เหตุใด MOSFET จึงถูกทริกเกอร์โดย Vgs และไม่ใช่ Vgd

21

ดูอย่างรอบคอบในแผนภาพของ MOSFET ประเภทนี้:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

(พบในบันทึกแอปพลิเคชันนี้ )

เราสามารถเห็นว่าอุปกรณ์มีความสมมาตรอย่างแท้จริง อะไรทำให้เกตอ้างอิงถึงแหล่งที่มาไม่ใช่ท่อระบายน้ำ

ทำไมประตูเกตออกมาแตกที่ 20V Vgs และไม่ใช่ 20V Vgd

(ไม่ใช่คำถามการบ้านเพียงแค่อยากรู้อยากเห็น)

transistors mosfet

— โทมัสโอ
แหล่งที่มา

1

ฉันรู้ว่า JFET ส่วนใหญ่มีความสมมาตรในแบบที่คุณอธิบายและมันก็ไม่สำคัญว่าจะใช้ปลายด้านใดเป็นแหล่งกำเนิดและท่อระบายน้ำ ฉันไม่ได้เป็นบวกถ้าสิ่งเดียวกันนี้ใช้กับมอสเฟตด้านข้าง MOSFET แนวตั้งประกอบด้วยไดโอดตัวเบียนและจะไม่ทำงานอย่างถูกต้องเมื่อเชื่อมต่อ "ย้อนกลับ"

— Bitrex

1

@Bitrex True MOS จะไม่ทำงานตามปกติ แต่ถ้าคุณสามารถทำให้ไดโอดสั้นลงได้ถ้าช่องทางระบายแหล่งที่มามีความต้านทานต่ำพอและจากนั้นช่องทางกำลังดำเนินการในปัจจุบันไม่ใช่ไดโอด สิ่งนี้ใช้ในวงจรเรียงกระแสบริดจ์ที่ใช้งานอยู่และในอุปกรณ์อื่น ๆ ที่ต้องการการแก้ไขแบบควบคุม แต่คุณถูก จำกัด ไว้ที่ประมาณ 0.5V ก่อนหน้านี้ก่อนที่สิ่งต่าง ๆ จะผิดพลาด;)

— โทมัสโอ

หากคุณกำลังใช้ MOSFET เป็นส่วนหนึ่งของวงจรเรียงกระแสแบบซิงโครนัสคุณสามารถใส่ไดโอด Schottky ในแบบขนานกับไดโอดร่างกายของ MOSFET เพื่อป้องกัน MOSFET ร่างกายไดโอดมักจะอ่อนแอ

— Mike DeSimone

8

เนื่องจากรูปที่ 1 ที่คุณโพสต์อ้างถึงอุปกรณ์4 เทอร์มินัลไม่ใช่ 3 เทอร์มินัล หากคุณดูสัญลักษณ์แผนผังในรูปที่ 1 คุณจะทราบว่าเทอร์มินัล Body เป็นเทอร์มินัลแยกต่างหากที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับเทอร์มินัลต้นทาง MOSFET สำหรับการขายมักจะเป็นอุปกรณ์ 3 เครื่องที่เชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดและตัวถัง

หากหน่วยความจำทำหน้าที่ฉันถูกต้อง (ไม่แน่ใจ 100% - ดูเหมือนว่าจะได้รับการยืนยันโดยเอกสารนี้ ) ในอุปกรณ์ 4 เทอร์มินัลไม่มีความแตกต่างระหว่างแหล่งที่มาและท่อระบายน้ำและเป็นแรงดันประตูร่างกายที่กำหนดสถานะ ของแชนเนล - กับข้อแม้ที่ร่างกายควรจะเป็นแรงดันลบมากที่สุดในวงจรสำหรับอุปกรณ์ N-channel หรือแรงดันบวกที่ดีที่สุดในวงจรสำหรับอุปกรณ์ P-channel

( แก้ไข:พบการอ้างอิงสำหรับฟิสิกส์อุปกรณ์ MOSFETพฤติกรรมการระบายแหล่งที่มายังคงเป็นแบบสมมาตร แต่ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าทั้งเกตและแหล่งจ่ายไฟเกทใน N-channel หากทั้งคู่เป็นลบช่องสัญญาณจะไม่เป็นตัวนำถ้ามี คุณจะได้รับพฤติกรรมอิ่มตัว (คงที่ในปัจจุบัน) หากทั้งคู่มากกว่าแรงดันไฟฟ้าขั้นต้นคุณจะได้รับพฤติกรรมแบบ triode (ความต้านทานคงที่) ร่างกาย / กลุ่ม / ซับสเตรทยังคงต้องการลบมากที่สุด แรงดันไฟฟ้าในวงจรดังนั้นเพื่อให้พฤติกรรมย้อนกลับในวงจรร่างกาย + ท่อระบายน้ำจะต้องมีการเชื่อมโยงกัน

