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¿Cómo fluye la corriente de drenaje en un MOSFET cuando el canal está pinzado?

Esto es lo que he entendido. Por favor, corríjanme si me equivoco.

La profundidad del canal inducido depende de la tensión V. Dado que la tensión a través de la puerta y el recorrido a lo largo del canal disminuye desde Vgs en la fuente hasta el extremo del drenaje, el canal no es uniforme y es cónico. Si la tensión aplicada Vds se incrementa hasta un valor que hace que la tensión entre la puerta y el extremo de drenaje sea menor que la tensión umbral, se dice que el canal está pinchado.

Si el canal está pinzado, ¿cómo fluye la corriente de drenaje? En el libro se dice que el MOSFET entra en la región de saturación y tendrá un valor constante de corriente de drenaje. Pero no entiendo cómo fluye la corriente cuando el canal ya no existe en el extremo de drenaje.

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Jonah Katz Puntos 128

La corriente puede seguir fluyendo por el "sustrato" aunque el canal esté pinchado. La razón por la que se satura es que habrá una región de mayor resistencia de tamaño proporcional a la tensión Drenaje-Fuente, y por tanto la resistencia de esta región será proporcional a la misma tensión.

Pero como la corriente es tensión/resistencia, la dependencia se anulará y obtendrás una corriente "constante".

Desde Wiki (énfasis mío):

Aunque el canal conductor formado por la tensión puerta-fuente ya no conecta la fuente con el drenaje durante el modo de saturación, no se bloquea el flujo de portadores. Considerando de nuevo un dispositivo en modo de mejora de canal n, existe una región de agotamiento en el cuerpo de tipo p, que rodea el canal conductor y las regiones de drenaje y fuente. Los electrones que componen el canal son libres de salir del canal a través de la región de agotamiento si son atraídos al drenaje por la tensión drenaje-fuente. La región de agotamiento está libre de portadores y tiene una resistencia similar a la del silicio. Cualquier aumento de la tensión entre el drenaje y la fuente aumentará la distancia entre el drenaje y el punto de agotamiento, aumentar la resistencia de la región de agotamiento en proporción a la tensión de drenaje a fuente aplicada . Este cambio proporcional hace que la corriente de drenaje a fuente permanezca relativamente fija, independientemente de los cambios en el voltaje de drenaje a fuente, a diferencia de su comportamiento óhmico en el modo de funcionamiento lineal. Por lo tanto, en el modo de saturación, el FET se comporta como una fuente de corriente constante en lugar de como una resistencia, y puede utilizarse efectivamente como un amplificador de tensión. En este caso, la tensión puerta-fuente determina el nivel de corriente constante a través del canal.

Además, desde el Funcionamiento del MOSFET descripción, bajo saturación :

Dado que la tensión de drenaje es mayor que la tensión de origen, los electrones se dispersan y la conducción no se realiza a través de un canal estrecho, sino a través de una distribución de corriente más amplia, bidimensional o tridimensional, que se aleja de la interfaz y se adentra en el sustrato. La aparición de esta región también se conoce como pinch-off para indicar la falta de región de canal cerca del drenaje. Aunque el canal no se extiende por toda la longitud del dispositivo, el campo eléctrico entre el drenaje y el canal es muy alto, y la conducción continúa.

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@clabacchio ha explicado bien, pero aun así podemos justificarlo con el campo eléctrico. Básicamente en mosfet, dos campos eléctricos son generados por el voltaje de la puerta y el voltaje de drenaje en el canal y perpendiculares entre sí. Cuando la tensión de drenaje alcanza Vp (tensión de desconexión), el canal se estrecha y se desconecta del terminal de drenaje (N+). Ahora el campo eléctrico entra en escena:

E=V/distancia;

aquí por el estrechamiento del canal, cerca del terminal de fuente el canal permanece igual pero cerca del terminal de drenaje desaparece totalmente, por lo que el campo eléctrico cerca del drenaje es E(gate )= V/0=infinito o muy alto. y el campo eléctrico es directamente proporcional a la conductividad :- Sigma= nqu E
si E es muy alto entonces incluso con el canal fuera, un flujo de corriente constante más alto del drenaje a la fuente. El resto de la teoría se puede añadir desde la respuesta superior como I= V/R, v aumenta y r también aumenta por lo que obtenemos una tensión constante. por favor, hágame saber si estoy equivocado.

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GEOCHET Puntos 13787

El problema es semántico.

"Pinchado" no significa pinchado cerrado. Es un término técnico; la etiqueta de un modo de funcionamiento. "Pinchoff" significa "el dispositivo funciona en modo de corriente constante". Podríamos haber elegido otro término, como saturación/corte de BJT, pero ahora estamos atascados con él.

