Em uma NMOS, a corrente flui da fonte para o dreno ou vice-versa?

23

Em uma NMOS, a corrente flui da fonte para o dreno ou vice-versa?

Esta página da Wikipedia está me confundindo: http://en.wikipedia.org/wiki/MOSFET

Imagem que está me confundindo

A imagem acima me confunde. Para o canal N, mostra a polaridade do diodo indo em direção à fonte em alguns, mas longe da fonte em outros.

Gostaria de saber qual terminal deve ser conectado à fonte de energia (ou seja, o terminal positivo da bateria) e qual deve ser conectado ao usuário de energia (ou seja, motor elétrico).

PitaJ
fonte

Respostas:

15

A corrente convencional flui do dreno à fonte em um MOSFET do canal N.
A seta mostra a direção do diodo do corpo em um MOSFET com um diodo parsítico entre a fonte e o dreno através do substrato. Este diodo está ausente no silício no saphire.

2a é uma topologia JFet tão diferente.

2d é um MOSFET sem diodo corporal. EU'

\ 2e é um FET no modo de depleção - está ligado sem tensão de porta e leva tensão negativa para desligar o FET. Portanto, o diodo possui outra polaridade, caso contrário o diodo do corpo conduziria sempre que houvesse tensão no portão.

Russell McMahon
fonte
Normalmente, você usa 2d (melhor ainda, sem seta, pois a fonte / dreno é determinada pela tensão e não a priori) nos circuitos digitais. De fato, o volume geralmente está conectado ao trilho (VCC ou GND, dependendo da polaridade do MOSFET). Mas sim, existem "MOSFETs" sem diodo corporal: transistores de filme fino (orgânicos ou inorgânicos) são um exemplo.
next-hack
@ next-hack (2) Sim. Também dispositivos de substrato isolantes, como Silicon on Saphire. (1) Não gosto do símbolo sem seta. O seu comentário "... determinado pela tensão ..." é um tanto ambíguo (não está errado por si só - apenas com significado incerto aqui.) Um determinado dispositivo físico é sempre um canal P ou N e a fonte e a identidade dos três terminal não muda. O canal é aprimorado em 2 quadrantes por Vgs; portanto, por exemplo, um fluxo de corrente de canal N pode ser D para S ou S para D, mas Vgs sempre deve ser positivo para ligar o dispositivo. Eu sei que você sabe disso, mas eu li o seu comentário como sugerindo o contrário.
Russell McMahon
Sim, desculpe, eu estava me referindo a MOSFETs planares nos ICs, onde são simétricos e são desenhados como dispositivos de 3 terminais, porque o substrato está conectado ao VDD (pMOSFETs) ou GND (nMOSFETs).
next-hack
40

Quando um canal existe em um MOSFET, a corrente pode fluir do dreno para a fonte ou da fonte para o dreno - é uma função de como o dispositivo está conectado no circuito. O canal de condução não possui polaridade intrínseca - é como um resistor nesse sentido.

O diodo corporal intrínseco no interior do MOSFET é paralelo ao canal de condução. Quando o canal de condução está presente, o diodo é desviado e a corrente flui através do caminho de menor resistência (o canal). Quando o canal está desligado, o diodo está no circuito e irá conduzir ou bloquear, dependendo da polaridade da corrente da fonte de drenagem.

Como mostra sua imagem, existem dispositivos de canal N e canal P, bem como dispositivos de modo de aprimoramento e modo de depleção. Em todos esses casos, a corrente pode fluir da fonte para o dreno, bem como do dreno para a fonte - é apenas uma questão de como o dispositivo está conectado no circuito.

Sua imagem não mostra o diodo intrínseco nos dispositivos - a seta apontada para ou afastada do portão é uma indicação do tipo de canal (o canal N aponta para o portão, o canal P aponta para o portão).

MOSFET de aprimoramento de n canais

Este símbolo mostra o diodo inerente entre o dreno e a fonte.

Vgumate>Vsovocêrce . Para isso acontecer)

Vgumate<Vsovocêrce

Dispositivos delpetion N-canal tem um canal padrão, e necessitam de uma voltagem na porta menor do que a fonte, a fim de ativar o canal de fora . O canal pode ser ampliado até um certo ponto, aumentando a tensão entre a porta e a fonte acima de 0.

Dispositivos de depleção de canal P também tem um canal padrão, e necessitam de uma voltagem na porta maior do que a fonte, a fim de ativar o canal de fora . O canal pode ser ampliado até um certo ponto, diminuindo a tensão entre a porta e a fonte abaixo de 0.

Adam Lawrence
fonte
7
Eu gostaria que o artigo da Wikipedia fosse tão claro.
Timmmm 21/01
1
Ótima resposta, obrigado. Acho que a resposta será benéfica se você também explicar para que serve o diodo. Supondo que haja uma explicação simples, é claro.
Violet Giraffe
2
@VioletGiraffe Não é para nada, realmente. É apenas uma consequência da construção física da peça. Alguns projetos experientes fazem uso dele, e alguns fabricantes também especificam seu desempenho.
Adam Lawrence
5

Não participei de nenhuma aula de semicondutores, mas se você estiver interessado em uma resposta restrita à operação em nível de circuito, a resposta rápida é:

com NMOS , a corrente flui do dreno para a fonte (a seta aponta para longe do dispositivo na fonte) com o PMOS , a corrente flui do fonte para o dreno (a seta aponta para o dispositivo na fonte)

No diagrama acima, as palavras canal P se referem ao tipo de canal que se forma embaixo do Gate. OP significa que o canal se forma no semicondutor do tipo P, enquanto o N significa um semicondutor do tipo N.