ในอุปกรณ์ P-channel ขั้วนี้จะกลับด้าน)

ดูอย่างรอบคอบที่สัญลักษณ์วงจรทั่วไปสำหรับ N- และ MOSFETs แบบ P-channel ( จาก Wikipedia ):

และรูป Wikipedia เกี่ยวกับการทำงานของ MOSFETและคุณจะเห็นการเชื่อมต่อแหล่งร่างกาย

— เจสันเอส
แหล่งที่มา

แม้ในเทอร์มินัล 4 แรงดันเกตแหล่งกำหนดสถานะของช่องสัญญาณ ดังนั้นสิ่งที่คุณเขียนเกี่ยวกับเกท - เกทนั้นไม่เป็นความจริง แรงดันแหล่งกำเนิด - ร่างกายจะปรับแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ของอุปกรณ์ ตัวอย่างเช่นสำหรับ NMOS ถ้า Vs สูงกว่า Vb ดังนั้นใครจะต้องการ Vgs ที่ใหญ่กว่าเพื่อเปิดอุปกรณ์ (เอฟเฟกต์ของร่างกาย)

— mazurnification

@mazurnification: ข้อมูลอ้างอิงของคุณอยู่ที่ไหน และทำไมมันเป็นแหล่งที่มาของประตูมากกว่าประตูระบายน้ำหรือประตูร่างกาย? ฉันพยายามค้นหาวัสดุอ้างอิงด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งและไม่สามารถทำได้

— Jason S

1

เพิ่งพบข้อมูลอ้างอิงนี้: doe.carleton.ca/~tjs/21-mosfetop.pdfซึ่งระบุช่องของฟิลด์ตาม Vgb ไม่ใช่ Vgs (จนถึง Vsb = 0 ที่จุด Vgs = Vgb) ดังนั้นฉันจะไม่เปลี่ยนคำตอบจนกว่าฉันจะเห็นหลักฐานว่ามีอะไรพิเศษเกี่ยวกับเทอร์มินัลต้นทาง ฉันจะไม่แปลกใจหากผลกระทบจากการปรับแรงดันไฟฟ้าของร่างกายเป็นจริงเฉพาะหากการเชื่อมต่อแหล่งกำเนิดเนื้อหาเป็นแรงดันไฟฟ้าคงที่ที่มีความต้านทานต่ำและมันเทียบเท่ากับสมการที่ควบคุม Vgb

— Jason S

ตกลงพบบางสิ่งที่อ้างถึงแรงดันไฟฟ้าระหว่างเกตและแรงดันเกท

— Jason S

ที่สำคัญคือ Vgb จุดรวมของ MOSFET สำหรับสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นระหว่างประตูและพื้นผิวเพื่อปรับสมดุลการกระจายตัวของประจุไฟฟ้าเปลี่ยนความต้านทานของช่องระหว่างแหล่งกำเนิดและท่อระบายน้ำ อย่างไรก็ตามเนื่องจากแหล่งที่มาและวัสดุพิมพ์เชื่อมต่อกันโดยทั่วไป (ดูสัญลักษณ์แผนผัง) Vgs จึงเหมือนกับ Vgb หากคุณไม่ต้องการให้ช่องเหมือนกันกับวัสดุพิมพ์คุณต้องสร้างโครงสร้างที่ดีซึ่งดูเหมือนว่าไดโอดแบบเอนเอียงแบบย้อนกลับจากช่องทางไปยังวัสดุพิมพ์ จำไว้ว่าคุณสามารถสร้างโครงสร้างในไอซีที่ไม่สามารถทำได้ในส่วนที่ไม่ต่อเนื่อง

— Mike DeSimone

9

cross-section แบบสมมาตรซึ่งมักจะวาดไม่เห็นด้วยกับโครงสร้างจริงซึ่งค่อนข้างสมมาตร จริง ๆ แล้วมันมีลักษณะดังนี้:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

$I_D$ $V_{GD}$

— stevenvh
แหล่งที่มา

คุณแน่ใจหรือว่านี่ไม่ใช่แค่ MOS แนวตั้งใช่ไหม MOS ด้านข้างแตกต่างกันหรือไม่?

