Dlaczego tak trudno znaleźć dyskretne czterozłączowe tranzystory MOSFET?

Wiem, że MOSFET jest urządzeniem z czterema terminalami, ale prawie każdy dyskretny MOSFET, który można kupić, ma masę / korpus / podłoże wewnętrznie podłączone do źródła. Dlaczego to? Utrudnia to stosowanie w niektórych typach obwodów, na przykład podczas układania płytki podstawowej konstrukcji układu scalonego (do celów instruktażowych), w której wszystkie zaciski nadwozia są podłączone do VCC lub uziemienia. Czy dyskretne 4-terminalowe tranzystory MOSFET nie są tak przydatne? Czy jest jakiś prosty sposób na ich symulację za pomocą kilku 3-terminalowych tranzystorów MOSFET?

Chociaż tranzystory polowe w monolitycznym układzie scalonym są symetryczne, wiele dyskretnych tranzystorów polowych ma bardzo odmienną strukturę, która próbuje zmaksymalizować powierzchnię użytkową, a także połączenie źródła / drenu. Masowe połączenie z podłożem w tranzystorze lub układzie ma doskonałą zdolność do obsługi prądu, a gdyby zaprojektować układ NMOS LSI, w którym każdy pojedynczy tranzystor musiałby mieć swoje źródło lub dren związany ze wspólnym punktem, wydajność byłaby prawdopodobnie zoptymalizowana poprzez podłoże służy jako źródło lub odpływ wszystkich tranzystorów. Większość układów wykorzystuje jednak masowe połączenie jako wspólną bazę, marnując swoje zdolności do obsługi prądu, ale umożliwiając niezależne połączenie źródła i drenu każdego tranzystora.

Typowym „dyskretnym” tranzystorem MOSFET nie będzie w rzeczywistości jeden tranzystor, lecz kilkadziesiąt lub setki tranzystorów równolegle. Ponieważ wszystkie tranzystory powinny mieć połączone dreny, użycie podłoża jako drenu nie spowoduje takich samych problemów projektowych, jak w przypadku układu LSI. Ponieważ podłoże może być bardzo dobrze solidnie podłączone do zewnętrznego zacisku, taka konstrukcja poprawi przewodność odpływu, a także wyeliminuje potrzebę użycia metalowego elementu górnego do podłączenia odpływu, umożliwiając w ten sposób użycie większej ilości metalu do połączenia źródeł . Niestety, jeśli tranzystory są ustawione w taki sposób, że wszystkie ich źródła tworzą „siatkę” (dobrą dla łączności), to opuści swoje bazy jako izolowane wyspy. Chociaż można by uruchomić metalowe tory, aby połączyć wszystkie bazy razem, zrobienie tego wymagałoby albo podzielenia metalu podłączonego do źródła na wiele pasków (pogorszenie wydajności), albo dodania dodatkowej warstwy metalu i dodatkowej warstwy izolacyjnej (znaczne zwiększenie kosztów). Ponieważ każda sekcja podstawy ma metalową warstwę połączenia źródłowego siedzącą bezpośrednio nad nią, o wiele łatwiej jest po prostu mieć podstawy, a także źródła do tego podłączone.

Dzieje się tak dlatego, że jeśli używasz MOSFET-a tak, jak zwykle to robisz (dioda korpusu odchyla się do tyłu), nie ma różnicy, czy Bulk jest podłączony do źródła, czy do napięcia, które jest jeszcze bardziej ujemne (kanał N) odpowiednio bardziej dodatnie ( Kanał P) niż źródło.

Jeśli chcesz zbudować własne bramki logiczne, bramki transmisyjne itp. Z pojedynczymi MOSFETAMI z kanałami N i P, CMOS-IC 4007 jest prawdopodobnie tym, czego szukasz, chociaż nie wszystkie 6 dołączonych MOSFETÓW można podłączyć całkowicie losowo (jedna para kanałów P / N jest skonfigurowana jako falownik, jedna para jest częściowo połączona z V + i GND; tylko jedna para jest całkowicie wolna).

Oto przykłady .

„Czy dyskretne 4-terminalowe tranzystory MOSFET nie są tak przydatne?”

