Dlaczego MOSFET jest uruchamiany przez VGS, a nie VGD?

Przyglądając się uważnie temu schematowi jednego typu MOSFET:

(znaleziono w tej nocie aplikacyjnej )

Widzimy, że urządzenie jest praktycznie symetryczne. Co sprawia, że ​​brama sama odwołuje się do źródła, a nie drenażu?

Ponadto, dlaczego tlenek bramki rozpadłby się przy 20 V Vgs, a nie 20 V Vgd?

(To nie jest zadanie domowe. Po prostu ciekawość.)

Ponieważ opublikowany rysunek 1 odnosi się do urządzenia 4-terminalowego , a nie 3-terminalowego. Jeśli spojrzysz na symbol schematu na rycinie 1, zauważysz, że terminal ciała jest oddzielnym terminalem niepołączonym z terminalem źródłowym. MOSFET na sprzedaż to prawie zawsze 3-terminalowe urządzenia, w których źródło i korpus są ze sobą połączone.

Jeśli pamięć dobrze mi służy (nie jestem w 100% pewien - wydaje się to potwierdzone przez tę ulotkę ), w urządzeniu 4-terminalowym nie ma różnicy między źródłem a drenażem, a napięcie stanu bramy określa stan włączenia kanału - z zastrzeżeniem, że ciało ma być najbardziej ujemnym napięciem w obwodzie dla urządzenia z kanałem N lub najbardziej dodatnim napięciem w obwodzie dla urządzenia z kanałem P.

( Edycja: znaleziono odniesienie do fizycznych urządzeń MOSFET Zachowanie źródło drenażu jeszcze symetryczny, lecz zależy zarówno od napięcia bramka-źródło i bramy spustowe z kanałem typu N, gdy oba są negatywne, kanał nieprzewodzących Jeśli jeden... jest większe niż napięcie progowe, wówczas zachowuje się nasycenie (stały prąd). Jeśli oba są wyższe niż napięcie progowe, uzyskuje się zachowanie triodowe (stały opór). Ciało / masa / podłoże musi być jak najbardziej negatywne napięcie w obwodzie, więc aby uzyskać odwrotne zachowanie w obwodzie, konieczne byłoby powiązanie korpusu i drenu.

W urządzeniu z kanałem P ta biegunowość jest odwrócona.)

Przyjrzyj się dokładnie konwencjonalnym symbolom schematów MOSFETów w kanale N i P ( z Wikipedii ):

i Wikipedia na temat funkcjonowania MOSFET , a zobaczysz połączenie ciało-źródło.

Symetryczny przekrój, jak zwykle jest rysowany, nie do końca zgadza się z faktyczną strukturą, która jest wysoce asymetryczna. Właściwie wygląda to tak:

$I_D$$V_{GD}$

Działanie danego MOSFETU zależy od napięcia na odpowiednich elektrodach (dren, źródło, bramka, ciało).

Zgodnie z konwencją podręczników w NMOS z dwóch elektrod „podłączonych do kanału” (pomiędzy którymi w „normalnych” okolicznościach płynie prąd), ta podłączona do niższego potencjału nazywana jest źródłem, a ta podłączona do wyższej jest drenem. Przeciwnie jest w przypadku PMOS (źródło o wyższym potencjale, obniżenie potencjału o niższym potencjale).

Następnie, korzystając z tej konwencji, przedstawione są wszystkie równania lub teksty opisujące działanie urządzenia. Oznacza to, że ilekroć autor tekstu o NMOS mówi coś o źródłach tranzystorów, myśli o elektrodzie podłączonej do niższego potencjału.

Teraz producenci urządzeń najprawdopodobniej wybiorą wywołanie pinów źródła / spustu w swoich urządzeniach na podstawie zamierzonej konfiguracji, w której MOSFET zostanie umieszczony w końcowym obwodzie. Na przykład w NMOS pin zwykle podłączony do niższego potencjału będzie nazywany źródłem.

