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전자회로실험(MOSFET 기본특성1 결과보고서)

결과보고서실험7. MOSFET기본특성11.실험목적역전압이 인가된 PN 접합과 MOSFET의 게이트 캐패시턴스를 측정하는 것을 목표로 한다.이들 캐패시턴스의 용량은 매우 작아 (대략 pF 크기) 실험자는 breadoard와 스코프 프로브의 기생 캐패시턴스 효과를 경험하게 된다. 본 실험을 마치면 다음을 이해하게 된다.BULLET 역전압이 인가된 PN 접합은 캐패시턴스 특성을 나타낸다.BULLET MOSFET의 게이트에서 소자를 바라보면 캐패시턴스 성분으로 인식되고 이로부터 단위면적당 게이트 캐패시턴스와 게이트 산화막의 두께를 추출하게 된다.BULLET 시뮬레이션을 통해 게이트 산화막의 두께를 추출할 수 있다.◎ Breadboard 연결에 관한 유의사항BULLET 연결선은 가능한 짧게 하여 노이즈를 피하도록 한다. 외부 전압(DC)과 접지사이에 bypass capacitor (0.01mu F~0.1mu F)를 연결한다.BULLET 보드에 전원을 연결하기 전에 반드시 전압을 측정하여 원하는 전압인지를 확인하고, 그 이후 먼저 전원을 ‘OFF' 시킨 후 보드에 연결한다. 또한 회로를 변경하기 위해서는 전원을 먼저 ’OFF' 시킨 후 회로를 변경한다.2.실험결과1) 와 같이 회로를 구성한다. 입력신호 V _{IN}에 오실로스코프 CH1을 연결하고 네모파(square wave)를 전압 0-5V, 주파수 5Hz로 입력한다. V _{OUT}에는 스코프의 CH2를 연결한다. 회로도■ 출력파형이 10%-90%로 변하는 rise-time을 측정한다. Rise-time 측정에 관한 내용은 별첨 부록을 참조한다.■ CH1, CH2 각각에 입력, 출력 파형이 모두 나타나도록 조절한다. CH2의 경우, 화면에 펄스하나가 표시되도록 시간 knob을 조절하고, 전압은 peak가 5개의 눈금 칸을 가리키도록 Y-축 knob을 조절한다. 그 결과 눈금 한 칸은 peak 전압의 20%를 나타내게 된다.■ 출력이 10%-90%로 증가하는 시간 t _{R}을 측정한다. 마찬가지로 90%-10%로 감소하는 fall-time t _{F}을 측정한다.- 출력 파형을 기록한다.- t _{R}, t _{F} 을 기록한다. (선형 캐패시터의 경우 두 값은 같아야 한다.)- RC 시간 정수(time constant)를 계산한다. (t _{R} = 2.2RC의 관계가 있음을 기억하라.)- 실험적으로 얻은 값과 계산으로부터 t 값이 동일한가를 평가하라. 일반적으로 캐패시터 100pF은 ±10% ~ ±20%의 오차가 있음을 기억하라.t _{R} = 56.80mu st _{F} : 56.40mu s>> t _{R} = 2.2RC이므로56.80mu s = 2.2RCRC = 2.582 TIMES 10 ^{-5}회로에서 R = 100kΩ, C = 100pF이므로RC = 10 TIMES 10 ^{-6} 이고 오차율 포함하면 1.2 TIMES 10 ^{-5} _{{} ^{}}에서 0.8 TIMES 10 ^{-5}실험값과 이론값의 차이가 크다.2) 역전압이 인가된 pn 다이오드의 캐패시턴스 측정회로를 과 같이 구성한다. CH1,`CH2는 각각 V _{IN} ,`V _{OUT}에 연결한다. 주파수 발생기에는 0 SIM 5V의 네모파를 입력하는데 그 주파수는 다이오드의 접합 캐패시턴스는 100pF보다 작으므로 주기 10kHz 이상이 되도록 실험자가 결정한다.- 실험 당시에 주파수를 20kHz를 주었다.출력이 10% SIM 90%로 증가하는 시간 t _{R}을 측정한다. 마찬가지로 90% SIM 10%로 감소하는 fall-time t _{F}을 측정한다.- 출력파형을 기록한다.t _{R} = 31.60mu st _{F} : 31.20mu s>> t _{R} = 2.2RC이므로31.60mu s = 2.2RCR=100kΩ이므로 C= 1.436 TIMES 10 ^{-10}이 나온다.3) MOSFET 게이트 캐패시턴스와 같이 회로를 구성한다. 이 회로는 CD4007 칩의 6개 MOSFET을 게이트 캐패시터를 연결한 것이다. 주의할 것은 회로 연결 시에 나중에 칩을 제거하여도 배선은 변하지 않도록 주의깊게 배선을 연결한다.V _{IN}은 CH1에, V _{OUT}은 CH2에 연결한다. 주파수 발생기에 네모파의 peak-to-peak크기가 약 1.5V가 되고 중앙전압은 DC-offset을 조절하여 +2.5V 가 되도록 한다. [이런 전압 범위는 MOSFET이 반전(inversion) 영역에서 동작되도록 하여 게이트 캐패시턴스가 산화막 두께에 의해 결정되도록 만든다.]출력 전압이 10%-90%로 변하는 rise-time t _{R}, 90%-10% 변화의 fall-time t _{F}을 기록한다.- Output 파형을 기록한다.- t _{R}, t _{F}을 기록한다.- t _{R} = 2.2RC의 관계와 측정한 R값으로부터 C값을 계산한다.t _{R} = 28.00mu st _{F} : 37.20mu s>> t _{R} = 2.2RC이므로28.00mu s = 2.2RCRC = 1.273 TIMES 10 ^{-5}

