Regiones de saturación para BJT y MOSFET

¿Por qué la región de saturación de los MOSFET tiene este nombre?

La publicación a la que vincula explica esto, pero en caso de que necesite repetirse y tal vez respaldarse con una referencia de libro de texto , la región de saturación para un MOSFET se llama así porque la corriente de drenaje se satura, es decir, básicamente deja de aumentar a medida que Vds aumenta aún más.

Tiene razón en que la región activa de un BJT corresponde a la región de saturación de un MOSFET cuando estos dispositivos se utilizan como amplificadores.

La región de saturación de un BJT (por ejemplo, cuando se enciende como interruptor) corresponde a la región triodo/óhmica de un MOSFET.

Algunos autores también llaman a la región de saturación de un MOSFET el "modo activo" , que coincide con la terminología utilizada para los BJT. Pero también llaman a la región triodo/óhmica el "modo lineal", lo que quizás no ayude mucho porque "lineal" sugiere un amplificador en lugar de un interruptor. Lineal aquí nuevamente se refiere a cómo se ve la característica MOSFET en esa región en lugar de cualquier consideración externa o de uso. (Afortunadamente, parece que nadie llama a la región de saturación de BJT "modo lineal").

Lo único que no es confuso acerca de esta terminología es la región de corte, que es la misma para ambos. Aquí hay una tabla de resumen para la correspondencia (desde un punto de vista externo/de uso):

Este resumen también incluye la región activa inversa para BJT, que rara vez se usa, pero no incluye sinónimos para la región del triodo; como dije, "modo lineal" o "región óhmica" también se usan para indicar la región del triodo MOSFET.

Creo que hay mejores diagramas sobre este tema para los JFET que para los MOSFET, pero el mecanismo es el mismo: el canal comienza a pellizcarse, es decir, si aumenta el voltaje de drenaje, la región "utilizable" en el canal para la corriente se vuelve más delgada - esto básicamente significa que la corriente permanece igual porque aunque el voltaje ha aumentado (y es potencialmente capaz de "empujar" más corriente hacia el canal), el canal se ha estrechado más, oponiéndose así al potencial de flujo de corriente: -

Debería poder ver que el pellizco ocurre más alrededor del drenaje que de la fuente y esto se debe a que la diferencia de voltaje entre el drenaje y la puerta es mayor que el voltaje entre la fuente y la puerta.

Esa es mi explicación de por qué la región de saturación se llama así en un FET: no puede pasar más corriente a menos que el dispositivo se descomponga (triste). Intentaré encontrar un diagrama de cómo se ve específicamente en un MOSFET. Aquí hay uno que debería ayudar: -

El área azul es el canal; tenga en cuenta que el grosor del canal (cerca de la fuente) es mayor que el grosor del drenaje. Esto sucede cuando el voltaje de la puerta excede el voltaje del umbral de la puerta ($V_{GS(THRESHOLD)}$). Superar el voltaje de umbral es mucho más fácil alrededor de la fuente porque la fuente tiene un potencial más bajo que el drenaje. Ahora se convierte en la misma historia que el JFET: si el voltaje de drenaje aumenta, el pinch-off es más pronunciado y la corriente permanece en gran medida constante.

Para un transistor bipolar, la saturación significa algo más. Claramente, un BJT no tiene un canal, ¡así que tiene que significar algo más! La saturación de BJT es cuando el voltaje del colector ha caído a un nivel tan bajo que la región de la base del colector se polariza directamente.

Normalmente, para un transistor NPN, la región de la base del colector tiene polarización inversa como se muestra en este diagrama: -

Si el voltaje del colector cae hacia el voltaje del emisor, llega un punto en el que la región del colector-base se polariza directamente; en términos simples, la base no puede evitar conducir corriente al colector y, debido a esto, la acción normal del transistor comienza a fallar. La ganancia de corriente (hFE) cae significativamente y cualquier aumento en la corriente base NO obligará al colector a bajar más; de hecho, los aumentos en la corriente base comienzan a alimentar el colector con corriente, lo que evita que el voltaje del colector caiga aún más. De esto se trata la saturación de BJT.