¿Características de entrada de MOSFET en la región del triodo?

Navega tus respuestas
2

Cuando un MOSFET opera en la región de saturación, es decir, \ $ V_ {GS} > V_ {th} \ $ y \ $ V_ {DS} ≥ (V_ {GS} - V_ {th}) \ $, la ecuación de corriente de drenaje indica claramente la relación parabólica entre la corriente de drenaje y el voltaje de entrada:

\ [ I_ {Dsat} = Kn '\ cdot \ dfrac {W} {2L} \ cdot (V_ {GS} −V_ {th}) ^ 2 \]

por lo tanto, \ $ I_ {Dsat} \ $ es directamente proporcional al cuadrado de \ $ V_ {GS} \ $.

Sin embargo, cuando se opera en la región del triodo, la ecuación de la corriente de drenaje viene dada por:

\ [ I_D = Kn '\ cdot \ dfrac {W} {L} \ cdot \ left [(V_ {GS} −V_ {th}) V_ {DS} - \ dfrac {V_ {DS} ^ 2} {2} \ right ] \]

¿Tengo razón al decir que, para un \ $ V_ {DS} \ $ fijo, la corriente de drenaje depende linealmente de \ $ V_ {GS} \ $? Aunque la ecuación indica una relación lineal entre la corriente de drenaje y el voltaje de entrada para un \ $ V_ {DS} \ $ fijo, de manera que el dispositivo se encuentra en una región lineal, los resultados de la simulación son bastante diferentes.

En lugar de una línea recta, la simulación produce una curva parabólica que se satura para algún valor de \ $ V_ {GS} \ $ (incluso si no hay una resistencia conectada entre el drenaje y \ $ V_ {DD} \ $ ).

Edit

Aquí hay algunas preguntas:

Lo que entiendo es que, si el MOSFET está saturado, la curva ID contra VGS sería una parábola como se muestra:

ElcambiodeVDSnotieneefectoenestacurva(descuidandolamodulacióndelalongituddelcanal),¿verdad?

PerosiIDcontraVGSsetrazaparaelMOSFETenlaregióndeltriodo,seríalineal(paraunVDSfijotalqueeldispositivoestáenlaregióndeltriodo)comosedesprendedelaecuación:\[I_D=Kn'\cdot\dfrac{W}{L}\cdot\left[(V_{GS}−V_{th})V_{DS}-\dfrac{V_{DS}^2}{2}\right]\]

Porlotanto,enlaecuaciónanterior,siVDSesfijo,laIDvariarálinealmenteconVGS.

¿PorquénoseexplotaestacaracterísticadeMOSFET?¿Porquénosconformamosconlarelación"casi lineal" de ID frente a VDS cuando podemos tener una variación perfectamente lineal de ID con VGS?

    
pregunta Aditya Patil

1 respuesta

5

¿Qué quieres decir con "características de entrada"?

Los libros de texto y las hojas de datos describen el comportamiento de los MOSFET utilizando dos gráficos:

  • Características de salida : \ $ I_D \ $ versus \ $ V_ {DS} \ $ con \ $ V_ {GS} \ $ como parámetro.

  • Característica de transferencia : \ $ I_ {D} \ $ versus \ $ V_ {GS} \ $ en un valor fijo de \ $ V_ {DS} \ $ dado (este último es elegido de modo que el MOSFET esté en la región de saturación).

No hay una "característica de entrada" (como la curva \ $ I_B \ $ versus \ $ V_ {BE} \ $ de un BJT) porque la otra cantidad de entrada además de \ $ V_ {GS} \ $, a saber \ $ I_G \ $, es prácticamente cero en DC (y todas estas curvas asumen operaciones de DC). Por lo tanto, no tendría mucho sentido trazar \ $ I_G \ $ versus \ $ V_ {GS} \ $, a menos que quisiera analizar la corriente de la puerta de fuga, pero asumo que no está interesado en eso.

