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) P-FET G S N-FET D - Bulk ist mit Source verbunden G HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 5 D S
Verhalten von MOSFETs Die Aufladung des Kondensators zwischen Gate und Source über U th schaltet den Transistor durch Fragen: N-FET G U GS D S P-FET U GS G S D - Wie gut leitet der Transistor bei gegebenen U GS? - Wie ist das Verhältnis zwischen Strom I D und Spannung U DS HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 6
Kennlinien von N-FETs Ausgangskennlinie U GS konstant Steuerkennlinie U DS konstant I D I D U DS U t h U GS HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 7
Kennlinienaufnahme 1. Multimeter: Permanent an U L ( I D messen) 2. Multimeter: U GS oder U DS R L U U L D U B G U U DS U GS U 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 Inverter- Ketten 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 B HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 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 SN7400N SN7402N SN7404N SN7408N SN7432N SN7486N Funktion 4 NAND-Gatter 4 NOR-Gatter 6 Inverter 4 AND-Gatter 4 OR-Gatter 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 Source HaPra 2008 - Versuchsreihe 3 - Diskrete Transistoren 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 Typ: N-Kanal Max. U DS : 60 V Max. I D : 270 ma R DS(on) : 5 Ohm U GS(th) : 0.8 V 2.4 V ZVP3306A Typ: P-Kanal Max. U DS : -60 V Max. I D : -160 ma R DS(on) : 14 Ohm U GS(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 U DS I D(max) =2A - Langsames heraufregeln von U GS U DS =40V U GS =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