retrouve bien la région de blocage, la région de pincement, et la région
ohmique. Donc la courbe expérimentale obtenue précédemment Vs=f(Ve) est en accord avec la
courbe obtenue par simulation.
II.2 Utilisation en amplification « petit signal »
a) On applique un pont diviseur de tension aux bornes de R2,car le courant qui entre dans la grille
est très faible :
VR 2 =
R2
R2
* Vdd ⇔ 2.5 =
* 5 ⇔ R 2 = 100 K
R 2 + R1
R 2 + 100 K
b) En utilisant un potentiomètre pour R2, on trouve : R2=92.3k et VDS0=2.5V.
Ces mesures sont cohérentes avec les valeurs théoriques.
c) Pour Ve = 0,8V, on a Vs=3,32V ce qui correspond à une amplification de 4,15.
La valeur mesurée est sensiblement différente de la valeur théorique, elle est donc acceptable.
Théoriquement on a :
Ve=Vgs
Vs=-R.gm.Vgs=-R.gm.Ve
Vs/Ve=- R.gm= - 0.4*10^-3 * 10*10^3= -4
d’où :
On a donc une amplification en tension a vide de 4.
d) Pour une tension de 100mV on a un taux de distorsion thd =4%
Pour une tension de 282mV on a un taux de distorsion thd =2%
e)
1.0V
0V
-1.0V
0s
V(Entree)
100us
V(Sortie)
200us
300us
400us
500us
Time
Amplification en tension a vide :
Pour Ve=0,2V ,on a Vs= -0,8V.
d’où Vs/Ve=-4.
Donc l’amplification en tension à vide vaut 4,c’est la même valeur obtenue théoriquement .
Résistance d’entrée :
La résistance d’entrée est égale à R1//R2=( R1*R2)/( R1+R2)
Résistance de sortie :
En annulant toutes les sources indépendantes, c'
est-à-dire la tension Ve , la tension Vgs =Ve
On en déduit que Rs=R.
III. Amplificateur CMOS
a)On ajuste VP pour obtenir la même tension VDS0 que dans le montage précédent.
b) Expérimentalement, nous trouvons pour Ve 229mV et pour Vs 3.87V. Cela correspond à
une amplification de 17.
L’amplification en tension à vide du montage CMOS est beaucoup plus élevée que dans le
cas de l’amplificateur NMOS.
c)
1
4.0V
2
40mV
20mV
3.0V
0V
2.0V
-20mV
1.0V
>>
-40mV
0s
1
0.2ms
V(DRAIN)
2
0.4ms
0.6ms
V(GRILLE)
0.8ms
1.0ms
1.2ms
1.4ms
1.6ms
Time
On a Ve=40mV et Vs=1.12V, ce qui correspond à une amplification égale à 28
Donc RDSon = Av / gm = 28/(0.36*10^-3)=78
1.8ms
2.0ms
IV. Commutateur CMOS
Commutateur unipolaire
Vgn=5V :
Lorsque Ve est négative, le transistor est passant et Vs=Ve
Lorsque Ve est Positive, le transistor est bloqué donc il ne conduit plus.
Ce circuit utilisant un seul transistor NMOS permet de commuter uniquement des tensions
unipolaires négatives.
Vgn=-5V :
On a toujours Vs=0V , donc le transistor MOS est bloqué.
Lorsqu’on remplace R par une résistance de 220 , on visualise à l’oscilloscope :
On a un pont diviseur de tension :
Vs/Ve= R/(R+Rc)
Et on a : Vs = -0.987mV et Ve = -2.7V
D’où Rc = 381.8
Commutateur bipolaire
L’utilisation de deux transistors complémentaires apporte l’amélioration suivante :
On a vu dans la question précédente que pour un NMOS Vs = Ve que pour Ve<0.
Pour un PMOS on a Vs = Ve pour Ve>0.Quand on associe un PMOS et un NMOS la tension
source du PMOS et du NMOS s’ajoutent et on trouve Vs = Ve pour toutes valeurs de Ve.