Calculadora de ponto de operação MOSFET
Calcule a corrente de drenagem do MOSFET, a tensão de saturação, a transcondutância e a região de operação (corte, triodo, saturação) para transistores NMOS
Fórmula
Como Funciona
A calculadora de pontos operacionais MOSFET calcula as condições de polarização DC (Vgs, Vds, Id) para amplificadores lineares e aplicações de comutação — essenciais para amplificadores de RF, estágios de potência e comutadores analógicos. Engenheiros de RF, projetistas de eletrônica de potência e engenheiros de layout de IC usam isso para estabelecer o acionamento de porta adequado e garantir a operação na região desejada (corte, linear ou saturação). De acordo com Horowitz & Hill 'Art of Electronics' (3ª ed., Ch.3), os MOSFETs operam como fontes de corrente controladas por tensão na saturação: Id = K (Vgs - Vth) ² onde K = μnCox (W/L) /2. Ao contrário dos BJTs, os MOSFETs têm resistência de entrada virtualmente infinita (10¹ ²-10¹ ⁴ Ω), corrente de porta DC zero e tensão limite Vth, normalmente de 1 a 4 V para dispositivos em modo de aprimoramento. O coeficiente de temperatura é de +3mV/°C para Vth e -0,3% /°C para mobilidade — Id diminui com a temperatura, proporcionando estabilidade térmica inerente.
Exemplo Resolvido
Projete um buffer seguidor de fonte MOSFET usando 2N7000 (Vth = 2,1 V, K ≈ 0,1 A/V²) para estágio de saída de áudio com Id = 5mA e Vdd = 12V. A saturação requer Vds > Vgs - Vth. Calcule Vgs: Id = K (Vgs - Vth) ², então 0,005 = 0,1× (Vgs - 2,1) ². Vgs - Vth = √0,05 = 0,224V, Vgs = 2,32V. Defina o resistor de drenagem Rd para Vds = 6V (50% de altura livre): Vds = Vdd - Id × Rd, Rd = (12V - 6V) /5mA = 1,2 kΩ. Polarização de porta: divisor de resistor simples com R1 = 1MΩ, R2 = 240kΩ fornece Vg = 12V × 240k/ (1m+240K) = 2,32V. O capacitor de desvio de fonte 10μF mantém o ponto de operação DC enquanto permite o acoplamento do sinal AC.
Dicas Práticas
- ✓Use o resistor de degeneração de fonte Rs para estabilidade de polarização — mudanças de Id induzidas pela temperatura criam feedback negativo por meio de Vs = Id × Rs
- ✓Para aplicações de comutação, garanta Vgs > Vth + 5V para aprimoramento total — isso atinge o Rds (on) especificado na folha de dados (normalmente em Vgs = 10V)
- ✓MOSFETs de potência (IRFZ44N) têm Vth = 2-4V; MOSFETs de nível lógico (IRLZ44N) têm Vth = 1-2V para acionamento direto do microcontrolador
Erros Comuns
- ✗Operando em região linear em vez de saturação para amplificação — a região linear fornece um comportamento de resistência variável; a saturação fornece um comportamento de corrente constante essencial para o ganho de tensão
- ✗Ignorando a variação de Vth — 2N7000 especifica Vth = 0,8-3V; sempre projete para o pior caso de Vth_max ao definir o acionamento mínimo do portão
- ✗Negligenciar a capacitância da porta em alta frequência — Ciss típico = 20-100pF limita a largura de banda; calcule a frequência de transição ft = gm/ (2π Ciss)
Perguntas Frequentes
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