Así que está claro (también por un comentario tuyo) que con característica de entrada te refieres a la característica de transferencia (TC). Tenga en cuenta que el TC se traza con un voltaje de fuente de drenaje fijo que garantiza que el MOSFET está saturado para cada valor \ $ V_ {GS} \ $ en el eje horizontal. Esto se hace porque el TC es útil cuando el MOSFET está saturado, es decir, cuando la corriente de salida depende únicamente del voltaje de entrada (sin considerar el "efecto inicial"), por ejemplo, cuando desea utilizar el MOSFET como amplificador y necesita para dibujar una línea de carga para diseñar su circuito de polarización.

Si traza el TC para diferentes valores de \ $ V_ {DS} \ $ obtendrá una familia de curvas TC. Por ejemplo, considere esta simulación de circuito con LTspice:

AltrazarelTCparadiferentes\$V_{DS}\$valoresqueobtienes:

Como puede ver, cuanto más aumente \ $ V_ {DS} \ $, más se parecerá la curva a una parábola, como esperaría para la TC en saturación. Observe que esta parte muestra una tensión de umbral \ $ V_ {th} \ approx 4V \ $.

Consideremos qué sucede si \ $ V_ {DS} \ $ no es lo suficientemente grande como para conducir el MOSFET en saturación por cada valor de $ V_ {GS} \ $, como en la curva azul más baja (Nota: para presentar un trama más reveladora seleccioné la curva correspondiente a \ $ V_ {DS} = 2V \ $, mientras que la curva azul más baja anterior corresponde a \ $ V_ {DS} = 1V \ $):

Comopuedever,enlaregióndesaturaciónseobtieneunacurvacuadrática,mientrasqueenlaregióndetriodoseobtieneunacurvalineal.Todocomoseesperaba,exceptoquelosdispositivosrealesnotienenuncambioabruptoentrelasdosregionesyquelalinealidaddelaregióndeltriodonoesperfectadebidoaqueeldispositivonoesideal(losmodelosSPICEsuelentenerencuentaestosefectos).p>

Siveensusimulaciónunadesviaciónabruptadeestecomportamiento,esposiblequehayaintentadotrazarlascurvasfueradelrangodelosvoltajes/corrientesadmisiblesparasudispositivo.Tengaencuentaquelimitéelprimergráficoaunmáximode14A/20V,quesonlasclasificacionesmáximasabsolutasparaeldispositivoqueelegí.Sinotienesestoencuenta,destruiráseldispositivo(enlavidareal)oobtendrásresultadosextraños(ensimulaciones).

EDIT(enrespuestaauncomentarioyunapreguntaedit)

Ustedpreguntaporquénoseexplotalacurvalineal"perfectamente" para \ $ I_D \ $ versus \ $ V_ {GS} \ $ en la región óhmica. Aquí hay una idea:

¿Por qué necesita una característica lineal entre la entrada (\ $ V_ {GS} \ $) y la salida (\ $ I_D \ $)? Por lo general, para utilizar el dispositivo como un amplificador (lineal). ¿Pero cuáles son las condiciones que permiten tener esa linealidad? \ $ V_ {DS} \ $ debe mantenerse constante. Por lo tanto, para hacer un amplificador de esta manera, tiene que insertar una carga en el circuito de salida y todavía mantenga \ $ V_ {DS} \ $ constante. Puede comprender que dicha carga no puede ser una resistencia simple (que es el tipo de carga más simple). Por lo tanto, necesita un circuito mucho más complejo (con otros dispositivos activos).

En el otro lado, puedes usar el mismo MOSFET sesgado en la saturación y obtener un amplificador lineal decente: incluso si el comportamiento del dispositivo no es intrínsecamente lineal, sino cuadrático, existen técnicas de linealización (por ejemplo, emplee esquemas de retroalimentación simples, como una resistencia en serie con el terminal fuente) que permiten que el amplificador general se vuelva más lineal.

    
respondido por el Lorenzo Donati

Lea otras preguntas en las etiquetas

¿Cómo puede el cargador USB SparkFun Lipo alimentar otros dispositivos al mismo tiempo que se está cargando? ¿Cómo funciona este regulador de encendido lento?