Phân cực MOSFET và giới hạn mô hình bình phương

Ngưỡng không phải định mức dòng hữu ích

Cực cổng MOSFET điều khiển kênh bằng điện trường. Dòng cổng DC lý tưởng bằng 0, nhưng rò thực và điện dung cổng còn tồn tại. Điện áp ngưỡng đánh dấu bắt đầu dẫn theo định nghĩa mô hình; không bảo đảm điện trở dẫn thấp hay dòng máng dùng được cụ thể. Do đó phân cực tương tự và chuyển mạch công suất cần thông tin linh kiện khác.

Dùng mô hình bình phương NMOS kênh dài giáo dục: $I_D=k(V_{GS}-V_T)^2/2$ trong bão hòa, với $V_{DS}\geq V_{GS}-V_T$. Bỏ điều biến chiều dài kênh và hiệu ứng thân cho phép tính. Cho k = 2 mA/V², VT = 1 V, cực nguồn nối ground, cổng giữ 2 V. Điện áp vượt ngưỡng 1 V, cho ID = 1 mA.

Kiểm tra vùng bằng số

Nối cực máng tới 5 V qua 2 kΩ. Điện áp máng 3 V, nên VDS = 3 V vượt điện áp vượt ngưỡng 1 V. Vùng bão hòa giả định nhất quán. “Bão hòa” ở đây là vùng nguồn dòng MOSFET tương tự; không cùng cách dùng từ như bão hòa BJT hoặc op-amp bị cắt tại giới hạn đầu ra.

Mô hình cho $g_m=k(V_{GS}-V_T)=2$ mS. Bỏ điện trở đầu ra và tải ngoài, độ lợi điện áp cực nguồn chung xấp xỉ $-g_mR_D=-4$. Nhiễu động cổng 10 mV tạo nhiễu động máng khoảng −40 mV quanh 3 V. Đạo hàm này cục bộ, không mô tả quét cổng lớn.

Phát hiện giả định không hợp lệ

Nếu RD tăng thành 4.7 kΩ trong khi giả định cùng 1 mA, điện áp máng sẽ 0.3 V, dưới điện áp vượt ngưỡng 1 V. Phương trình bão hòa không còn tự nhất quán. Dùng mô hình vùng triode và giải lại thay vì chấp nhận điểm làm việc không thể có.

MOSFET kênh ngắn hiện đại và công suất rời thường cần mô hình phong phú hơn bình phương này. Dùng đường truyền thực, hành vi nhiệt độ, điện dung và tài liệu mô hình SPICE cho thiết kế linh kiện. Con số giáo dục dạy lựa chọn mô hình và tính nhất quán; không chỉ định linh kiện cho dự án cảm biến sau.