Circuite cu porti de transfer cmos

CIRCUITE CU PORTI DE TRANSFER CMOS

I. OBIECTIVE

a)    Intelegerea functionarii portii de transfer.

b)   Determinarea rezistentelor portii in starea de blocare, respectiv de conductie.

c)    Intelegerea modului de folosire a portilor de transfer la realizarea unui amplificator cu reglaj digital al amplificarii si la realizarea unui integrator pasiv cu retea de capacitati comandate digital.

III. COMPONENTE SI APARATURA

In acesta lucrare se foloseste montajul experimental prezentat in Fig. 8.6. Folosim circuitul integrat MMC 4066 care contine 4 porti de tranfer CMOS. %n Fig. 1. este prezentata semnificatia pinilor circuitului MMC 4066. In Fig. 2. a) este reprezentata schema interna a unei porti de transfer bidirectionala, iar in Fig. 2.b) simbolul portii de transfer. Pentru circuitul integrat bA741 (amplificator operational) semnificatia terminalelor este prezentata in lucrarea Comparatoare de tensiune cu AO.

V_DD, V_SS : tensiunile de alimentare pozitiva, respectiv negativa

A,A; B,B ; C,C ; D,D : intrare/iesire, respectiv iesire/intrare pentru portile de transfer A, B, C, respectiv D

V_CA, V_CB, V_CC, V_CD   : tensiunile de comanda a celor 4 porti de transfer

Fig. 1. MMC 4066 - semnificatia terminalelor

Pentru alimentarea circuitului avem nevoie de o sursa dubla de tensiune stabilizata. Deoarece aplicam si masuram tensiuni variabile avem nevoie de un generator de semnal, de un osciloscop catodic cu doua canale si de un voltmetru de c.a.

II. SUPORT TEORETIC

Experimentele se bazeaza in principiu pe sectiunea "Comutatoare analogice CMOS" din cursul de "Dispozitive electronice". Se pot consulta si lucrarile:

1. Oltean, G., Dispozitive si circuite electronice. Dispozitive electronice, Risoprint, Cluj-Napoca, ISBN 973-656-433-9, 316 pag, 2003, retiparita in 2004

2. https://www.bel.utcluj.ro/rom/dce/goltean/de/de.htm 

3. Miron, C., Introducere in circuitele electronice, Ed. Dacia, Cluj-Napoca, 1983.

4. Ardelean, I., s.a., Circuite integrate CMOS, Manual de utilizare, Editura tehnica, Bucuresti, 1986

IV. EXERCITII PREGATITOARE

P1. Poarta de transfer CMOS

P1.1. Conductia si blocarea portii de transfer

Portile de transfer din circuitul integrat MMC 4066 sunt in starea de blocare/conductie pentru tensiuni de comanda de nivel scazut/inalt.

A.

Cum arata tensiunea de iesire v_O(t) a portii de transfer pentru tensiune de intrare v_I(t) sinusoidala cu amplitudinea de 3V si frecventa de 1KHz, daca tensiunea de comanda a portii este v_CO = 5V? Dar daca v_CO = -5V? Circuitul integrat din care face parte poarta de transfer este alimentat cu V_DD = +5V; V_SS = -5V.

Marimea tensiunii de iesire va fi afectata de valoarea rezistentei de sarcina legata la iesirea portii? Daca da in ce fel, si in care stare a portii (conductie/blocare)?

B.

Circuitul integrat este alimentat la 5V. Cum arata v_O(t) pentru v_I(t) sinusoidala cu amplitudinea de 7V, v_Co = 5V?

P1.2. Rezistenta echivalenta a portii de transfer

Deoarece poarta de transfer nu este ideala, intre terminalele de intrare/iesire exista o rezistenta echivalenta mai mare ca zero in starea de conductie a portii r_ON, respectiv diferita de infinit in starea de blocare r_OFF.

Cum se determina r_ON si r_OFF daca pentru fiecare stare a portii se cunosc tensiunea de intrare, tensiunea de iesire si rezistenta de sarcina?

P2. Amplificator cu reglaj digital al amplificarii

Pentru schema din Fig. 3., care este valoarea rezistentei echivalente R_ech intre punctele A si B, pentru urmatoarele combinatii ale tensiunilor ce comanda starile celor doua porti de transfer:

Cum arata v_O(t) in fiecare din cele patru cazuri de mai sus daca v_I este sinusoidala cu frecventa de 1KHz si amplitudine 100 mV, daca relatia dintre v_O si v_I este:

P3. Integrator pasiv cu retea de capacitati comandata digital

Pentru schema din Fig. 4 care este capacitatea echivalenta C_ech intre punctele A si B pentru urmatoarele combinatii ale tensiunilor ce comanda portile de transfer:

Care este constanta de timp a circuitului in fiecare din situatile de mai sus?

Cum arata v_O(t), daca v_I(t) este tensiune dreptunghiulara intre 0 si 5V cu frecventa de 100Hz.