Com relação à confusão. você está certo, é confuso. O que você está vendo é conhecido como um terminal vinculado ao corpo da fonte. Em alguns aplicativos, isso é útil (veja mais abaixo). Ignore-o por enquanto.

Geralmente, ao examinar um esquema de circuito analógico, é convencional ver setas no terminal Source do transistor.

Ao examinar os esquemas digitais no nível do transistor (em oposição aos portões no nível da porta, isto é, AND, OR, XOR), convencionalmente, não há setas. O aspecto distintivo é que o PMOS terá uma pequena bolha no terminal Gate, enquanto o NMOS não terá nenhuma bolha. Tenha certeza, eles são de fato os mesmos transistores (PMOS e NMOS) em aplicativos analógicos e digitais. Mas a maneira como eles são operados é muito diferente.

Curiosidade para um iniciante O transistor é um dispositivo de quatro terminais: Gate, Drain, Source e Body. Como introdução à microeletrônica, é convencional ignorar o terminal da carroceria intialmente, mas apenas para ajudá-lo a familiarizar você com as principais equações. No entanto, existe um fenômeno semicondutor conhecido como efeito do corpo, que introduz uma camada adicional de complexidade nos cálculos manuais com relação ao cálculo do ponto operacional quiescente de um transistor (ponto operacional quiescente é uma palavra importante que você encontrará; é apenas uma fantasia palavra que significa o ponto de operação IV ou de tensão de corrente do transistor em questão.)

Modelar um transistor é uma tarefa altamente complexa e é uma disciplina de engenharia elétrica ou física aplicada. Qualquer livro introdutório em microeletrônica geralmente inicia um capítulo mencionando junções pn (um tipo de semicondutor de silício dopado).

Se você está realmente interessado e tem uma compreensão básica de equações quadráticas e álgebra, pode dar uma olhada em um ótimo livro introdutório escrito por Behzad Razavi . Eu gostaria de ter este livro quando tirei microeletrônica na universidade. No entanto, pressupõe uma compreensão dos circuitos básicos (ou seja, resistores, capacitores e indutores).

adiles
fonte
2
Entender como modelar um FET com precisão máxima pode exigir um curso universitário ou equivalente. Mas entender o modelo básico e como usá-lo em um circuito é algo que a maioria dos entusiastas deve ser capaz de fazer.
The Photon
4

Sim, a corrente pode fluir do dreno para a fonte e vice-versa. Para simplificar ainda mais, gostaria de acrescentar um pouco do que @ Adam Lawrence mencionou.

Tenho certeza de que você está familiarizado com a seção transversal do transistor CMOS. Você pode ver que a seção transversal do Mosfet é MESMO a partir da linha vertical central. Portanto, o terminal (dos dois terminais nas laterais da nmos) possui uma voltagem mais alta que o outro terminal, que se torna seu dreno (para NMOS) e o outro terminal com menor voltagem se torna a fonte (para nmos). O inverso é seguido para pmos.

No entanto, tenha cuidado ao comprar / lidar com Mosfets discretos de 3 pinos (por exemplo, SiHG47N60EF ), onde o volume interno já está conectado à fonte (para nmos) ou ao dreno (para pmos) internamente. Isso faz com que os pinos mosfet sejam predefinidos conforme mencionado na folha de dados. Nesse caso, o acima exposto ainda é verdade: o terminal de alta tensão é drenado e o terminal de baixa voltagem é a fonte para o Nmos. No entanto, se você aplicar uma voltagem mais alta à fonte predefinida, conforme mencionado na folha de dados, as tensões limite não serão as mesmas mencionadas na folha de dados. E o seu transistor não se comportará da mesma forma que está especificado na folha de dados.

insira a descrição da imagem aqui

dr3patel
fonte
1
Mas essa comutação baseada em tensão não funcionaria na maioria dos transistores reais, porque eles são diódicos, certo?
PitaJ
1
Sim, eles estão. Esses mosfets diódicos são chamados de diodo reverso do corpo, que possuem uma estrutura ligeiramente diferente da acima e você está certo, eles não funcionarão se você trocar os pinos de drenagem e fonte. A figura acima mostra o mosfet geralmente referido em um chip integrado, ou seja, projetos VLSI.
dr3patel
A imagem mostra o tipo de MOSFET usado em circuitos integrados, pois permite que as conexões de fonte e dreno de cada transistor sejam separadas, à custa de conectar o substrato de cada transistor e à despesa mais significativa da exigência de que toda fonte, porta e conexões de drenagem sejam feitas no mesmo lado da matriz.
Supercat