En primer lugar, con la tensión de puerta reducida y el canal totalmente abierto, el canal tiene una resistencia mínima, con una tensión casi nula entre el drenaje y la fuente; actuando como un cortocircuito. A continuación, se aumenta la tensión de puerta, de modo que la región de agotamiento invade el canal desde el lateral. El canal se comporta como un material físicamente estrecho. Su resistencia aumenta.

Con una resistencia de drenaje presente y una tensión de puerta creciente, la tensión a lo largo del canal aumenta con el incremento de la resistencia del canal. Finalmente crece lo suficiente como para rivalizar con la tensión de puerta que produjo la región de agotamiento. En ese momento el "comportamiento de resistencia" lineal se convierte en no lineal, y el canal comienza a comportarse como una fuente de corriente constante, en lugar de una simple resistencia. El modo de corriente constante se llama "Pinch-off". Pero el canal sólo es estrecho, no está cerrado o "apagado".

Para eliminar la confusión, ¿quizás etiquetarlo personalmente como "modo no lineal"? "¿Parte plana del gráfico?" ¿Otras etiquetas mejores?

Durante el modo de corriente constante, el canal estrechado ha entrado en ruptura, y está siendo moldeado por procesos de retroalimentación negativa que tienen lugar entre diferentes regiones a lo largo del canal. (Si fuera una retroalimentación positiva, el canal mostraría inestabilidad, "turbulencia" y se convertiría en un oscilador).

Con el canal estrechado y en ruptura, si se aumenta entonces Vds, el patrón de tensión del canal y los bordes de la zona de agotamiento cambian dinámicamente, haciendo que el canal estrecho se haga más largo. El canal más largo tiene mayor resistencia, con un efecto de autorregulación que produce una corriente constante independiente de los cambios de Vds.

Heh, aumenta el voltaje de la puerta lo suficiente, el canal se reduce a nada, y la corriente de drenaje cae a cero. El dispositivo entra en el modo de "pellizco cerrado".

¿Existe una analogía hidráulica? ¿Qué tal si se empujan dos globos entre sí? Si soplamos aire comprimido entre un par de globos, eso es un par de zonas de agotamiento con un canal conductor entre ellas. Empujemos los globos juntos y, cuando parezcan estar casi tocándose, se distorsionarán y harán un fuerte sonido de frambuesa. Eso es un canal inestable. Un canal FET real no oscilaría, sino que permanecería estrecho, con globos aplanados formando sus paredes paralelas. Aumenta la alimentación de aire comprimido, y los globos cambian de forma, haciendo el canal más largo, con una longitud que aumenta lo justo para mantener el flujo constante. Ahora empuja los globos con más fuerza (mayor Vgs,) y el canal se vuelve uniformemente más estrecho. Al empujar los globos se "programa" el efecto de corriente constante para una corriente más baja; disminuyendo el flujo.

En el caso de los globos, una presión de alimentación "Vds" más alta nunca puede forzar un flujo "Id" mayor a través del canal. En su lugar, los globos se distorsionan, ampliando la región plana, lo que aumenta la longitud del canal de forma proporcional al aumento de la presión Vds. A cierta tensión, los globos se romperían. Una perforación de Vds.

PS

Me pregunto si los globos reales darían una característica de Id constante. Incluso si hicieran oscilaciones de sonido de frambuesa, el aumento de la presión del aire comprimido cambiaría su forma y su oscilación, y podría acabar alargando el canal, impidiendo el aumento del flujo. Ve a medir la presión Vds de los globos ruidosos y oscilantes, el flujo Id y la presión Vgs. Ignora la parte inestable de la CA, y podrías barrer las presiones y obtener experimentalmente un conjunto de curvas características para el primer Globoistor de Efecto de Campo (FEB.)

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ModEReX Puntos 1

El canal se pellizca cerca de la región de drenaje, esto sucede porque a medida que el VDS aumenta la región de agotamiento del cuerpo de drenaje aumenta (debido a la polarización inversa), ahora los electrones que fluyen a través del canal se inyectan en la región de agotamiento en la región de pellizco y se recogen en el drenaje. Por lo tanto, el canal sigue siendo conductor y la corriente fluye.

También se puede comprobar, el efecto "punch-through" que se produce en los Mosfets de canal corto, aquí el agotamiento del cuerpo de drenaje se extiende hasta el agotamiento del cuerpo de la fuente consumiendo así el canal. Ahora, los electrones viajan al drenaje desde las regiones de agotamiento.

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