공학/기술| 2016.11.02| 5페이지| 1,000원| 조회(190)

결과보고서, MOSFET, 전자회로실험, 기본특성

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전자회로실험(MOSFET 기본특성1 예비보고서)

예비보고서실험7. MOSFET 기본특성 11. 실험목적역전압이 인가된 PN 접합과 MOSFET의 게이트 캐패시턴스를 측정하는 것을 목표로 한다.이들 캐패시턴스의 용량은 매우 작아 (대략 pF 크기) 실험자는 breadoard와 스코프 프로브의 기생 캐패시턴스 효과를 경험하게 된다. 본 실험을 마치면 다음을 이해하게 된다.BULLET 역전압이 인가된 PN 접합은 캐패시턴스 특성을 나타낸다.BULLET MOSFET의 게이트에서 소자를 바라보면 캐패시턴스 성분으로 인식되고 이로부터 단위면적당 게이트 캐패시턴스와 게이트 산화막의 두께를 추출하게 된다.BULLET 시뮬레이션을 통해 게이트 산화막의 두께를 추출할 수 있다.◎ Breadboard 연결에 관한 유의사항BULLET 연결선은 가능한 짧게 하여 노이즈를 피하도록 한다. 외부 전압(DC)과 접지사이에 bypass capacitor (0.01mu F~0.1mu F)를 연결한다.BULLET 보드에 전원을 연결하기 전에 반드시 전압을 측정하여 원하는 전압인지를 확인하고, 그 이후 먼저 전원을 ‘OFF' 시킨 후 보드에 연결한다. 또한 회로를 변경하기 위해서는 전원을 먼저 ’OFF' 시킨 후 회로를 변경한다.2. 예비 실험1) 외부 캐패시터의 risetime 측정을 통한 캐패시턴스 계산BULLET 과 같이 RC 회로를 구성하며, 주파수 발생기의 주파수는 10kHz, 0-5V, 네모파(square wave)로 만든다.