— โทมัสโอ

@Thomas - V-MOSFET มีลักษณะที่แตกต่างกัน: allaboutcircuits.com/vol_3/chpt_2/10.html อย่างไรก็ตามมันมีความสมมาตรเป็นอย่างมากดังนั้นแม้ว่าภาพจะดูแตกต่างออกไปคำอธิบายก็ยังคงอยู่

— stevenvh

โครงสร้างนี้มักใช้สำหรับ MOSFET ที่ไม่ต่อเนื่อง โครงสร้างสมมาตรมักจะใช้สำหรับ MOSFETs ในวงจรรวมเนื่องจากพวกเขาไม่สามารถแบ่งปันท่อระบายน้ำทั้งหมด

— Mike DeSimone

อืม mosfet จากวงจรรวมน่าจะสมมาตรอย่างเต็มที่

— mazurnification

@MikeDeSimone, @mazurnification - มันจะดูต่างออกไปสำหรับไอซี แต่ฉันก็ยังไม่แน่ใจว่ามันจะสมมาตรหรือเปล่า

— stevenvh

3

การทำงานของ MOSFET ที่กำหนดจะถูกกำหนดโดยแรงดันไฟฟ้าบนขั้วไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง (ท่อระบายน้ำ, แหล่งที่มา, ประตู, ร่างกาย)

โดยการประชุมตำราใน NMOS จากสองขั้วไฟฟ้า "เชื่อมต่อกับช่อง" (ระหว่างที่ใน "ปกติ" สถานการณ์กระแสปัจจุบัน) หนึ่งที่เชื่อมต่อกับศักยภาพที่ต่ำกว่าเรียกว่าแหล่งที่มาและหนึ่งที่เชื่อมต่อกับที่สูงขึ้นคือท่อระบายน้ำ ตรงข้ามเป็นจริงสำหรับ PMOS (แหล่งที่มีศักยภาพสูงกว่า, ท่อระบายน้ำที่มีศักยภาพต่ำกว่า)

จากนั้นใช้การประชุมนี้สมการหรือข้อความทั้งหมดที่อธิบายการทำงานของอุปกรณ์จะถูกนำเสนอ นี่ก็หมายความว่าเมื่อใดก็ตามที่ผู้เขียนข้อความเกี่ยวกับ NMOS พูดถึงบางสิ่งเกี่ยวกับที่มาของทรานซิสเตอร์เขาคิดว่าอิเล็กโทรดเชื่อมต่อกับศักยภาพที่ต่ำกว่า

ตอนนี้ผู้ผลิตอุปกรณ์ส่วนใหญ่อาจเลือกที่จะโทรหาหมุดแหล่งที่มา / ท่อระบายน้ำในอุปกรณ์ของพวกเขาขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าที่ตั้งใจซึ่ง MOSFET จะถูกวางไว้ในวงจรสุดท้าย ตัวอย่างเช่นในพิน NMOS มักจะเชื่อมต่อกับศักยภาพที่ต่ำกว่าจะถูกเรียกว่าแหล่งที่มา

ดังนั้นนี่จะเหลือสองกรณี:

A)อุปกรณ์ MOS นั้นมีความสมมาตร - เป็นกรณีของเทคโนโลยีส่วนใหญ่ที่ VLSI IC ผลิตขึ้นมา

B)อุปกรณ์ MOS เป็น asymetrical (ตัวอย่าง vmos) - นี่เป็นกรณีสำหรับอุปกรณ์พลังงานแยกส่วน (?)

ในกรณีของ A) - ไม่สำคัญว่าด้านใดของทรานซิสเตอร์ที่เชื่อมต่อกับศักย์สูง / ต่ำ อุปกรณ์จะทำงานเหมือนกันทั้งสองกรณี (และอิเล็กโทรดตัวใดที่จะเรียกแหล่งที่มา

ในกรณีของ B) - มันสำคัญ (ชัด) ว่าด้านใดของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับศักยภาพใดเนื่องจากอุปกรณ์ได้รับการปรับให้เหมาะกับการทำงานในการกำหนดค่าที่กำหนด นี่จะหมายความว่า "สมการ" ที่อธิบายการทำงานของอุปกรณ์จะแตกต่างกันในกรณีที่พินที่เรียกว่า "แหล่งที่มา" นั้นเชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าจากนั้นเปรียบเทียบกับกรณีที่เชื่อมต่อกับที่สูงกว่า