Niektóre potencjalne zastosowania obejmują translację poziomu logicznego i ochronę układu scalonego. Czwarty pin zmienia działanie wewnętrznej diody ciała z tej, która zwiera wyjście na wejście (lub odwrotnie), czyniąc obwód asymetrycznym, na diodę, która jest odchylona dla dodatnich sygnałów napięciowych. Jeśli spojrzysz na arkusz danych Phillipsa GTL2000, zauważysz, że czwarty terminal wewnątrz układu scalonego jest symbolicznie związany z ziemią, tak jak ma to miejsce w fizycznej konstrukcji. Jeśli chcesz powielić to z dyskretnymi urządzeniami, potrzebujesz czwartego terminala, aby był osobny. Umożliwia to wykonywanie tego samego rodzaju translacji i ochrony bez bardzo restrykcyjnego absolutnego maksymalnego napięcia, a także zmianę innych parametrów, takich jak maksymalny prąd, włączenie RDS itp. Tego urządzenia. GTL2000 ma 23 FET (22 dla danych, jeden dla sprytnej sztuczki odchylającej) połączony ze źródłami i drenami, każdy wyprowadzony na osobne styki, wszystkie połączenia korpusu wyprowadzone na ten sam trzpień (masa), a wszystkie połączenia bramowe powiązane ze sobą i wyprowadzone na pojedynczy pin zostanie przywiązany do napięcia, które wytwarza pożądane napięcie zaciskające. Inne układy scalone, które są używane podobnie, mają podobnie ograniczone specyfikacje, z wyjątkiem jednego z maksimum, który pozwala na wyższe napięcia, ale ma dwa fetety szeregowo (z wyższym RDSon dla napięcia dodatniego i ujemnego) i wymaga ujemnego napięcia polaryzacji lub niższa granica zaciskania wykluczy poziom logiczny 0. W rezultacie, jeśli potrzebujesz dwukierunkowego zacisku poziomu logicznego i zabezpieczenia wejściowego, które ochronią urządzenie przed przypadkowymi połączeniami do napięcia 13,8 V, musisz zwinąć własne. Ktoś już wspomniał o aplikacji przełącznika analogowego mosfet, który można rozszerzyć, aby objąć różne dyskretne zastosowania. W niektórych przypadkach osobne styki źródła i zaczepy korpusu mogą pozwolić na pochłanianie ciepła przez wysokie i pływające tranzystory do płaszczyzny uziemienia PCB bez izolatora, a urządzenia do montażu powierzchniowego mogą być przylutowane do płaszczyzny uziemienia. Ale może to nie zapewnić pożądanych korzyści z powodu wyższych wewnętrznych odporności.

Biorąc pod uwagę, że większość inżynierów prawdopodobnie nigdy nie trzymała w ręku urządzenia z 4 terminalami, istnieje wiele sprytnych aplikacji, które mogły nie być ograniczone przez zasoby.

Jest prawdopodobne, że producenci nie chcą używać droższego pakietu (4 piny vs 3) dla trybu operacyjnego o obniżonej wydajności (efekt tylnej bramki), z którego skorzysta bardzo niewiele osób.

Kwestionuję nawet słuszność martwienia się o ten szczegół, gdy dyskretny tranzystor jest tak daleko odsunięty w działaniu od tranzystora na chipie, że jakiekolwiek porównania wydajności są sporne. Po prostu nazwij to jeszcze jedną rzeczą, aby dodać do listy różnic i wykorzystać ją jako doświadczenie edukacyjne.

nie ma różnicy, czy Bulk jest podłączony do źródła, czy do napięcia ... "nie jest absolutnie prawdą. Jest efekt tylnego backgate, w którym luzem moduluje kanał od tyłu. To jest powód, dla którego NMOS w Substrat P stosowany w obserwatorze emitera zawsze daje zysk 0,8 zamiast 1,0 - symbol zastępczy 4 listopada 2014 o 15:33

@placeholder: Ok, powiedzmy, że w większości aplikacji nie ma różnicy ... (jak powiedziałem „normalnie”). - Curd 4 listopada 14 o 15:42

@placeholder: Wydaje mi się, że masz na myśli obserwatora źródła (zamiast obserwatora emitera) - Curd 4 listopada 2014 o 15:45

Tak, źródło nie emituje ... I we wszystkich przypadkach objawia się i jest zauważalne. Tak normalne jest, gdy występuje efekt ciała. Tylko tranzystory FD-SOI nie mają tego efektu (ale mają inne problemy) - symbol zastępczy 4 listopada 2014 o 15:49

... ale nie we wszystkich przypadkach ma to w ogóle znaczenie; jak w przykładach, które podłączyłem i dla celów mogę założyć, że OP będzie z niego korzystać. - Curd 4 listopada 14 o 15:57

Brakuje wam tego. Na pewno istnieje różnica w wydajności wynikająca z efektu ciała. Ale funkcjonalnie rzecz biorąc, podłoże powinno być najbardziej ujemnym napięciem w obwodzie dla NMOS i najbardziej dodatnim napięciem w obwodzie dla PMOS. W przeciwnym razie złącze PN między źródłem a podłożem lub napięcie do podłoża może stać się złączem PN z tendencją do przodu i nie będziesz już mieć działającego FET.

A jeśli przywiążesz ciało do źródła i chcesz użyć NFET, powiedz, do przełącznika próbkowania, a co jeśli napięcie drenażu spadnie poniżej napięcia źródła? OOPS? Gdy korpus jest podłączony do źródła, nie można pozwolić, aby napięcie drenażu spadło poniżej napięcia źródła. Albo do widzenia FET i witaj diodę.