[기초전자회로실험] 14. CMOS 특성

[기초전자회로실험] 14. CMOS 특성

1. 실험목표

CMOS 인버터, OR게이트의 특성에 대해 조사한다.

2. 실험이론

CMOS(상보 대칭 MOSFET)는 아래의 그림대로 하나의 기판에 p형, n형 MOSFET로 구성할 수 있다.

CMOS는 주로 논리회로에 사용되는 게이트로 사용된다. AND, OR, NAND, NOR, 인버터 등의 게이트로 사용되고

위 그림은 인버터로써 사용된 CMOS를 나타낸 것이다.

위 그림은 CMOS NAND, NOR 게이트이다. NAND 게이트에서 두 입력이 모두 \(0\text{V}\)이면, 두 p형 MOSFET는 모두 ON이고, n형 MOSFET는 모두 OFF가 되어 출력은 \(V_{DD}\)이다. 반대로 두 입력이 모두 \(V_{DD}\)이거나 하나의 입력이 \(V_{DD}\)이면, 적어도 하나의 n형 MOSFET는 ON이고, 하나의 p형 MOSFET는 OFF가 되어 출력은 \(0\text{V}\)가 된다.

3. 실험

1) 실험장비 및 부품

오실로스코프, DMM, 함수발생기, 직류전원, 74HC02 CMOS OR 게이트, 74HC04 CMOS 인버터

2) 실험과정

CMOS 인버터 회로

(1) 74HC04 CMOS 인버터에 \(5\text{V}\)를 연결한다. 입력으로 각각 \(0\text{V}\)와 \(5\text{V}\)를 인가한 후, 출력을 다음의 표에 기록한다.

(74HC04 CMOS 인버터)

입력	출력
\(0\text{V}\)
\(5\text{V}\)

(2) 함수발생기를 이용해 주파수가 \(10\text{kHz}\)인 Clock신호를 입력으로 인가하고, 오실로스코프로 관찰한 입력, 출력 파형을 그린다. 이때 수평감도와 수직감도 또한 기록한다.

CMOS OR 게이트

74HC02 CMOS OR 게이트에 \(0\text{V},\,5\text{V}\)의 입력을 인가하고 출력을 다음 표에 기록한다.

(74HC02 CMOS OR 게이트)

2(입력)	3(입력)	1(출력)
\(0\text{V}\)	\(0\text{V}\)
\(0\text{V}\)	\(5\text{V}\)
\(5\text{V}\)	\(0\text{V}\)
\(5\text{V}\)	\(5\text{V}\)

(2) \(0\text{V}\)를 한쪽 입력에 연결하고, 다른 한쪽 입력에는 함수발생기를 사용하여 디지털 Clock 신호를 인가한다.

출력 파형을 오실로스코프로 관찰하고 그 파형을 그린다.

(3) \(5\text{V}\)를 한쪽 입력에 연결하고, 다른 한쪽 입력에는 함수발생기를 사용하여 디짙러 Clock 신호를 인가한다. 

출력 파형을 오실로스코프로 관찰하고 그 파형을 그린다.

CMOS 입출력 특성

(1) 74HC04 CMOS 인버터 게이트에 가변 입력을 인가하여 다음의 표를 완성한다.

입력	0.0	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4	1.6	1.8	2.0	2.2
출력

 

입력	2.4	2.6	2.8	3.0	3.2	3.4	3.6	3.8	4.0	4.2	4.4	4.6	4.8	5.0
출력

(2) 실험 (1)의 결과를 그래프에 나타낸다.

(Pspice를 이용한 CMOS OR게이트의 입력과 출력)

(7432 OR게이트)

   (입력: A, B, 출력: Y, Low: 0, High: 1)

참고자료:

Laboratory Manual to accompany Electronic Devices and Circuit Theory 11th edition, Boylestad, Nashelsky, Monssen, Pearson

Electronic Devices and Circuit Theory 11th edition, Boylestad, Nashelsky, Pearson

http://www.industrial-electronics.com/electrnc-dvcs-9e_9b.html

http://vlab.amrita.edu/index.php?sub=59&brch=165&sim=901&cnt=1

http://computationstructures.org/notes/cmos/notes.html