ในอุปกรณ์ตัวอย่างของคุณได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมให้มีความไม่สมดุลเพื่อปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสม แรงดันเบรกขณะลงที่ "เกต - ซอร์ส" ลดลงเป็นการแลกเปลี่ยนเพื่อให้ได้การควบคุมกระแสไฟแชนเนลที่ดีขึ้นเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าควบคุมระหว่างพินที่เรียกว่าเกตและแหล่งกำเนิด

แก้ไข: เนื่องจากมีความคิดเห็นบางส่วนเกี่ยวกับความสมมาตรของ mos, นี่คือคำพูดจาก Behzad Razavi "การออกแบบของอนาล็อก CMOS แบบรวม citcuits" p.12

อ้างอิง

— mazurnification
แหล่งที่มา

ฉันไม่แน่ใจว่าเทคโนโลยีการจำลองมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรในช่วงหลายปีที่ผ่านมา แต่จากความเข้าใจของฉันเมื่อสิบปีที่แล้วผู้จำลองหลายคนต้องการให้โหนดต้นทางและโหนดท่อระบายน้ำติดฉลากเพื่อระบุว่าโหนดใดควรมองว่า โดยพื้นฐานแล้วฉลาก "แหล่งที่มา" หมายถึง "สาเหตุ" และ "ท่อระบายน้ำ" หมายถึง "ผลกระทบ" และวงจรควรจะถูกจัดวางเช่นว่าถ้าท่อระบายน้ำ / ผลกระทบของ NFET มีเส้นทางสู่พื้นดินแหล่งที่มา / สาเหตุควร มีเส้นทางไปยัง VSS หรือเป็น "ไม่สนใจ" (เช่นเดียวกันสำหรับ PFET และ VDD) ถ้าวงจรสามารถออกมาวางเพื่อให้ตรงกับเกณฑ์ที่แล้ว ...

— SuperCat

... เครื่องมือจำลองสามารถสำหรับแต่ละช่วงเวลาของนาฬิกาจัดเรียงโหนดทั้งหมดในลำดับที่ทุกโหนดต้องได้รับการประเมินเพียงครั้งเดียวและไม่มีโหนดใดที่จะได้รับผลกระทบจากโหนด "ดาวน์สตรีม" (จนกว่าจะถึงเฟสถัดไปของนาฬิกาซึ่งจะมี โหนดในการจัดเรียงที่แตกต่างกัน) บางวงจรที่ใช้ Pass-Gates จะต้องกลับแหล่งและระบายฉลากเพื่อช่วยในการจำลอง แต่โดยทั่วไปข้อ จำกัด เกี่ยวกับเวรกรรมจะทำให้การจำลองวงจรเร็วกว่าที่เป็นไปได้

— supercat

@supercat - มี "ระดับ" จำลองไม่กี่ เริ่มต้นจากทางกายภาพ (tcad เป็นต้น) โดยที่มีการจำลองสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจริงจากนั้นจึงทำการใช้ไฟฟ้า (SPICE ทั้งหมด) ไปจนถึงการใช้งาน (verilog, vhdl, verilogA ฯลฯ ) พวกเขาทั้งหมดก้าวหน้าไปมากเมื่อ 10 ปีที่แล้ว คนที่คุณพูดถึงดูเหมือนจะเป็นฟังก์ชั่น "event driven simulator" (เหมือน verilog one) แต่ฉันไม่เคยเห็นเทคนิคดังกล่าวที่ใช้กับทรานซิสเตอร์จริง (อาจจะเรียกว่า "fast spice") ประเด็นก็คือไฟฟ้า (เครื่องเทศ) สามารถจัดการความสมมาตรของ mosfet ได้อย่างง่ายดาย ...

— mazurnification

แน่นอนว่ามีความเป็นไปได้ที่จะจำลองวงจรที่สาเหตุและผลกระทบไม่ได้สร้างกราฟ acyclic โดยตรงและการเพิ่มขึ้นของแรงม้าคอมพิวเตอร์ในช่วงสิบปีที่ผ่านมาทำให้การจำลองเต็มรูปแบบในทางปฏิบัติสำหรับการออกแบบที่มีขนาดใหญ่กว่า ฉันจะไม่แปลกใจ แต่ถ้าวงจรที่สามารถทำให้เกิดผลแมปอย่างไรก็ตามจะคล้อยตามการจำลองที่เร็วกว่าที่ไม่สามารถหรือถ้าแจ้งการจำลองที่ทรานซิสเตอร์บางอย่างควรจะเรียกเท่านั้นที่จะผ่านกระแสใน ทิศทางเดียวอาจช่วยให้จับความผิดพลาด ...