V. EXPERIMENTARE

E1. Poarta de transfer CMOS

E1.1. Conductia si blocarea portii de transfer

A.

Se alimenteaza montajul cu tensiune diferentiala (V_DD = +5V; V_SS = -5V; masa= 0V) de la sursa de tensiune dubla stabilizata.

Se alege una din cele 4 porti de transfer (Fig. 6.).

La intrarea portii se aplica tensiunea v_I(t) = 3sin(2p1000t) [V], [Hz].

La iesirea portii se leaga rezistenta de sarcina R_L2 = 1KW

La intrarea de comanda a portii se aplica nivel inalt de tensiune, prin legarea la V_DD,
(v_Co = +5V).

Se vizualizeaza cu osciloscopul calibrat in modul de lucru Y-t, tensiunile de intrare v_I(t) si de iesire v_O(t).

La intrarea de comanda a portii se aplica nivel coborat de tensiune, prin legare la V_SS,
(v_Co = -5V).

Se vizualizeaza cu osciloscopul calibrat in modul de lucru Y-t, tensiunile d intrare v_I(t) si de iesire v_O(t).

Se repeta cele doua vizualizari de mai sus si pentru rezistenta de sarcina R_L1 = 100W

B.

Cu tensiunea de comanda de nivel inalt v_CO = +5V si rezistenta de sarcina R_L2 = 1KW, se vizualizeaza v_I(t) si v_O(t).

Se creste amplitudinea v_I pana cand v_O se distorsioneaza.

E1.2. Rezistenta echivalenta a portii de transfer

Pentru poarta de transfer aleasa se aplica la intrare semnal sinusoidal cu frecventa de 1KHz si amplitudine mai mica de 5V.

A. r_ON

v_CO = +5V; rezistenta de sarcina R_L1 = 100W

Se masoara v_I si v_O.

B. r_OFF

v_CO = -5V; rezistenta de sarcina R_L3 = 470KW

Se masoara v_I si v_O.

E2. Amplificator cu reglaj digital al amplificarii

Se construieste schema din Fig. 3.

Se alimenteaza montajul cu tensiune diferentiala (V_DD = +5V; V_SS = -5V; masa= 0V).

v_I = 100 sin(2p1000t) [mV], [Hz]

La terminalele de comanda a celor doua porti de transmisie se aplica urmatoarele combinatii de tensiuni:

Cu osciloscopul se vizualizeaza v_I(t) si v_O(t) in cele trei cazuri.

E3. Integrator pasiv cu retea de capacitati comandata digital

Se construieste circuitul din Fig. 4.

Se alimenteaza montajul cu tensiune diferentiala (V_DD = +5V; V_SS = -5V; masa= 0V).

v_I(t) semnal dreptunghiular variabil intre 0 si 5V, cu frecventa de 100Hz, obtinut de la versatester.

Se vizualizeaza v_I(t) si v_O(t) pentru urmatoarele combinatii ale celor doua tensiuni de comanda a portilor de transfer:

VII. REZULTATE

R1. Poarta de transfer CMOS

R1.1. Conductia si blocarea portii de transfer

A.

Cronogramele tensiunilor de intrare si de iesire pentru v_Co = 5V si pentru v_Co = -5V atat pentru rezistenta de sarcina R_L2 = 1KW cat si pentru R_L2 = 100W

Pentru ce valoare a v_Co poarta este in blocare? Dar in conductie?

Comparati amplitudinile tensiunilor de iesire pentru cele doua valori ale rezistentei de sarcina, obtinute cand poarta este in conductie.

Rezolvati punctul anterior pentru starea de blocare a portii.

B.

Pentru ce valoare a amplitudinii v_I   apar distorsiuni ale tensiunii de iesire?

R1.2. Rezistenta echivalenta a portii de transfer

A. r_ON

Valorile v_I si v_O si valoarea rezistentei de sarcina.

Se calculeaza r_ON, avand in vedere divizorul rezistiv format de r_ON si R_L1.

B. r_OFF

Valorile v_I si v_O si valoarea rezistentei de sarcina.

Se calculeaza r_OFF.

R2. Amplificator cu reglaj digital al amplificarii

Cronogramele tensiunilor v_I si v_O in cele trei cazuri de la E2.

Ce valoare are amplificarea in tensiune in fiecare caz, calculata ca raport al amplitudinilor tensiunilor v_O si v_I.

Cum explicati valorile diferite ale amplificarii in cele trei cazuri?

De ce spunem ca circuitul prezinta reglaj digital al amplificarii?

R3. Integrator pasiv cu retea de capacitati comandata digital

Cronogramele tensiunilor v_I si v_O pentru toate cele trei cazuri de la E3.

Cum explicati formele de unda diferite ale v_O in cele trei cazuri?
Indicatie: se are in vedere constanta de timp a circuitului (vezi si P3.).

De ce spunem ca circuitul are retea capacitiva comandata digital?

TG