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MOSFET-Betriebspunktrechner

Berechnung des MOSFET-Drainstroms, der Sättigungsspannung, der Transkonduktanz und des Betriebsbereichs (Cutoff, Triode, Sättigung) für NMOS-Transistoren

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Formel

I_D = k_n/2 × (V_GS−V_th)² (sat), I_D = k_n × [(V_GS−V_th)V_DS − V_DS²/2] (triode)

V_GS— Gate-source voltage (V)
V_th— Threshold voltage (V)
k_n— Process transconductance parameter (A/V²)
V_DS— Drain-source voltage (V)
g_m— Transconductance (A/V)

Wie es funktioniert

Ein Betriebspunkt eines Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors (MOSFET) stellt die DC-Vorspannungsbedingungen dar, die den grundlegenden Betriebszustand des Transistors festlegen. In diesem Zusammenhang gehören zu den wichtigsten Parametern die Drain-Source-Spannung (VDS), die Gate-Source-Spannung (VGS) und der Drainstrom (ID), die bestimmen, ob sich das Gerät im Cutoff-Bereich, im linearen Bereich oder im Sättigungsbereich befindet. Das Verständnis des Betriebspunkts ist entscheidend, um sicherzustellen, dass der Transistor innerhalb seines vorgesehenen Leistungsbereichs arbeitet und die Signalintegrität beibehält.

Bearbeitetes Beispiel

Stellen Sie sich einen N-Kanal-MOSFET mit den folgenden Parametern vor: Schwellenspannung (Vth) = 2 V, Transkonduktanzparameter (K) = 0,5 mA/V², Versorgungsspannung (VDD) = 5 V. Schritt 1: Ermitteln Sie VGS = 3,5 V. Schritt 2: VDS = 4 V berechnen. Schritt 3: Verwenden Sie die Gleichung ID = K (VGS - Vth) ² für den Sättigungsbereich. Werte eingeben: ID = 0,5 * (3,5 - 2) ² = 1,125 mA. Der resultierende Betriebspunkt bestätigt, dass sich der Transistor im Sättigungsbereich befindet.

Praktische Tipps

  • ✓Überprüfen Sie vor detaillierten Berechnungen immer den Betriebsbereich des Transistors
  • ✓Verwenden Sie die Datenblätter des Herstellers, um genaue Parameterwerte zu bestätigen
  • ✓Berücksichtigen Sie Temperatureffekte auf die Transistoreigenschaften
  • ✓Prüfen Sie bei Hochleistungsanwendungen auf mögliche Selbsterhitzung

Häufige Fehler

  • ✗Fehlinterpretation der Transistor-Betriebsbereiche
  • ✗Vernachlässigung der Schwankungen des Temperaturkoeffizienten
  • ✗Verwendung generischer Parameter anstelle von spezifischen Geräteeigenschaften
  • ✗Übersehen parasitärer Kapazitätseffekte

Häufig gestellte Fragen

Im linearen Bereich steigt der Drainstrom linear mit VDS an. Im Sättigungsbereich bleibt der Drainstrom trotz VDS-Änderungen relativ konstant.
Temperaturerhöhungen können die Schwellenspannung senken, den Leckstrom erhöhen und die Transkonduktanzparameter verändern.
Die Grundgleichungen sind ähnlich, aber Sie müssen die entgegengesetzte Polarität von Spannungen und Strömen berücksichtigen.

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