¿Por qué el voltaje de sobremarcha en un semiconductor NMOS o PMOS depende del voltaje de la puerta a la fuente?

Answer 1

Un dispositivo MOS tiene en general dos regiones de operación, sub-umbral y por encima del umbral (que, más o menos, depende del voltaje de la puerta a la fuente. Ambos modos tienen regímenes triodos y saturados). Su pregunta se refiere implícitamente al régimen de saturación por encima del umbral. Entonces, eso es en lo que me enfocaré.

En lo que sigue, asumiré un NMOS. Además, ignore los comentarios entre paréntesis para obtener una explicación más intuitiva.
El número de portadores de carga en el canal (capa de inversión, que es la región donde se encuentran todos los portadores de carga) depende de la puerta a la fuente de voltaje. Cuanto mayor es el voltaje, más son los portadores de carga, que son electrones en el caso de NMOS. Un hecho importante para recordar es que en el régimen de saturación del umbral anterior, el potencial del canal (llamado potencial de superficie. El “hecho” puede demostrarse matemáticamente) tiende a permanecer casi constante. Cuando hace que el voltaje de drenaje sea más positivo que el potencial del canal, comienza a desviar los electrones (debido a la polarización inversa en la unión pn del canal t0 de drenaje). El sifón solo funciona mientras el voltaje de drenaje sea más alto que el voltaje del canal. Este efecto se compensa aproximadamente con la reducción en la longitud del canal a medida que aumenta el voltaje de drenaje. Los dos efectos opuestos resultan en saturación cuando la corriente no aumenta incluso cuando aumenta el voltaje de drenaje.

Espero que esto haya aclarado las cosas. Pero realmente tendrá que estudiar esto cuidadosamente si necesita comprenderlo mejor. Una buena referencia para entender es el capítulo 2 y 3 de este libro. Pero, hay varios otros.

Answer 2

Porque la Fuente es de donde la Puerta obtiene su voltaje de referencia. Los dos están literalmente conectados a la misma fuente de voltaje, pero ven un potencial diferente dependiendo de la configuración del circuito. Si conecta la puerta a la referencia en lugar del voltaje en el drenaje, habrá cambiado su drenaje a una fuente (o más bien, su fuente a un drenaje). Sin embargo, hacerlo es considerablemente temerario, debido a la asimetría intencional de las configuraciones de unión y al uso ocasional de diodos corporales para lograr especificaciones de rendimiento particulares. Aunque no todos los MOSFET se crean de la misma manera, comparten una verdad: la Fuente es el terminal que proporciona los portadores de carga.

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Enfin, una rosa con cualquier otro nombre olería tan dulce.