¿Por qué Vgs activa y no Vgd un MOSFET?

Debido a que la Figura 1 que publicaste se refiere a un dispositivo 4-terminal , no a uno de 3 terminales. Si observa el símbolo esquemático en la Figura 1, observará que el terminal del cuerpo es un terminal separado que no está conectado al terminal fuente. Los MOSFET para la venta son casi siempre dispositivos de 3 terminales donde la fuente y el cuerpo están conectados entre sí.

Si la memoria me funciona bien (no estoy seguro al 100%, parece estar corroborado por este folleto ), en un dispositivo de 4 terminales no hay diferencia entre la fuente y el drenaje, y es el voltaje del cuerpo de la puerta lo que determina el estado de encendido del canal, con la advertencia de que el cuerpo es se supone que es el voltaje más negativo en el circuito para un dispositivo de canal N, o el voltaje más positivo en el circuito para un dispositivo de canal P.

( edit: encontró una referencia para Física del dispositivo MOSFET . El comportamiento de la fuente de drenaje sigue siendo simétrico, pero depende de los voltajes de la fuente de la puerta y del drenaje de la puerta. En el canal N, si ambos son negativos, el canal no es conductor. Si uno es mayor que la tensión de umbral, entonces obtendrá un comportamiento de saturación (corriente constante). Si ambos son mayores que la tensión de umbral, obtendrá un comportamiento de triodo (resistencia constante). El cuerpo / volumen / sustrato aún debe ser la tensión más negativa en el circuito, por lo que para obtener el comportamiento invertido en un circuito, el cuerpo y el drenaje tendrían que estar unidos.

En un dispositivo de canal P, esta polaridad se invierte.)

Observe detenidamente los símbolos esquemáticos convencionales de los MOSFET de canal N y P ( de Wikipedia ):

y la figura de Wikipedia en MOSFET en funcionamiento , y verá la conexión de la fuente del cuerpo.

La sección transversal simétrica, tal como se suele dibujar, no está del todo de acuerdo con la estructura real, que es altamente asimétrica. En realidad se parece más a esto:

con un área mucho más grande para el drenaje que para la fuente. Es posible especificar \ $ I_D \ $ vs \ $ V_ {GD} \ $, pero obtendrá una relación totalmente diferente, que es bastante irrelevante en las aplicaciones de origen comunes, que son las más utilizadas.

La operación de un MOSFET determinado está determinada por los voltajes en sus respectivos electrodos (drenaje, fuente, compuerta, cuerpo).

Por convención de libro de texto en NMOS de dos electrodos "conectados al canal" (entre los cuales, en circunstancias "normales", fluye la corriente) el que está conectado al potencial más bajo se denomina fuente y el que está conectado a un nivel más alto es el drenaje. Lo contrario es cierto para PMOS (mayor fuente potencial, menor potencial de drenaje).

Luego, utilizando esta convención, se presentan todas las ecuaciones o textos que describen el funcionamiento del dispositivo. Esto implica que cada vez que el autor del texto sobre NMOS dice algo sobre las fuentes de transistores, piensa en un electrodo conectado a un potencial más bajo.

Ahora, lo más probable es que los fabricantes de dispositivos opten por llamar a los pines de fuente / drenaje en sus dispositivos según la configuración prevista en la que se colocará el MOSFET en los circuitos finales. Por ejemplo, en el pin NMOS normalmente conectado a un potencial más bajo se llamará fuente.

Así que esto deja dos casos:

A) El dispositivo MOS es simétrico; este es un caso para la gran mayoría de las tecnologías en las que se fabrica VLSI IC.

B) El dispositivo MOS es asimétrico (ejemplo vmos). Este es un caso para algunos (¿la mayoría?) dispositivos de potencia discreta

En el caso de A): no importa qué lado del transistor esté conectado a un potencial más alto / más bajo. El dispositivo funcionará exactamente igual en ambos casos (y qué electrodo llamar a la fuente y qué drenaje es solo una convención).

En el caso de B): importa (obviamente) qué lado del dispositivo está conectado a qué potencial, ya que el dispositivo está optimizado para funcionar en una configuración determinada. Esto significará que las "ecuaciones" que describen el funcionamiento del dispositivo serán diferentes en caso de que el pin llamado "fuente" esté conectado a un voltaje más bajo, en comparación con el caso en el que está conectado a un nivel más alto.

En su ejemplo, el dispositivo fue diseñado para ser asimétrico con el fin de optimizar ciertos parámetros. La tensión de frenado de la "fuente de la puerta" se redujo como una compensación para obtener un mejor control de la corriente del canal cuando se aplica la tensión de control entre los pines llamados puerta y fuente.

Editar: Ya que hay algunos comentarios sobre la simetría del mos, aquí hay una cita de Behzad Razavi "Diseño de los circuitos integrados CMOS analógicos" p.12

Un MOSFET requiere dos cosas para que fluya la corriente: los portadores de carga en el canal y un gradiente de voltaje entre la fuente y el drenaje. Entonces, tenemos un espacio de comportamiento tridimensional para mirar. La característica de la fuente de drenaje se ve algo como esto:

Supongamosquetenemosuntransistornmos,yelvolumenylafuenteestána0V.Tambiénajustemoselvoltajededrenajealto,digamos5V.Sibarremoselvoltajedelacompuerta,obtendríamosalgoquesepareceaesto:

Para que haya cantidades sustanciales de portadores de carga en el canal, necesitamos una región de agotamiento que conecte la fuente y el drenaje, y también necesitamos sacar un puñado de portadores de la fuente. Si la fuente y la compuerta tienen el mismo voltaje, esto significa que la mayoría del canal también es esencialmente el mismo voltaje que la fuente, y los operadores deben difundir la mayor parte del camino a través del transistor antes de que puedan "caer" en el drenaje. Si el voltaje de la fuente de la compuerta es lo suficientemente alto, el gradiente de voltaje será más significativo cerca de la fuente, y las portadoras entrarán en el canal, permitiendo una mayor población.

Mi valor de 2 centavos: en comparación con los bipolares, sé que puede intercambiar C y E y aún funciona, pero con valores de HFE más bajos y diferentes voltajes: el VBE puede alcanzar un máximo de 5 a 7 V por lo general; VCB igual que VCE o más (consulte, por ejemplo, la hoja de datos BC556 de Fairchild, que especifica VCBO, que es incluso más alta que VCEO). Físicamente hay una diferencia (grande) entre C y E (tamaño, forma y / o dopaje) que explica la asimetría en las figuras. Y también he visto esto en el laboratorio. Ocurre una y otra vez que alguien intercambia C y E por accidente y se sorprende de que todavía funcione pero no muy bien.

Sería interesante si alguien obtuviera una gráfica de ID (y RDSon) frente a VGD para un (MOSFET de canal N de potencia. No tengo acceso de laboratorio actualmente.