Wie funktioniert ein MOSFET?
Werbung
HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren Hardware Praktikum 2008 Prof. Dr. H.-J. Wunderlich Dipl.-Inf. M. Imhof Dipl.-Inf. S. Holst Agenda Organisatorisches Wie funktioniert ein MOSFET? Was man mit MOSFETs anstellen kann Die Bauteile für V3 und V4 Was man mit MOSFETs nicht machen sollte HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 2 Rechner-Zugänge Sollte ihr Account nicht mehr funktionieren - … wurde das Passwort nicht geändert - … oder das neue Passwort war nicht sicher Wenden Sie sich in diesem Fall an Ihren Tutor Fragen zur Organisation? HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 3 Agenda Organisatorisches Wie funktioniert ein MOSFET? Was man mit MOSFETs anstellen kann Die Bauteile für V3 und V4 Was man mit MOSFETs nicht machen sollte HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 4 MOSFETs Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor Das Bauteil hat 4 Anschlüsse: - Source: Quelle der Ladungsträger - Drain: “Abfluss” - Gate: Steuerung - Bulk: Substrat N-FET Hier: - N-Kanal und P-Kanal - Selbstsperrend (Anreicherungstyp) - Bulk ist mit Source verbunden P-FET S N-FET D G G D HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren S 5 Verhalten von MOSFETs Die Aufladung des Kondensators zwischen Gate und Source über Uth schaltet den Transistor durch N-FET P-FET UGS D S G G UGS S D Fragen: - Wie gut leitet der Transistor bei gegebenen UGS? - Wie ist das Verhältnis zwischen Strom ID und Spannung UDS HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 6 Kennlinien von N-FETs Ausgangskennlinie UGS konstant Steuerkennlinie UDS konstant ID ID UDS Ut h HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren UGS 7 Kennlinienaufnahme 1. Multimeter: Permanent an UL ( ID messen) 2. Multimeter: UGS oder UDS RL U UL D G UGS U UB U UDS S HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 8 Agenda Organisatorisches Wie funktioniert ein MOSFET? Was man mit MOSFETs anstellen kann Die Bauteile für V3 und V4 Was man mit MOSFETs nicht machen sollte HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 9 Der CMOS-Inverter Bekanntlich die einfachste CMOS-Schaltung Breite Anwendung: - Invertiert logische Werte - Verstärkt elektrische Signale http://www.nanohub.org/courses/nanoscale_transistors HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 10 Spaß (und Ernst) mit InverterKetten HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 11 Komische Signale am Eingang Ab wann gibt es wieder vernünftige logische Pegel? ? ? ? ? ? Anwendungen: - Zuverlässigkeit (Auswirkungen von Teilchen-Einschlägen) - Diagnose (Wie sieht ein Defekt in der Logik-Domäne aus?) HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 12 Rückkopplung Diese Schaltung hat 2 stabile Zustände Anwendung: - Keeper zur Signalverstärkung - Gleiches Prinzip in 6T-SRAM-Zellen HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 13 Rückkopplung 2.0 Diese Schaltung ist ein Oszillator Anwendung: Messung von Prozess-Variationen HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 14 Messungen am NOR-Gatter Max. Verzögerungszeit - Unter welcher Bedingung ist die Verzögerung maximal? A B Q Stromverbrauch - Beachten: Gemeinsame Masse von Spannungsquelle und Oszilloskop A HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren B 15 Beyond CMOS A B Q A B HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 16 Agenda Organisatorisches Wie funktioniert ein MOSFET? Was man mit MOSFETs anstellen kann Die Bauteile für V3 und V4 Was man mit MOSFETs nicht machen sollte HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 17 Eingabeplatine Spannungsversorgung: 5V Zeigt logische Pegel an (LEDs) Erzeugt logische Pegel (DIP-Schalter) HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 18 Logikbausteine Im HaPra werden TTL-ICs eingesetzt TTL: Transistor-Transistor-Logik - Robuster gegenüber elektrostatischer Entladungen als die CMOS-Versionen Typ Funktion SN7400N 4 NAND-Gatter SN7402N 4 NOR-Gatter SN7404N 6 Inverter SN7408N 4 AND-Gatter SN7432N 4 OR-Gatter SN7486N 4 XOR-Gatter HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 19 SN7400N 4 unabhängige NAND-Gatter mit je 2 Eingängen HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 20 SN7402N 4 unabhängige NOR-Gatter mit je 2 Eingängen HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 21 SN7404N 6 unabhängige Inverter HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 22 SN7408N 4 unabhängige AND-Gatter mit je 2 Eingängen HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 23 SN7432N 4 unabhängige OR-Gatter mit je 2 Eingängen HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 24 SN7486N 4 unabhängige XOR-Gatter mit je 2 Eingängen ? HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 25 Die HaPra-MOSFETs P-Kanal: ZVP3306A N-Kanal: ZVN3306A Datenblätter und Spice Modelle: - http://www.zetex.de Drain Gate HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren Source 26 Datenblatt ZVN3306A HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 27 Datenblatt ZVN3306A HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 28 Datenblatt ZVP3306A HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 29 Datenblatt ZVP3306A HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 30 Die wichtigsten Unterschiede ZVN3306A ZVP3306A Typ: N-Kanal Typ: P-Kanal Max. UDS: 60 V Max. UDS: -60 V Max. ID: 270 mA Max. ID: -160 mA RDS(on): 5 Ohm RDS(on): 14 Ohm UGS(th): 0.8 V … 2.4 V UGS(th): -1.5 V … -3.5 V HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 31 Vertical DMOS FET Vertikaler Aufbau Source ist auch mit P+ verbunden (Bulk) - Verhindert parasitären NPN-Transistor Viele dieser Zellen werden parallel geschaltet - By: Cyril Buttay Ermöglicht Drain-Ströme von bis zu mehreren 100 Ampere HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 32 Vertical DMOS FET Vertikaler Aufbau Source ist auch mit P+ verbunden (Bulk) - Verhindert parasitären NPN-Transistor Viele dieser Zellen werden parallel geschaltet - By: Cyril Buttay Ermöglicht Drain-Ströme von bis zu mehreren 100 Ampere HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 33 Praktische Hinweise Arbeitsteilung: - 1 Person Versuch aufbauen / durchführen - 1 Person Protokoll vorbereiten / ausfüllen Transistor nicht überlasten! - Aufbau exakt nach Vorgabe (Mess- und Schutzwiderstand) - Polung beachten - Strom begrenzen - Temperatur fühlen (vorsichtig) G S ZVP 3306A D D ZVN 3306A S Ein defekter Transistor lässt sich kaum erkennen - Er verhält sich nur “komisch” HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 34 Agenda Organisatorisches Wie funktioniert ein MOSFET? Was man mit MOSFETs anstellen kann Die Bauteile für V3 und V4 Was man mit MOSFETs nicht machen sollte HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 35 Was passiert bei Überlast? Versuch: - Anlegen einer Spannungsquelle an UDS - Langsames heraufregeln von UGS ID(max)=2A UDS=40V UGS=0…5V Welcher Parameter ist zu hoch? Wo ist die Schwachstelle? Was ist zu erwarten? HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 36 Viel Spass mit den Dreibeinern! HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 37