— SuperCat

... มันจะจบลงที่กระแสในทางอื่น แน่นอนว่าด้วยเหตุผลแบบคงที่ปัญหาดังกล่าวมักจะทำให้เกิด VDD-VSS สั้น แต่ในตรรกะแบบไดนามิกมันอาจทำให้เกิดปัญหาโดยไม่ต้องสั้น VDD-VSS ไม่แน่ใจว่ามีการใช้ตรรกะแบบไดนามิกมากน้อยเพียงใดนอก DRAMs (ใช่หรือไม่) ประเด็นหลักของฉันคือแหล่งข้อมูลการติดฉลากและการระบายเนื่องจากนิสัยจะได้ประโยชน์อย่างน้อยผู้จำลอง

— supercat

0

MOSFET ต้องการสองสิ่งสำหรับกระแสที่ไหล: ชาร์จตัวส่งสัญญาณในช่องทางและแรงดันไฟฟ้าไล่ระดับสีระหว่างแหล่งกำเนิดและท่อระบายน้ำ ดังนั้นเรามีพื้นที่พฤติกรรมสามมิติที่จะดู ลักษณะที่มาของแหล่งระบายมีลักษณะดังนี้: ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

สมมุติว่าเรามีทรานซิสเตอร์ nmos และส่วนใหญ่และแหล่งกำเนิดอยู่ที่ 0V ลองตั้งค่าแรงดันของท่อระบายน้ำให้สูงด้วยกล่าวว่า 5V หากเรากวาดประตูแรงดันไฟฟ้าเราจะได้อะไรที่มีลักษณะดังนี้:

ขนาดใหญ่

เพื่อให้มีผู้ให้บริการชาร์จจำนวนมากในช่องทางเราจำเป็นต้องมีพื้นที่พร่องเชื่อมต่อแหล่งที่มาและท่อระบายน้ำและเรายังต้องดึงผู้ให้บริการจำนวนมากออกจากแหล่งที่มา หากแหล่งกำเนิดและเกตเป็นแรงดันไฟฟ้าเดียวกันนั่นหมายความว่าช่องสัญญาณส่วนใหญ่จะเป็นแรงดันไฟฟ้าเดียวกันกับแหล่งกำเนิดและผู้ให้บริการจำเป็นต้องกระจายสัญญาณไปทั่วทรานซิสเตอร์ก่อนที่จะสามารถ "ตกลง" ลงในท่อระบายน้ำได้ หากแรงดันเกตของแหล่งกำเนิดสูงเพียงพอระดับความลาดชันของแรงดันไฟฟ้าจะมีความสำคัญใกล้กับแหล่งกำเนิดมากขึ้นและพาหะจะถูกดึงเข้าสู่ช่องสัญญาณทำให้มีประชากรมากขึ้น

— Aphaea
แหล่งที่มา

สิ่งนี้อธิบายถึงทฤษฎีการดำเนินงานของ MOSFET แต่ไม่ได้พูดอะไรเกี่ยวกับความสมมาตรที่เป็นไปได้และไม่ตอบคำถามของโทมัสหากแหล่งที่มาและการระบายน้ำสามารถใช้แทนกันได้

— stevenvh

0

2 เซนต์ของฉันมีค่า: เมื่อเทียบกับสองขั้วฉันรู้ว่าคุณสามารถสลับ C และ E และมันยังทำงานอยู่ แต่ด้วย hFE ต่ำกว่าและระดับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน: VBE อนุญาตให้สูงสุดได้ประมาณ 5 ถึง 7V โดยปกติ; VCB เช่นเดียวกับ VCE หรือมากกว่า (เช่นแผ่นข้อมูล BC556 จาก Fairchild ซึ่งระบุ VCBO ซึ่งสูงกว่า VCEO) ร่างกายมีความแตกต่าง (ใหญ่) ระหว่าง C และ E (ขนาดรูปร่างและ / หรือยาสลบ) ซึ่งอธิบายความไม่สมดุลของตัวเลข และฉันก็เห็นสิ่งนี้ในห้องแล็บด้วย มันเกิดขึ้นหลายต่อหลายครั้งที่มีคนแลกเปลี่ยน C และ E โดยบังเอิญและแปลกใจว่ามันยังใช้งานได้ แต่ไม่ค่อยดี

จะน่าสนใจถ้ามีคนรับกราฟของ ID (และ RDSon) เทียบกับ VGD สำหรับ (กำลังไฟ MOSFET N-channel ปัจจุบันยังไม่สามารถเข้าถึงห้องปฏิบัติการได้ในขณะนี้

— เดวิดเอส
แหล่งที่มา