MOSFET 汲極電流與功耗計算器

金屬氧化物半導體場效電晶體透過閘極電壓產生的電場控制汲極電流。閘極與通道絕緣，因此理想 MOSFET 幾乎不消耗穩態閘極電流。電壓控制、高輸入電阻與可微縮結構相結合，使 MOSFET 成為數位邏輯、類比放大器、交換式電源、馬達驅動及眾多嵌入式系統的基礎元件。 本計算器將長通道平方律模型套用於增強型 n 通道 MOSFET。首先以閘源電壓減去臨界電壓，算出過驅電壓。若過驅電壓為零或負值，則視為通道關閉，元件處於截止區。當汲源電壓為正且低於過驅電壓時，元件在線性區，也稱三極區運作。當汲源電壓等於或高於過驅電壓時，通道在靠近汲極處夾止，模型採用飽和區方程式。 跨導參數 k 結合了載子遷移率、氧化層電容及通道寬長比。此處以毫安培每平方伏特輸入，因此計算電流的單位為毫安培，跨導為毫西門子。通道長度調變係數 lambda 用來描述飽和電流隨汲極電壓上升而略增的現象。理想平方律模型可將 lambda 設為零，或使用從資料表輸出曲線擬合得到的正值。 功率耗散等於汲極電流乘以汲源電壓。計算器先將毫安培換算為安培，再以瓦特顯示。這僅是靜態通道的損耗；實際熱設計還必須考慮切換損耗、閘極驅動損耗、二極體導通、封裝熱阻、環境條件與暫態負載。務必將工作點與元件的安全工作區比較，不要只依賴標示的最大電流額定值。 實際功率 MOSFET 與短通道積體元件可能明顯偏離簡化方程式。溫度會改變臨界電壓與導通電阻，源極和基體電位不同時，基體效應會改變臨界電壓，高電場也會降低遷移率。資料表轉移曲線、SPICE 模型與實測元件差異更適合最終驗證。平方律結果仍適合教學、初步偏壓設計，以及理解閘極過驅電壓和汲極電壓如何決定工作區。