공학/기술| 2016.11.02| 3페이지| 1,000원| 조회(265)

MOSFET, 전자회로실험, 예비보고서, 기본특성

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전자회로실험(MOSFET 기본특성2 예비보고서)

결과보고서실험8. MOSFET기본특성21.실험목적본 실험의 목적은 MOSFET의 소오스-드레인 채널의 저항적 특성을 측정하는 것이다.이 실험을 마친 후에는 다음을 이해할 수 있다.MOSFET의 채널은 소오스-드레인 채널의 작은 전압 VDS에 대해 작은 전류 iD가 흐르는 저항으로 이해된다.게이트 전압을 증가시켜 문턱전압 이상이 되면 채널의 "on"저항 Ron이 감소한다.CD4007에 내장된 n-, p- 채널 MOSFET의 문턱전압과 전하 이동도를 결정할 수 있다. 실험으로 얻은 데이터와 추출된 변수들을 통해 기대할 수 있는 이론값들을 서로 비교하게 된다.2.실험결과2) NMOSFET- V_{ DC}(=V_{ GS}) 전압을 증가시켜 +5.0V가 되도록 한다. 즉시 DMM의 저항값을 읽는다. 유의할 것은 시간이 지남에 따라 저항 값이 변화함으로 측정자가 일정한 시간 간격(예를 들어 전압 공급 후 1초 또는 2초에 측정)을 정하여 저항 값을 읽는다. +5V의 경우 CD4007은 대량 200Ω ~ 1KΩ의 값을 나타낼 것이다. 이 값(R_{ on,5V})을 기록한다.- V_{ GS} 전압을 감소시키면 R_{ on} 값은 점차 증가하게 되는데 R_{ on,5V}의 약 2배 정도 될 때까지 전압을 감소시켜 이 전압을 기록한다. 특히 V_{ GS} 값이 문턱전압에 가까워지면 저항 값이 급격히 증가함으로 작은 전압에서는 몇 개의 데이터만 측정한다.- 위 과정을 계속 반복하여 저항 R_{ on}과 V_{ GS}값을 기록한다.- 실험노트에 저항 R_{ on}를 V_{ GS}값의 함수로 plot 한다.-또한, 1/R_{ on}을 V_{ GS}의 함수로 plot 한다. 이 관계를 보면 둘 사이에 선형적(직선) 관계가 있음을 알 수 있으며 데이터 점들을 직선으로 연장하면 V_{ GS} 축을 만나게 되는데 이 만나는 점의 V_{ GS} 값을 읽는다. 이 값이 MOSFET의 문턱전압 V_{ TH}이 된다.- 실험결과와 그 데이터의 분석 방법을 개략적으로 보이면 과 같다.V _{GS}R _{on} ( {V _{GS}} over {I _{D}} ){1} over {R _{on}}5V7.234m OMEGA4.8V7.016m OMEGA4.6V6.629m OMEGA4.4V6.160m OMEGA4.2V5.873m OMEGA4V5.403m OMEGA3.8V4.978m OMEGA3.6V4.619m OMEGA3.4V4.119m OMEGA3.2V3.623m OMEGAV _{GS} -R _{on}그래프V _{GS} -1/R _{on}그래프>> 보고서 작성 문제)■ 직선의 기울기로부터 mu _{n} C _{ox} {W} over {L}를 계산하고 이로부터 mu _{n}값을 계산하라. 이때 CD4007의 디자인은 {W} over {L} = {350mum} over {10mum}을 사용하며, C _{ox}의 값을 실험7에서 얻은 값을 사용한다.>> {1} over {R _{on}} = mu _{n} C _{ox} {W} over {L} (V _{GS} -V _{TH} )인데 이를 보면 mu _{n} C _{ox} {W} over {L}가 기울기 임을 알 수 있다.mu _{n} C _{ox} {W} over {L} = {DELTA `y} over {DELTA `x} = {7.234m-3.623m} over {5.0-3.2} = {3.611m} over {1.8} =2.006mmu _{n} = {2.006m} over {C _{ox}} TIMES {L} over {W} = {2.006m} over {20.7p} TIMES {10} over {350} =2.768M결국 mu _{n}이 2.768M가 되는 것을 확인하였다.■전압이 큰 영역에서는 직선으로부터 멀어지는 이유를 설명하라.>> MOSFET의 I-V 특성 그래프를 보면 선형적으로 계속 증가하지 않고 V _{DS} `=`V _{GS} `-`V _{TH} 인 점에서부터 거의 증가하지 않는 것을 볼 수 있다. 이 V _{DS} 지점부터 Saturation 영역이 되어 원래 직선으로부터 전압이 증가 할 수록 점점 멀어진다.3.비고 및 고찰

