Svenska ElektronikForumet

Har suttit och läst om MOSFET i wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Mosfet och antingen fattar jag inte eller så är det ett fel i beskrivningen av "linear region" och "saturation":

Modes of operation
For an enhancement-mode, n-channel MOSFET, the three operational modes are:

Cutoff, subthreshold, or weak-inversion mode
When VGS < Vth

Triode mode or linear region (also known as the ohmic mode[11][12])
When VGS > Vth and VDS < ( VGS - Vth ) borde det inte vara VGS > Vth and VDS > ( VGS - Vth )

Saturation or active mode[13][14]
When VGS > Vth and VDS > ( VGS - Vth ) borde det inte vara VGS > Vth and VDS < ( VGS - Vth )

Om man sätter in normala värden, t.ex. Vth=4V, VDS=10V, får man att saturation mode ligger mellan cutoff och linear mode, och det kan ju inte vara rätt...?

Saturation or active mode When VGS > Vth and VDS > ( VGS - Vth )

Med Vth = 4V och Vds = 10V måste du ha Vgs > 14V för att hamna i bottnat läge.
Men fortfarande måste Vgs vara större än Vth.
Med enbart villkoret VDS > ( VGS - Vth ) så skulle du kunna hamna i situationen att
tex Vth = 4V och Vgs = 0V och få en bottnad transistor med Vds = 1V vilket inte
fungerar då du måste över Vth för att transistorn ska börja leda.

Triode mode or linear region (also known as the ohmic mode) When VGS > Vth and VDS < ( VGS - Vth )

Med Vth = 4V och Vds = 10V måste du ha Vgs < 14V för att hamna i linjära området.
Men fortfarande måste Vgs vara större än Vth.

"Om man sätter in normala värden, t.ex. Vth=4V, VDS=10V, får man att saturation mode ligger mellan cutoff och linear mode, och det kan ju inte vara rätt...?"

Du glömde det normala värdet på Vgs.

Triode mode or linear region (also known as the ohmic mode) When VGS > Vth and VDS < ( VGS - Vth )

Med Vth = 4V och Vds = 10V måste du ha Vgs < 14V för att hamna i linjära området.
Men fortfarande måste Vgs vara större än Vth.

Jaha, och hur räknar du om du får att: Vgs < 14V ?

När jag sätter in värdena:

VDS < ( VGS - Vth )
10 < (VGS - 4)
10+4 < VGS
VGS > 14V

Som du ser blir det större än, inte mindre än...
det är det jag anser vara fel.

wiki har rätt denna gången.

Men notera att på kurvorna i saturation/active region inte är där man normalt vill vara(där olikheterna gäller). Det skulle ju innebär att man skulle vara tvungen att ha en högre styrspänning pulsad (oftast) på gaten än vad man kan styra. Men tex kan man ju styra en 50V motor med en gatespänning på 10V.

I sat region har man maxat strömmen genom transistorn, och försöker man trycka på mer så ökar ist VDS. I sat region är RDS betydligt högre än det RDS_on som brukar anges i databladet.

Saturation or active mode VDS > ( VGS - Vth )
flytta över Vgs och Vth till vänstra ledet => Vds+Vth-Vgs < 0 => -Vgs > -Vds-Vth,
multiplicera båda leden med -1 => Vgs > Vds+Vth


Triode mode or linear region VDS < ( VGS - Vth )
flytta över Vth och Vgs till vänstra ledet = Vds+Vth-Vgs > 0 => -Vgs < -Vds-Vth,
multiplicera båda leden med -1 => Vgs < Vds+Vth

När man flyttar om mellan leden måste man byta < och > tecknen.
Det är sån där grundmatematik man nästan glömt bort.

Om Vgs är < 14V säg 12V och Vth = 4V och Vds = 10V då blir det formeln
Vgs < Vds+Vth som gäller eftersom 12V < 10V + 4V och transistorn jobbar
då i "ohmic mode".

Angående matematiken av 4kTRB. Det är vid multiplikationen med -1 som > blir < och vice versa. Inte när man flyttar om variablerna. Det blev rätt resultat men metoden var lite felaktig...

Ex.
-6 < -4 - 1
-6 + 4 < -1
-2 < -1
Multiplicera båda leden med -1 =>
2 > 1

Jag minns tydligen inte rätt men ganska nära var det!

Tittar man på ditt exempel så verkar det helt logiskt medans
det blir fel i mellanledet i mina omflyttningar.

OK, så berätta då exakt var jag gör fel. Tar med alla steg.

