MOSFET ドレイン電流・消費電力計算機

金属酸化膜半導体電界効果トランジスタは、ゲート電圧によって生じる電界でドレイン電流を制御します。ゲートはチャネルから絶縁されているため、理想 MOSFET には定常的なゲート電流がほとんど流れません。電圧制御、高い入力抵抗、微細化に適した構造により、MOSFET はデジタル論理、アナログ増幅器、スイッチング電源、モーター駆動、多くの組み込みシステムの基本素子になっています。 この計算機は、エンハンスメント型 n チャネル MOSFET に長チャネル二乗則モデルを適用します。まず、ゲート・ソース間電圧からしきい値電圧を引いてオーバードライブ電圧を求めます。これがゼロ以下ならチャネルはオフとみなし、遮断領域となります。ドレイン・ソース間電圧が正でオーバードライブ電圧未満の場合は、三極管領域または線形領域で動作します。同電圧がオーバードライブ電圧以上になると、ドレイン付近でチャネルがピンチオフし、モデルは飽和領域の式を使います。 相互コンダクタンスパラメータ k は、キャリア移動度、酸化膜容量、チャネル幅と長さの比をまとめたものです。ここではミリアンペア毎ボルト二乗で入力するため、電流はミリアンペア、相互コンダクタンスはミリジーメンスになります。チャネル長変調係数 lambda は、ドレイン電圧の上昇に伴う飽和電流の緩やかな増加を表します。理想二乗則モデルでは lambda をゼロにするか、データシートの出力特性からフィッティングした正の値を使ってください。 消費電力はドレイン電流とドレイン・ソース間電圧の積です。計算機はミリアンペアをアンペアに換算してからワットで表示します。これは静的なチャネル損失だけです。実際の熱設計では、スイッチング損失、ゲート駆動損失、ダイオード導通、パッケージ熱抵抗、周囲条件、過渡負荷も考慮する必要があります。最大電流の定格だけに頼らず、必ず動作点を素子の安全動作領域と比較してください。 実際のパワー MOSFET や短チャネル集積素子は、この簡単な式から大きく外れることがあります。温度はしきい値電圧とオン抵抗を変え、ソースと基板の電位が異なるとボディ効果でしきい値が変化し、高電界では移動度が低下します。最終的な確認には、データシートの伝達特性、SPICE モデル、実測した部品ばらつきがより適しています。二乗則の結果は、学習、初期のバイアス設計、ゲートのオーバードライブとドレイン電圧が動作領域を決める仕組みの理解に有用です。