Cómo concluir la región de operación para una combinación en serie de MOSFET

Esta es una pregunta con trampa.

SUPUESTOS INICIALES:

1. El riel de 3V es una fuente de corriente infinita.
2. Como se indicó, los MOSFET son idénticos y tienen el mismo$R_{DS_{ON}}$cuando$V_{GS} > V_T$.

OBSERVACIÓN:

Dado que ambos MOSFET deben estar "encendidos", y no hay resistencia en esta línea que no sea la$R_{DS_{ON}}$para los MOSFET, el voltaje entre los MOSFET debe ser el voltaje del divisor de resistencia simple de casi la mitad del riel.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

MATEMÁTICAS:

Como se puede ver,$V_{GS}$De M1 es 2V, por lo que definitivamente está encendido. y$V_{GS} - V_T = 1V$, que es menor que el medio riel 1.5V. Está claro entonces que este MOSFET está saturado.

$V_{GS}$de M2 ​​es entonces solo 1V, por lo tanto, solo está a punto de encenderse. Como tal$V_{GS} - V_T = 0V$, así que de nuevo, si está encendido, debe estar en saturación.

¿ Ahora M2 está realmente encendido?

Si no está encendido, el voltaje de la fuente caerá y$V_{GS}$se encenderá saturado. Como tal, M2 debe estar encendido, sea todo, solo.

ACTO DE EQUILIBRIO DE LA REALIDAD:

En realidad, desde$V_{GS}$de M1 es mayor que$V_{GS}$de M2 ​​,$R_{DS_{ON}}$para M1 será menor que el de M2 . Como tal, el voltaje del punto medio será inferior a 1,5 V. A medida que ese valor disminuye,$V_{GS}$de M2 ​​aumenta y M2 se enciende más, por lo que el punto medio se equilibrará en algún lugar por debajo de 1,5 V.

Para averiguar dónde debe mirar las características On_Region del MOSFET. A continuación se muestra un ejemplo típico de un AO8408 .

En el punto de equilibrio$V_{GS}$de M2 ​​debe ser tal que$I_{M1} = I_{M2}$. Como puede ver, para este dispositivo en particular, termina equilibrándose aproximadamente a los voltajes que se muestran a continuación.

^{simular este circuito}

CONCLUSIÓN:

Según la fórmula de Wikipedia para la saturación de MOSFET, ambos MOSFET deben estar saturados. Para MOSFETS reales, o al menos el que elegí aquí, por esa fórmula, el superior está saturado y el inferior no.

Podría decirse que, en este ejemplo, diría que, dado que se equilibra a sí mismo, ninguno de los dos está realmente "saturado" O actúa linealmente.

Nota: Existe cierta confusión sobre el término "saturación" cuando se aplica a MOSFET .

Para que el transistor esté en saturación,

Formulario 1,$V_{gt} = 2 - 1 = 1$, por lo tanto, el drenaje de M1 debe ser de al menos 1V para que esté saturado. Así, para M2$V_{gt} = 2.5 - 1 -1 = 0.5$. Como la corriente es proporcional a$V_{gt}^2$, si asumimos que ambos transistores están saturados, el transistor inferior (M1) consumirá más corriente en comparación con el superior (M2). Esto causaría que el potencial en el desagüe disminuya. Esto se debe a que la corriente que descarga el nodo es mayor que la que lo carga.
Como$v_{ds}$va debajo$v_{gt}$, el inferior entrará en modo lineal y el superior entrará en saturación. Entonces, la respuesta debería ser C.