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MOSFETオペレーション・ポイント・カリキュレータ

NMOSトランジスタのMOSFETドレイン電流、飽和電圧、トランスコンダクタンス、および動作領域 (カットオフ、三極管、飽和) の計算

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公式

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_GSGate-source voltage (V)
V_thThreshold voltage (V)
k_nProcess transconductance parameter (A/V²)
V_DSDrain-source voltage (V)
g_mTransconductance (A/V)

仕組み

金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の動作点は、トランジスタの基本的な動作状態を確立するDCバイアス条件を表します。この場合の主なパラメータには、デバイスがカットオフ領域、リニア領域、または飽和領域にあるかどうかを決定するドレイン-ソース間電圧 (VDS)、ゲート-ソース間電圧 (VGS)、およびドレイン電流 (ID) が含まれます。トランジスタが設計した性能範囲内で動作し、シグナルインテグリティを維持するためには、動作点を理解することが重要です。

計算例

スレッショルド電圧 (Vth) = 2V、トランスコンダクタンスパラメータ (K) = 0.5 mA/V²、電源電圧 (VDD) = 5Vのパラメータを持つnチャネルMOSFETを考えてみましょう。ステップ1: VGS = 3.5Vであることを確認します。ステップ 2: VDS = 4V を計算します。ステップ 3: 飽和領域には ID = K (VGS-Vth) ² という方程式を使用します。プラグイン値:ID = 0.5* (3.5-2) ² = 1.125 mA。得られた動作点から、トランジスタが飽和領域にあることが確認されます。

実践的なヒント

  • 詳細な計算を行う前に、必ずトランジスタの動作領域を確認してください
  • メーカーのデータシートを使用して正確なパラメータ値を確認してください
  • トランジスタの特性に対する温度の影響を考慮してください
  • 高出力アプリケーションで自己発熱が発生する可能性をチェック

よくある間違い

  • トランジスタの動作領域の誤った解釈
  • 温度係数の変動を無視する
  • 特定のデバイス特性の代わりに汎用パラメーターを使用する
  • 寄生容量効果の見落とし

よくある質問

線形領域では、ドレイン電流はVDSに比例して増加します。飽和領域では、VDSが変化してもドレイン電流は比較的一定に保たれます。
温度が上昇すると、閾値電圧が下がり、リーク電流が増加し、相互コンダクタンスパラメータが変更される可能性があります。
基本的な方程式は似ていますが、電圧と電流の極性が反対になるように調整する必要があります。

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