공학/기술| 2016.11.02| 4페이지| 1,000원| 조회(204)

MOSFET, 전자회로실험, 예비보고서, 기본특성

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전자회로실험(MOSFET 기본 특성 2 예비보고서)

예비보고서실험 MOSFET기본 특성 21.실험목적본 실험의 목적은 MOSFET의 소오스-드레인 채널의 저항적 특성을 측정하는 것이다.이 실험을 마친 후에는 다음을 이해할 수 있다.MOSFET의 채널은 소오스-드레인 채널의 작은 전압 VDS에 대해 작은 전류 iD가 흐르는 저항으로 이해된다.게이트 전압을 증가시켜 문턱전압 이상이 되면 채널의 "on"저항 Ron이 감소한다.CD4007에 내장된 n-, p- 채널 MOSFET의 문턱전압과 전하 이동도를 결정할 수 있다. 실험으로 얻은 데이터와 추출된 변수들을 통해 기대할 수 있는 이론값들을 서로 비교하게 된다.2.예비실험1) 아래 과 같은 회로에서, DMM을 사용하여 그레인-소오스 저항 Ron을 게이트-소오스의 전압 V _{DS}의 함수로 측정한다. 그 결과는 과 같다.V _{DS}(V)R _{ON} (Ω)1.5INF2.03,1802.57103.23304.5180이로부터 이 MOSFET의 문턱전압 V _{TH}와mu _{n} C _{ox} {W} over {L`}값을 구한다.3.실험 순서1) 와 같은 회로를 구성한다. 이때 DVM(Digital Voltmeter)은 저항 측정 모드로 설정하여 'On' 저항을 직접 측정토록 한다. 게이트의 전압 VDS를 변화시키면 on 저항이 변화함을 알 수 있게 된다. 저항 RC는 단순히 MOSFET의 게이트를 보호하기 위함이며 MOS의 게이트로 흐르는 DC 전류는 'zero'이기 때문에 RG의 양단에 인가되는 전압 역시 'zero'임을 알 수 있다.함수발생기를 VDC의 원천으로 사용하는 경우 : 함수발생기(AFG3021B)로부터 DC output이 나오도록 조절해야 하지만 본 실험실의 장비는 DC를 공급할 수 없어 주파수를 조절하여 최소값이 되도록 한다. 또한 외부로 나가는 임피던스가 높도록 하기위해 주파수 발생기에서 'Top Menu' → 화면의 '출력메뉴' → 화면의 '로드임피던스' → 화면의 '높은 임피던스'로 선택한다. 높은 임피던스로 설정하면 실제 출력 값을 전압을 화면상에 읽게 된다. 오른쪽 다이얼을 변화시키면 전압을 조절할 수 있게 된다.또한 DC 공급을 위해 다음 과정을 거쳐 설정한다.화면 오른쪽 각종 함수 선택 메뉴 중 가장 하단의 '기타메뉴' 선택 → 'DC' 선택, 그 후 '오프셋' 선택을 한 후 다이얼 또는 입력키를 사용하여 DC 전압을 조절한다. DC 전압은 + 값이어야 한다.전압발생기를 VDC의 원천으로 사용하는 경우 : 전압 발생기의 전압, 전류 콘트롤 knob(다이얼)을 모두 'zero'로 만든 다음 전류는 최대의 2/3 정도가 되도록 한다. 그리고 서서히 전압 다이얼을 높여서 전압으로 아래 회로 그림의 VDC가 조절되도록 한다. 전압발생기의 전압 값을 오실로스코프로 측정하면 두 값들 간에 차이를 나타내어 전압발생기의 소수점 값은 크게 신뢰성이 없음을 알 수 있다.2) NMOSFETVDC(=VGS) 전압을 증가시켜 +5.0V가 되도록 한다. 즉시 DMM의 저항값을 읽는다. 유의할 것은 시간이 지남에 따라 저항 값이 변화함으로 측정자가 일정한 시간 간격 (예를 들어 전압 공급 후 1초 또는 2초에 측정)을 정하여 저항 값을 읽는다. +5V의 경우 CD4007은 대략 200Ω~1kΩ의 값을 나타낼 것이다. 이 값(Ron,5V)을 기록한다.VGS 전압을 감소시키면 Ron 값은 점차 증가하게 되는데 Ron,5V의 약 2배 정도 될 때까지 전압을 감소시켜 이 전압을 기록한다. 특히 VGS 값이 문턱전압에 가까워지면 저항 값이 급격히 증가함으로 작은 전압에서는 몇 개의 데이터만 측정한다.위 과정을 계속 반복하여 저항 Ron과 VGS 값을 기록한다.실험노트에 저항 Ron를 VGS 값의 함수로 plot 한다.또한, 1/Ron을 VGS의 함수로 plot 한다. 이 관계를 보면 둘 사이에 선형적(직선) 관계가 있음을 알 수 있으며 데이터 점들을 직선으로 연장하면 VGS 축을 만나게 되는데 이 만나는 점의 VGS 값을 읽는다. 이 값이 MOSFET의 문턱전압 VTH이 된다.

