Efecto del voltaje de la fuente de drenaje en la operación NMOS

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He intentado comprender el funcionamiento de NMOS a través de varios tutoriales en línea, pero me estoy atascando en comprender el efecto de aumentar el voltaje de drenaje en el flujo de corriente y la longitud del canal. Entendí que a una corriente similar de drenaje y fuente, la corriente no fluye y solo después de aplicar un potencial positivo para drenar, la corriente comienza a fluir desde la fuente hacia el drenaje. ¿Alguien puede explicarme las características cuando la tensión de la fuente de drenaje aumenta gradualmente y especialmente su relación con la tensión de umbral?

    

2 respuestas

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Cuando aplica un voltaje a la puerta de un FET NMOS que es mayor que el voltaje de umbral \ $ V_ {t} \ $, se forma un canal de electrones debajo de la puerta. Ese canal conecta el drenaje y la fuente de manera que cuando se aplica una tensión \ $ V_ {ds} \ $, fluye una corriente entre estos terminales. En este modo, el MOSFET se comporta casi como una resistencia, por lo que el flujo de corriente depende (aunque no de manera lineal) de \ $ V_ {ds} \ $, pero la corriente también aumentará con el voltaje de la fuente de la puerta \ $ V_ {gs} \ $ porque aumentar esto hace que el canal sea más profundo, reduciendo su resistencia. Eso explica la primera parte de la curva (activa o triodo).

Sin embargo, el campo eléctrico cerca del drenaje no solo depende de \ $ V_ {gs} \ $ sino también de \ $ V_ {ds} \ $. Una vez que \ $ V_ {ds} = V_ {gs} - V_ {t} \ $ (llamado \ $ V_ {ds, sat} \ $) el campo eléctrico se cancela cerca del drenaje y el canal se vuelve más corto, ya no alcanza el drenaje , dejando una región de agotamiento entre el final del canal y el drenaje. Cualquier aumento adicional en \ $ V_ {ds} \ $ se elimina en esta región de agotamiento, por lo que el voltaje en el canal permanece constante en \ $ V_ {ds, sat} \ $ y el flujo de corriente también es constante. Esa es la segunda región de la curva (saturación).

La explicación de la región de saturación anterior sugeriría que la corriente de FET es constante con \ $ V_ {ds} \ $ en la región de saturación. Obviamente, a partir de las curvas de corriente-voltaje podemos ver que este no es el caso, y en realidad la corriente aumenta lentamente. Esto se debe a un efecto llamado modulación de la longitud del canal. A medida que \ $ V_ {ds} \ $ continúa aumentando, cancela el canal invertido aún más lejos del drenaje, lo que lleva al acortamiento del canal. Esto reduce la resistencia del canal (la resistencia es proporcional a la longitud) que conduce a un mayor flujo de corriente.

Obviamente hay muchos efectos de segundo orden que no se cubren aquí, ¡pero esos son los conceptos básicos!

    
respondido por el sobremesa
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Puede ver fácilmente las curvas características en cualquier hoja de datos MOSFET.

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También puedes ver las ecuaciones derivadas empíricamente si buscas un poco en Google.

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Finalmente, puedes usar cualquiera de los simuladores SPICE gratuitos para configurar una simulación rápida y correr las curvas por ti mismo.

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respondido por el John D

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