¿Por qué el drenaje del terminal de origen del MOSFET funciona de manera diferente mientras que su estructura física es similar / simétrica?
Este es un MOSFET:
Puede ver que el drenaje y la fuente son similares.
Entonces, ¿por qué necesito conectar uno de ellos a VCC y el otro a GND?
Mito: los fabricantes conspiran para colocar diodos internos en componentes discretos, de modo que solo los diseñadores de IC pueden hacer cosas claras con MOSFET de 4 terminales.
Verdad: los MOSFET de 4 terminales no son muy útiles.
Cualquier unión P-N es un diodo (entre otras formas de hacer diodos). Un MOSFET tiene dos de ellos, aquí mismo:
EsagranpartedelsiliciodopadoconPeselcuerpooelsustrato.Teniendoencuentaestosdiodos,sepuedeverqueesbastanteimportantequeelcuerpoestésiempreaunvoltajemásbajoquelafuenteoeldrenaje.Delocontrario,losdiodossedesvíanhaciadelante,yesoprobablementenosealoquequerías.
Peroespera,seponepeor!UnBJTesunsándwichdetrescapasdematerialesNPN,¿verdad?UnMOSFETtambiéncontieneunBJT:
Si la corriente de drenaje es alta, entonces el voltaje a través del canal entre la fuente y el drenaje también puede ser alto, porque \ $ R_ {DS (encendido)} \ $ no es cero. Si es lo suficientemente alto como para desviar el diodo de origen del cuerpo, ya no tiene un MOSFET: tiene un BJT. Eso es también no es lo que querías.
En los dispositivos CMOS, se pone aún peor. En CMOS, tiene estructuras PNPN, que hacen un tiristor parásito. Esto es lo que causa latchup .
Solución: corta el cuerpo a la fuente. Esto corta el emisor de base del parásito BJT, manteniéndolo firmemente apagado. Lo ideal es que no lo haga a través de cables externos, porque entonces el "corto" también tendría una alta inductancia y resistencia parasitaria, lo que hace que la "retención" del BJT parásito no sea tan fuerte. En su lugar, los cortas justo en el dado.
Es por esto que los MOSFET no son simétricos. Puede ser que algunos diseños sean simétricos, pero para hacer un MOSFET que se comporte de manera confiable como un MOSFET, debe abreviar una de esas N regiones en el cuerpo. Para cualquiera que haga eso, ahora es la fuente, y el diodo que no cortó es el "diodo del cuerpo".
Esto no es nada específico de transistores discretos, en realidad. Si tiene un MOSFET de 4 terminales, debe asegurarse de que el cuerpo esté siempre en el voltaje más bajo (o más alto, para dispositivos de canal P). En los circuitos integrados, el cuerpo es el sustrato para todo el circuito integrado, y generalmente está conectado a tierra. Si el cuerpo tiene un voltaje más bajo que la fuente, entonces debe considerar el efecto del cuerpo . Si observa un circuito CMOS donde hay una fuente que no está conectada a tierra (como la compuerta NAND a continuación), realmente no importa, porque si B es alto, entonces el transistor más bajo está encendido y el que está más bajo. Por encima de él, realmente tiene su fuente conectada a tierra. O bien, B es bajo y la salida es alta, y no hay ninguna corriente en los dos transistores inferiores.
Además de la respuesta de Phil, ocasionalmente verá una representación de un MOSFET que brinda más detalles de la asimetría
De
El enlace asimétrico desde el sustrato (cuerpo) a las fuentes se muestra como una línea de puntos.
Desde el punto de vista de un dispositivo físico, son los mismos. Sin embargo, cuando se producen FET discretos, hay un diodo interno formado por el sustrato que tiene su cátodo en el drenaje y el ánodo en la fuente, por lo que debe usar el terminal de drenaje marcado como el drenaje y el terminal de origen marcado como la fuente.