ЭБНЭ_Л2_Цуканова_0363
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)
Кафедра микро- и наноэлектроники
ОТЧЕТ
по лабораторной работе №2
по дисциплине «Элементная база наноэлектроники» Тема: Исследование работы инвертора
Студент гр. 0363 |
Цуканова П.А. |
Преподаватель |
Усикова М.А. |
Санкт-Петербург
2022
Цель работы:
Исследование работы КМОП-инвертора с помощью программы
Multisim.
Теоретическая часть:
Инвертор — устройство для преобразования постоянного тока в переменный с изменением величины напряжения. Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближённого к синусоиде.
Инверторы напряжения могут применяться в виде отдельного устройства или входить в состав источников и систем бесперебойного питания аппаратуры электрической энергией переменного тока. Инверторы позволяют получить на выходе сигнал с полярностью, противоположной входному.
КМОП — набор полупроводниковых технологий построения интегральных микросхем и соответствующая ей схемотехника микросхем.
Подавляющее большинство современных цифровых микросхем — КМОП.
КМОП-инвертор — схема, выполненная на двух комплементарных МОП-транзисторах и являющаяся базовой структурой для всех логических КМОП-элементов. Схема типового КМОП-инвертора изображена на рисунке
1.
Рисунок 1 — Схема КМОП-инвертора
2
Экспериментальная часть:
1. Собрать схему для инвертора на КМОП-транзисторе.
Итоговая схема приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 — Реализованная схема инвертора на КМОП-транзисторе
2. Привести таблицу истинности.
Полученные результаты показаны в таблице 1.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 В |
3.5 В |
0 |
1 |
|
|
|
|
3.5 В |
0 В |
1 |
0 |
|
|
|
|
Таблица 1 — Таблица истинности
3. Построить графики функционирования (сигнал на входе/выходе).
Результирующие графики функционирования представлены на рисунке
3.
3
Рисунок 3 — Графики функционирования (выходной и входной сигнал)
4. Рассчитать время нарастания сигнала, спадания сигнала и время задержки (в расчете использовать значения пороговых уровней напряжения
10% и 90% от пит).
10% от пит = 0.35 В; 90% от пит = 3.15 В.
Согласно данным, отображённым на рисунке 4, время нарастания сигнала н = 16.637 нс. Согласно данным, отображённым на рисунке 5, время спадания сигнала с = 3.748 нс.
Используя эти значения, получим время задержки:
з = н + с = 16.637 нс + 3.748 нс = 20.385 нс
4
Рисунок 4 — Расчёт времени нарастания сигнала
5
5. Построить график передаточной характеристики инвертора при значениях напряжения питания в 2 В и 3.5 В.
Для расчёта передаточной характеристики инвертора внесём изменения в схему, изображённую на рисунке 1. Итоговая схема приведена на рисунке 5.
Рисунок 5 — Итоговая схема для расчёта передаточной характеристики Свойства инвертора характеризует его передаточная характеристика
вых = ( вх), представляющая зависимость выходного напряжения от медленно изменяющегося напряжения на входе. Построим передаточную характеристику для двух значений питающего напряжения: 2 В и 3.5 В. Полученные графики передаточных характеристик изображены на рисунке 6.
Рисунок 6 — График передаточной характеристики
6
Вывод:
В ходе данной лабораторной работы был изучен инвертор и принципы его работы. Была построена схема инвертора, основанного на КМОП-
транзисторах в программе Multisim. Была построена таблица истинности для данного транзистора и проведена симуляция рабочего процесса инвертора. В
ходе симуляции рабочего процесса инвертора были найдены время нарастания сигнала н = 16.637 нс, время спадания сигнала с = 3.748 нс и,
основываясь на полученных значениях, рассчитано время задержки з = 20.385 нс.
7