¿Por qué el drenaje del terminal fuente del MOSFET funciona de manera diferente mientras 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 para que solo los diseñadores de circuitos integrados puedan hacer cosas buenas con MOSFET de 4 terminales.
Verdad: los MOSFET de 4 terminales no son muy útiles.
Cualquier unión PN es un diodo (entre otras formas de hacer diodos). Un MOSFET tiene dos de ellos, aquí mismo:
Esa gran parte de silicio dopado con P es el cuerpo o el sustrato . Teniendo en cuenta estos diodos, se puede ver que es bastante importante que el cuerpo esté siempre a un voltaje más bajo que la fuente o el drenaje. De lo contrario, sesgas hacia adelante los diodos, y eso probablemente no sea lo que querías.
¡Pero espera, se pone peor! Un BJT es un emparedado de tres capas de materiales NPN, ¿verdad? Un MOSFET también contiene un BJT:
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 no es cero. Si es lo suficientemente alto como para polarizar hacia adelante el diodo fuente del cuerpo, ya no tiene un MOSFET: tiene un BJT. Eso tampoco es lo que querías.
En los dispositivos CMOS, empeora aún más. En CMOS, tienes estructuras PNPN, que hacen un tiristor parásito. Esto es lo que causa el enganche .
Solución: acortar el cuerpo a la fuente. Esto corta el emisor base del parásito BJT, manteniéndolo firmemente alejado. Idealmente, no se hace esto a través de cables externos, porque entonces el "corto" también tendría una alta inductancia y resistencia parasitarias, lo que hace que la "retención" del BJT parásito no sea tan fuerte. En cambio, los cortas justo en el dado.
Es por eso 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 acortar una de esas N regiones al cuerpo. Para cualquiera que haga eso, ahora es la fuente, y el diodo que no cortocircuitó es el "diodo del cuerpo".
Esto no es nada específico para los transistores discretos, realmente. Si tiene un MOSFET de 4 terminales, debe asegurarse de que el cuerpo esté siempre al voltaje más bajo (o más alto, para dispositivos de canal P). En los circuitos integrados, el cuerpo es el sustrato de todo el circuito integrado, y generalmente está conectado a tierra. Si el cuerpo está a un voltaje más bajo que la fuente, entonces debe considerar el efecto del cuerpo . Si observa un circuito CMOS donde hay una fuente no conectada a tierra (como la puerta NAND a continuación), realmente no importa, porque si B es alto, entonces el transistor más bajo está encendido, y el arriba, en realidad tiene su fuente conectada a tierra. O, B es bajo, y la salida es alta, y no hay 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 electrónica-tutoriales.wa
El enlace asimétrico del sustrato (cuerpo) a las fuentes se muestra como una línea de puntos.
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Desde el punto de vista del dispositivo físico, son lo mismo. 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 fuente marcado como la fuente.
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