Bias MOSFET dan batas model hukum kuadrat

Ambang bukan rating arus yang berguna

Gate MOSFET mengendalikan kanal melalui medan listrik. Arus DC gate ideal nol, tetapi kebocoran nyata dan kapasitansi gate tetap ada. Tegangan ambang menandai awal konduksi yang didefinisikan model; tidak menjamin resistansi hidup rendah atau arus drain tertentu yang dapat digunakan. Karena itu bias analog dan pensakelaran daya membutuhkan informasi perangkat berbeda.

Gunakan model hukum kuadrat NMOS kanal panjang untuk pendidikan: $I_D=k(V_{GS}-V_T)^2/2$ dalam saturasi, dengan $V_{DS}\geq V_{GS}-V_T$. Abaikan modulasi panjang kanal dan efek body untuk perhitungan ini. Misalkan k = 2 mA/V², VT = 1 V, source di-ground-kan, dan gate ditahan pada 2 V. Overdrive adalah 1 V, memberi ID = 1 mA.

Periksa wilayah secara numerik

Hubungkan drain ke 5 V melalui 2 kΩ. Tegangan drain 3 V, sehingga VDS = 3 V melebihi overdrive 1 V. Wilayah saturasi yang diasumsikan konsisten. “Saturasi” di sini merupakan wilayah sumber arus MOSFET analog; bukan penggunaan kata yang sama seperti saturasi BJT atau op-amp terpotong pada batas keluaran.

Model memberi $g_m=k(V_{GS}-V_T)=2$ mS. Dengan mengabaikan resistansi keluaran dan beban eksternal, penguatan tegangan common-source sekitar $-g_mR_D=-4$. Gangguan gate 10 mV menghasilkan gangguan drain sekitar −40 mV di sekitar 3 V. Turunan ini bersifat lokal dan tidak menggambarkan sweep gate besar.

Deteksi asumsi tidak valid

Jika RD naik menjadi 4.7 kΩ sementara Anda mengasumsikan 1 mA yang sama, tegangan drain akan 0.3 V, di bawah overdrive 1 V. Persamaan saturasi tidak lagi konsisten dengan dirinya sendiri. Gunakan model wilayah triode dan selesaikan ulang alih-alih menerima titik kerja yang mustahil.

MOSFET kanal pendek modern dan MOSFET daya diskret sering membutuhkan model lebih kaya daripada hukum kuadrat ini. Gunakan kurva transfer sebenarnya, perilaku suhu, kapasitansi, dan dokumentasi model SPICE untuk desain perangkat. Angka pendidikan ini mengajarkan pemilihan dan konsistensi model; tidak menentukan komponen untuk proyek akhir sensor nanti.