공학/기술| 2016.11.02| 5페이지| 1,000원| 조회(244)

MOSFET, 전자회로실험, 예비보고서, 기본특성

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전자회로실험(MOSFET I-V 특성 결과보고서)

결과보고서실험9. MOSFETI-V 특성1.실험목적본 실험의 목적은 MOSFET의 여러 동작 범위에서의 특성을 측정하고자 한다.2.실험결과-5. 실험 1 : 오실로스코프를 이용한 I-V 특성 측정1) 과 같이 회로를 구성한다. MOSFET의 게이트 - 소오스 전압은 드레인 전압을 -5V로 변화시킬 때 일정하게 유지된다. MOSFET의 소오스 단자에서의 옴의 법칙을적용하면 Ch2의 오실로스코프 상에서 측정한 전압과 V _{S} = 100[Ω]I _{D}의 관계를 갖는다. 그러므로, 만약 Ch2의 측정 단위가 한 눈금 당 20mV로 되어 있다면 이 저항을 통해 흐르는 전류 I _{D}는 한 눈금 당 200μA가 될 것이다.2) 입력 전압 V _{DS}는 함수발생기의 주파수를 100Hz, 오프셋과 함수 크기를 0~ +5V의 삼각파가 되도록 조정한다.3) 게이트의 전압 V _{GS}은 전압공급기의 접지를 접지시키지 말고 부유(Floating)시켜 DC전압을 공급하도록 한다. 게이트 전압은 문턱전압을 감안하여 2V보다 더 크도록(V _{GS} `-`V _{Th`} APPROX `2V)가 되도록 한다. 부유시킨 전압공급기의 출력 전압은 MOSFET의 소오스를 기준점으로 삼게 된다.4) 오실로스코프를 조정하여 두 채널 모두 DC coupling이 되도록 하고 Ch1은 한 눈금 당 50mV로, Ch2는 한 눈금 당 20mV가 되도록 한다. “디스플레이” 메뉴에서 X-Y 디스플레이가 되도록 하면 Ch1은 X-축을, Ch2는 Y-축을 표현하게 된다. X-Y 프롯의 원점을 잘 조절하여 모든 채널의 원점이 스크린의 왼쪽 아래 코너 부분이 되도록 한다.오프셋과 함수 크기가 0~5V가 되도록 V _{DS} 조절→오실로스코프에서는 2배로 나오기 때문에 오프셋도 크기도 0.5배로 인가하였다.V _{DS} 출력 파형V _{GS} 출력5) DC coupling이 잘 되면 과 같은 결과를 얻게 될 것이다. 하지만 매우 많은 노이즈가 있을 것이다. 전류I _{D(T-S)}는 트라이오드-포화영역 경계선의 드레인 전류이다. 게이트 전압 V _{GS}를 조절하여 드레인 전류 I _{D(T-S)} = 1mA는 Y-축의 5개의 눈금을 가리키도록 한다.전류 1mA로 조절V _{GS}를 조절I-V 그래프6)DVM을 이용하여 실제 V _{GS}를 측정한다.V _{GS}=7) 오실로스코프의 화면에서 직구간의 트라이오드 영역에서 전류와 전압의 기울기 R _{on} `=` TRIANGLE V _{DS(T)} / TRIANGLE I _{DS(T)}를 측정한다.R _{on} `=` TRIANGLE V _{DS(T)} / TRIANGLE I _{DS(T)}= 0.2mV/0.2mA = 1kΩ-6. 