MOSFET-Drainstrom in Sättigung berechnen

Geben Sie die Übersteuerung in Volt und den Parameter in Ampere pro Volt zum Quadrat ein; das Ergebnis wird in Ampere und Milliampere ausgegeben. Das Werkzeug eignet sich für schnelle Arbeitspunktabschätzungen, Übungsaufgaben und erste Schaltungsprüfungen mit einem geeigneten Langkanalmodell.

Wählen Sie die beiden benötigten Größen

Das quadratische Sättigungsmodell verwendet die Gate-Übersteuerung und nicht allein die Gate-Source-Spannung. Die üblicherweise als V_OV bezeichnete Übersteuerung ist V_GS abzüglich der Schwellenspannung V_TH. Falls Ihre Schaltung V_GS und V_TH getrennt angibt, bilden Sie vor der Eingabe deren Differenz. Die zweite Eingabe ist der Transkonduktanzparameter k des Bauteils in Ampere pro Volt zum Quadrat. In diesem Rechner ist k so definiert, dass der Drainstrom der Hälfte von k multipliziert mit dem Quadrat von V_OV entspricht. Datenblätter und Lehrbücher verwenden nicht immer dieselben Symbole oder Definitionen: Manche nennen den Parameter Beta, manche beziehen den Faktor ein Halb bereits in die Konstante ein, und andere unterscheiden zwischen der Prozesstranskonduktanz und dem an die Geometrie angepassten Bauteilparameter. Prüfen Sie daher die Konvention, bevor Sie einen Wert übernehmen. Geben Sie nur endliche, nicht negative Zahlen ein. Eine Übersteuerung oder ein Parameter von null ergibt in diesem idealisierten Modell keinen Strom. Eine negative Übersteuerung wird abgelehnt, weil die verwendete Gleichung die leitende Sättigung und nicht den Unterschwellenbereich beschreibt. Einheitentreue ist wesentlich: Volt und Ampere pro Volt zum Quadrat ergeben Ampere.

Verstehen Sie das quadratische Ergebnis

Der Rechner wertet I_D = 0.5 × k × V_OV² aus. Durch das Quadrieren reagiert der Strom stark auf Änderungen der Gate-Vorspannung: Eine Verdopplung von V_OV vervierfacht den idealen Drainstrom, sofern k konstant bleibt. Die Antwort enthält den Strom in Ampere und Milliampere, gibt die normierten Eingaben samt Einheiten wieder und nennt die verwendete Gleichung. Beispielsweise ergeben 2.5 Volt Übersteuerung und k = 0.004 Ampere pro Volt zum Quadrat einen Strom von 0.0125 Ampere beziehungsweise 12.5 Milliampere. Die Rechnung setzt voraus, dass der MOSFET bereits in Sättigung arbeitet. Beim einfachsten NMOS-Langkanalmodell muss V_DS dazu normalerweise mindestens V_OV entsprechen. Da V_DS nicht eingegeben wird, kann das Werkzeug diese Bedingung nicht prüfen. Ebenfalls unberücksichtigt bleiben Kanallängenmodulation, Body-Effekt, Beweglichkeitsabnahme, Geschwindigkeitssättigung, Temperaturabhängigkeit, Leckstrom und Fehlanpassung. Das Ergebnis ist deshalb ein Modellwert und keine garantierte Messung. Verwenden Sie es als nachvollziehbare Ausgangsbasis, deren Annahmen klar erkennbar sind.

Nutzen Sie die Abschätzung sicher in der Schaltung

Verwenden Sie das Ergebnis, um einen ersten Arbeitspunkt festzulegen, mögliche Bauteilparameter zu vergleichen oder eine Handrechnung vor einer detaillierteren Simulation zu kontrollieren. Prüfen Sie anschließend, ob die gewählten Drain- und Source-Spannungen das Bauteil tatsächlich in Sättigung halten und ob die erwartete Verlustleistung I_D mal V_DS zulässig bleibt. Bei einem diskreten MOSFET sollten Sie Übertragungskennlinien und Parameterbereiche im Datenblatt beachten, da Schwellenspannung und Transkonduktanz zwischen Bauteilen sowie mit der Sperrschichttemperatur erheblich schwanken können. Bei integrierten Entwürfen vergleichen Sie den idealen Strom mit dem Prozessmodell für die relevante Kanallänge, Kanalbreite, Versorgung und die Prozess-Ecken. Falls Ihre Quelle Beta so definiert, dass die Gleichung keinen Faktor ein Halb enthält, rechnen Sie den Wert vor der Eingabe um; andernfalls weicht das Ergebnis um den Faktor zwei ab. Automatisierte Aufrufe kosten $0.002 je Anfrage, während die Browserberechnung schnelle interaktive Prüfungen unterstützt. Dokumentieren Sie beide Eingaben und die Gleichung zusammen mit dem Ergebnis, damit andere die Annahme reproduzieren können.