Triode mode or linear region VDS < ( VGS - Vth )

Adderar Vth till båda sidor: VDS + Vth < (VGS - Vth) + Vth
Vth försvinner således från den högra sidan: VDS + Vth < VGS
Alltså, VDS + Vth skall vara mindre än VGS, det kan man också skriva som: VGS > VDS + Vth

Var gör jag fel??? Olikhetstecknet har motsatt riktning jämfört med 4kTRB.

Sätter in värde för att räkna ut VGS:
VDS = 10V
VGS = 4V
VGS > VDS + Vth ==> VGS > 10+4 ==> VGS > 14V
VGS = 15V (väljer 15V som ju är högre än 14)
Kontrollräknar genom att sätta in värdena i den ursprungliga formeln:
VDS < (VGS - Vth) ==> 10 < (15 - 4) ==> 10 < 11 SANT!

Om jag istället kontrollräknar med värdena som 4kTRB fick, dvs:
VDS = 10V
Vth = 4V
VGS = 12V
VDS < (VGS - Vth) ==> 10 < (12 - 4) ==> 10 < 8 FALSKT!
Dvs. utrycket är inte giltigt!

Snart måste jag väl gå och damma av mina gamla mattepapper... men tillsvidare påstår jag att både ni och wikipedia har fel!

Felet du gör är väl att du använder jämförelseuttryck för att räkna ut något? Det angivna är inga formler för att räkna ut något utan kriterier som talar om när en viss formel gäller och inte.

Du skall alltså se det som if-satser:

If (Vgs < Vth) Then Cutoff-mode
Else If (Vds < (Vgs - Vth)) Then Linear region (OBS! Else här implicerar (Vgs > Vth))
Else Saturation Mode

På wiki-bilden ser du också den där böjda kurvan som markerar gräns för
de olika moderna. Så du kan inte ha för låg Vgs i förhållande till Vds och
hamna i saturation mode.

Nerre: Visst kan man "räkna" med olikheter, se t.ex. http://www.mathwords.com/i/inequality_rules.htm

Men, låt oss sätta in de värden som 4kTRB fick för linear region:

Om Vgs är < 14V säg 12V och Vth = 4V och Vds = 10V då blir det formeln
Vgs < Vds+Vth som gäller eftersom 12V < 10V + 4V och transistorn jobbar
då i "ohmic mode".

VDS=10V
VGS=12V
Vth=4V

i din "kod":

If (12 < 4) Then Cutoff-mode (nope)
Else If (10 < (12 - 4)) Then Linear region (nope)
Else Saturation Mode (YES!)

När jag exekverar din kod hamnar jag ju i Saturation mode, inte linear region!!!!

Ja? Men var har du fått ifrån att du borde vara i linear? Så vitt jag kan se är det helt rätt och ja, med de värden du har är du i saturation.

Wikipedia stämmer, så tillvida att de förenklade formlerna man anger är de som används vid handräkning.. Att de sedan är totalt otillräckliga för modern CMOS-konstruktion är en annan sak.

Härifrån, citerar 4kTRB igen:

Om Vgs är < 14V säg 12V och Vth = 4V och Vds = 10V då blir det formeln
Vgs < Vds+Vth som gäller eftersom 12V < 10V + 4V och transistorn jobbar
då i "ohmic mode".

"linear region" == "ohmic mode"

Det här bör stämma bättre tycker jag...

if(Vgs>Vth){
if (Vgs < Vth+Vds) then ohmic mode
else saturation mode
}
else cut off mode

Vgs=12V
Vth=4V
Vds=10V

if(12>4){ OK!
if (12 < 14) then ohmic mode OK! => end of test
else saturation mode
}
else cut off mode

mri skrev: Om man sätter in normala värden, t.ex. Vth=4V, VDS=10V, får man att saturation mode ligger mellan cutoff och linear mode, och det kan ju inte vara rätt...?

Det beror på vilken variabel du håller konstant och vilken du "sveper". Vid konstant VDS men ökande VGS så går du cut-off, saturation, linear, däremot om du håller VGS konstant och ökar VDS kommer det vara cut-off on VGS är låg eller linear följt av saturation om VGS är hög nog.

Det kan kännas lite bakvänt, men kommer sig av att saturation inträder då inversionslagret inte längre sträcker sig från D till S. Inversionslagrets "tjocklek" kan sägas vara proportionellt mot VGS och dess avsmalning inverst proportionellt mot VDS, så konstant VDS + öka VGS -> ur saturation.

Sen är det lite approximativt att du har "cut-off", det är ett kontinuum av svag inversion.. samt att det finns ett par andra effekter (channel length modulation och velocity saturation) som man ibland får plocka med också som inte gör det lika enkelt.