Pozostawia to dwa przypadki:

A) Urządzenie MOS jest symetryczne - dotyczy to zdecydowanej większości technologii, w których wytwarzane są układy VLSI.

B) Urządzenie MOS jest asymetryczne (przykład Vmos) - tak jest w przypadku niektórych (najbardziej?) Dyskretnych urządzeń zasilających

W przypadku A) - nie ma znaczenia, która strona tranzystora jest podłączona do wyższego / niższego potencjału. Urządzenie będzie działało dokładnie tak samo w obu przypadkach (i którą elektrodę wywołać jako źródło, a który drenaż to zwyczajna konwencja).

W przypadku B) - nie ma znaczenia (oczywiście), która strona urządzenia jest podłączona do którego potencjału, ponieważ urządzenie jest zoptymalizowane do pracy w danej konfiguracji. Oznacza to, że „równania” opisujące działanie urządzenia będą się różnić w przypadku, gdy pin zwany „źródłem” zostanie podłączony do niższego napięcia, niż w przypadku, gdy jest podłączony do wyższego.

W twoim przykładzie urządzenie zostało najprawdopodobniej zaprojektowane jako asymetryczne w celu optymalizacji niektórych parametrów. Napięcie hamujące „źródło-bramka” zostało obniżone jako kompromis w celu uzyskania lepszej kontroli prądu kanału, gdy napięcie sterujące jest przykładane między styki zwane bramą i źródłem.

Edycja: Ponieważ istnieje sporo uwag dotyczących symetrii mos, oto cytat z Behzada Razaviego „Projektowanie analogowych citcuitów CMOS” str. 12

MOSFET wymaga dwóch rzeczy do przepływu prądu: nośników ładunku w kanale i gradientu napięcia między źródłem a drenem. Mamy więc trójwymiarową przestrzeń zachowania do obejrzenia. Charakterystyka źródła drenażu wygląda mniej więcej tak:

Załóżmy, że mamy tranzystor nmos, a masa i źródło są na 0 V. Ustawmy również wysokie napięcie drenażu, powiedzmy 5 V. Gdybyśmy zmiecili napięcie bramki, otrzymalibyśmy coś, co wygląda następująco:

Aby w kanale znajdowały się znaczne ilości nośników ładunku, potrzebujemy regionu wyczerpania łączącego źródło ze spustem, a także musimy wyciągnąć kilka nośników ze źródła. Jeśli źródło i bramka mają to samo napięcie, oznacza to, że większość kanału ma zasadniczo takie samo napięcie jak źródło, a nośne muszą rozproszyć większą część tranzystora, zanim będą mogły „wpaść” do drenu. Jeśli napięcie źródło-bramka jest wystarczająco wysokie, gradient napięcia będzie bardziej znaczący w pobliżu źródła, a nośniki zostaną wciągnięte do kanału, umożliwiając większą populację.

Moje 2 centy warte: W porównaniu z dwubiegunowymi, wiem, że możesz zamienić C i E i to wciąż działa, ale z niższymi wartościami hFE i różnymi wartościami napięcia: VBE zwykle może wynosić maksymalnie około 5 do 7 V. VCB taki sam jak VCE lub więcej (por. Np. Arkusz danych BC556 firmy Fairchild, który określa VCBO, który jest nawet wyższy niż VCEO). Fizycznie istnieje (duża) różnica między C i E (rozmiar, kształt i / lub doping), co tłumaczy asymetrię na liczbach. Widziałem to również w laboratorium. Zdarza się, że ktoś przypadkowo zamienia C i E i dziwi się, że nadal działa, ale niezbyt dobrze.

Byłoby interesujące, gdyby ktoś miał uzyskać wykres ID (i RDSon) w porównaniu z VGD dla (MOSFET-kanał N mocy. Nie mam obecnie dostępu do laboratorium).