실험 Ⅱ : 전류 미러를 이용한 PMOSFET, NMOSFET의 특성 측정p-채널 MOSFET 데이터R _{B} =5.1k OMEGA `(측정값`R _{B} =5.114k` OMEGA )R _{B} =51k OMEGA `(측정값`R _{B} =50.8k` OMEGA )R _{B}측정값R _{B}측정값V _{SG}V _{SG}V _{RB}V _{RB}I _{B}0.4976mA계산값I _{B}0.6072 mu A계산값R _{B} =5.1k`OMEGA측정갑계산값R _{LD}V _{LD}V _{DS}I _{D}1k OMEGA0.3583mA10k OMEGA0.4267mA30k OMEGA0.1620mA100k OMEGA0.4972 mu A300k OMEGA0.1667 mu AR _{B} =51k` OMEGA측정값계산값R _{LD}V _{LD}V _{DS}I _{D}1k OMEGA0.1mA10k OMEGA0.8966 mu A30k OMEGA0.7821 mu A100k OMEGA0.4747 mu A300k OMEGA0.1655 mu A3.비고 및 고찰이번 실험은 MOSFET의 특성 중 전류-전압 특성을 알아보고, 그 결과를 확인해 보는 실험이였다. 첫 번째 실험은 오실로스코프를 통해서 I-V특성을 알아보았다. 플로팅(floating)이라는 개념을 알지 못 하여서, 어떻게 해야될지 몰랐는데, 조교님이 플로팅(floating)을 어떻게 하는건지 알려주셔서 그 부분은 헤매이지 않고 실험을 할 수 있었다. R _{on}값이 1kΩ이 나왔는데 이는 V _{DS}가 인가되기 시작하는 트라이오드 영역에서의 채널의 저항임을 알 수 있었다. 두 번째 실험으로는 전류 미러를 이용한 PMOSFET의 특성 측정을 실험시간동안 하였다. 저항에 변화와 그 저항에 걸리는 전압을 이용하여 I _{D}를 구하고, 이전에 구했던 I _{B}의 값과 비교하여 전류미러가 제대로 작동하고 있는지를 알아보았는데, R _{B}의 저항이 5.1kΩ일 때 I _{B}는 0.4976mA, 반면에 R _{B}의 저항이 51kΩ일 때의 실험은 I _{B}가 0.6072 mu A였다. 사실, 전류미러는 전자회로 시간에 아직 배우지 못한 이론 이였다. 실험이 끝난 뒤에 전자회로시간을 통해 배우게 된다는 점이 아쉽긴 하지만, 수업시간에 전류미러를 더 잘 이해할 수 있을 것 같다.

공학/기술| 2016.11.02| 6페이지| 1,000원| 조회(205)

결과보고서, MOSFET, 전자회로실험, i-v특성

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