Drenaj MOSFET'in kaynak terminalinin fiziksel yapısı benzer / simetrik iken neden farklı çalışıyor?
Bu bir MOSFET:
Drenaj ve kaynağın benzer olduğunu görebilirsiniz.
Öyleyse neden birini VCC'ye diğeri de GND'ye bağlamak zorundayım?
MOSFET: Neden drenaj ve kaynak farklı?
Yanıtlar:
Efsane: İç diyotları ayrık bileşenlere koymak için fikir birliği kurar, böylece yalnızca IC tasarımcıları 4 terminalli MOSFET'lerle düzgün işler yapabilir.
Gerçek şu ki: 4-terminal MOSFET'ler çok kullanışlı değil.
Herhangi bir PN birleşme noktası bir diyottur (diyot yapmanın diğer yolları arasında). Bir MOSFET’te bunlardan iki tane var:
Bu büyük P katkılı silikon parçası vücut veya sübstrattır . Bu diyotlar göz önüne alındığında, vücudun her zaman kaynak veya drenajdan daha düşük bir voltajda olması oldukça önemlidir. Aksi takdirde, diyotları öne doğru bastırırsınız ve muhtemelen istediğiniz şey bu değildir.
Ama bekleyin, daha da kötüye gidiyor! BJT, NPN malzemelerinin üç katmanlı bir sandviçidir, değil mi? Bir MOSFET ayrıca BJT içerir:
Boşaltma akımı yüksekse, kaynak ile boşaltma arasındaki kanaldaki voltaj da yüksek olabilir, çünkü sıfır değildir. Vücut kaynağı diyodunu öne eğmek için yeterince yüksekse, artık bir MOSFET'iniz yok: BJT'niz var. Budur ayrıca İstediğin bu değil.
CMOS cihazlarda daha da kötüleşiyor. CMOS'ta, parazitik bir tristör yapan PNPN yapılarına sahipsiniz. Mandalın nedeni budur .
Çözüm: gövdeyi kaynağa kısa devre yapın. Bu, parazit BJT'nin temel vericisini kısa süre kapalı tutar. İdeal olarak bunu dış kablolarla yapmazsınız, çünkü o zaman "kısa" yüksek parazitik endüktans ve dirence sahip olur, bu da parazitik BJT'nin "tutulmasını" çok güçlü kılmaz. Bunun yerine, onları doğrudan kalıpta kısaltırsınız.
Bu yüzden MOSFET'ler simetrik değildir. Bazı tasarımların aksi simetrik olabilir, ancak MOSFET gibi güvenilir bir şekilde hareket eden bir MOSFET yapabilmek için, bu N bölgeden birini vücuda kısaltmanız gerekir. Bunu hangisine yaparsanız yapın, o şimdi kaynaktır ve kısmadığınız diyot "vücut diyodudur".
Bu gerçekten ayrık transistörlere özgü bir şey değil. 4 terminalli bir MOSFET'iniz varsa, gövdenin daima en düşük voltajda (veya P-kanallı cihazlar için en yüksek) olduğundan emin olmanız gerekir. IC'lerde, vücut bütün IC'nin substratıdır ve genellikle toprağa bağlıdır. Gövde kaynağından daha düşük bir voltajdaysa, vücudun etkisini göz önünde bulundurmalısınız . Toprağa bağlı olmayan bir kaynağın bulunduğu CMOS devresine bakarsanız (aşağıdaki NAND geçidi gibi), bunun önemi yoktur, çünkü eğer B yüksekse, o zaman en düşük transistör açıktır ve Yukarıda aslında kaynağını toprağa bağlı var. Veya, B düşük ve çıkış yüksek ve alt iki transistörde herhangi bir akım yok.
1
Bir NFET'de, kaynak ve drenaj potansiyellerinin vücut potansiyelinden daha düşük olmaması açıkça gereklidir, ancak bu, kaynak ve drenajın birbirine göre sabit bir polariteye sahip olması gerektiği anlamına gelmez. Her ikisinin de her zaman bir "toprak" noktasından daha yüksek olacak, ancak her ikisi de diğerinden daha yüksek olacak olan iki noktayı birbirine bağlamak veya bağlantısını kesmek istediği bir duruma sahip olmak nadiren nadirdir. Biri bunun için iki MOSFET kullanabilir, ancak eğer bir "dört terminal MOSFET" işi yapabilirse bu biraz israf gibi görünebilir.
—
supercat,
Tabii ki, ancak parazitik kapasitansları ve indüktansları hesaba katmanız ve kaynak ve drenajın yüksek dv / dt veya di / dt varlığında bile vücuttan daha yüksek potansiyellerde kalmasını sağlamak için devrenizi analiz etmeniz gerekir. Bu parazitiklerin mizanpaja ve üretim varyasyonuna oldukça bağımlı olduğu göz önüne alındığında, çoğu durumda kayan kapı sürücüsü tasarlamanın ve sıradan bir 3 terminal MOSFET kullanma alternatifinden daha zor görünüyor.
—
Phil Frost
Üç uçlu MOSFET'lerin mükemmel olduğu birçok devre vardır. Ancak akımı iki yönde değiştirmek için gereken zamanlar vardır. Biri arka arkaya MOSFET'leri kullanabilir, ancak bu biraz israf gibi görünüyor. Bir kaynak / substrat bağlantısının, geometrisi işlemek için o kadar avantajlı olabilir ki, belirli bir RDSon ve akım işleme kabiliyetine sahip arka arkaya bir çift, izole edilmiş tek bir MOSFET'den daha ucuz hale getirilebilir, bu durumda aslında savurgan olmayın, ama böyle olup olmadığını bilmiyorum.
—
supercat,
Hmm. Parazitik BJT neden PNP yerine NPN'dir ve neden drenajdan kaynağa değil drenaja işaret ediyor? Başka bir deyişle, asimetri nereden geliyor?
—
Jason S
@JasonS Bu bir NPN çünkü silikon katkılı. Resme bakın ve okuyabilirsiniz: "n", "p", "n". Asimetri yok: Ben sadece keyfi bir şekilde sembolünü çizmeyi seçtim, ama önemli değil çünkü bir BJT'nin ters çevirmiş olsanız bile bir kazancı var çünkü özellikle bahsettiğiniz BJT parazit olan MOSFET ve kazancı maksimize etmek tasarım amacı değildi.
—
Phil Frost
Phil'in cevabına ek olarak, zaman zaman asimetri hakkında daha ayrıntılı bilgi veren bir MOSFET tasviri göreceksiniz.
Gönderen elektronik-tutorials.wa
Substrattan (gövdeden) kaynaklara olan asimetrik bağlantı noktalı çizgi olarak gösterilmiştir.
Ayrık MOSFET'lerin geometrisi, entegre olanlardan çok farklıdır; Entegre bir NFET'in bir P-substratı varken, birçok ayrı MOSFET , transistörün bir tarafındaki drenaja bağlı bir N-tipi substrat içerir ; Baz (entegre bir MOSFET'in substratı gibi davranır) ve kaynak transistörün diğer tarafına bağlanır.
—
supercat
Fiziksel bir cihaz açısından, bunlar aynıdır. Bununla birlikte, ayrık FET'ler üretildiğinde, drenajda katoduna ve kaynağında anoduna sahip olan substrat tarafından oluşturulan bir iç diyot vardır, bu nedenle drenaj olarak işaretlenmiş drenaj terminalini ve kaynak olarak işaretlenmiş kaynak terminalini kullanmanız gerekir.