Calculateur MOSFET

Calculer les paramètres électriques MOSFET pour la conception et l'analyse de circuits.

Saisissez la tension grille-source, la tension drain-source, la tension de seuil et les paramètres du dispositif pour calculer le courant de drain, la transconductance et la dissipation de puissance.

Exemples

Cliquez sur n'importe quel exemple pour le charger dans le calculateur.

Enhancement Mode MOSFET

MOSFET Mode d'Enrichissement

A typical enhancement mode MOSFET operating in saturation region.

Tension Grille-Source: 3.3 V

Tension Drain-Source: 5.0 V

Tension de Seuil: 1.0 V

Paramètre de Transconductance: 0.001 A/V²

Modulation de Longueur de Canal: 0.01 V⁻¹

Depletion Mode MOSFET

MOSFET Mode d'Appauvrissement

A depletion mode MOSFET with negative threshold voltage.

Tension Grille-Source: 2.0 V

Tension Drain-Source: 3.3 V

Tension de Seuil: -1.0 V

Paramètre de Transconductance: 0.002 A/V²

Modulation de Longueur de Canal: 0.02 V⁻¹

Low Power MOSFET

MOSFET Faible Puissance

A low-power MOSFET for battery-operated applications.

Tension Grille-Source: 1.8 V

Tension Drain-Source: 2.5 V

Tension de Seuil: 0.5 V

Paramètre de Transconductance: 0.0005 A/V²

Modulation de Longueur de Canal: 0.005 V⁻¹

High Power MOSFET

MOSFET Haute Puissance

A high-power MOSFET for switching applications.

Tension Grille-Source: 5.0 V

Tension Drain-Source: 12.0 V

Tension de Seuil: 2.0 V

Paramètre de Transconductance: 0.005 A/V²

Modulation de Longueur de Canal: 0.05 V⁻¹

Autres titres
Comprendre le Calculateur MOSFET : Un Guide Complet
Maîtrisez les fondamentaux du fonctionnement MOSFET et apprenez à calculer les paramètres électriques clés pour la conception de circuits électroniques. Ce guide couvre tout, de la théorie de base des transistors à la modélisation avancée des dispositifs.

Qu'est-ce que le Calculateur MOSFET ?

  • Concepts Fondamentaux
  • Fonctionnement MOSFET
  • Paramètres Clés
Le Calculateur MOSFET est un outil essentiel pour les ingénieurs en électronique, les étudiants et les passionnés travaillant avec les Transistors à Effet de Champ Métal-Oxyde-Semi-conducteur. Il calcule les paramètres électriques critiques incluant le courant de drain, la transconductance, la conductance de sortie et la dissipation de puissance basés sur les caractéristiques du dispositif et les conditions de fonctionnement. Les MOSFETs sont des composants fondamentaux dans l'électronique moderne, utilisés dans les amplificateurs, les commutateurs, les régulateurs de tension et les circuits numériques.
Comprendre la Structure et le Fonctionnement MOSFET
Un MOSFET se compose de trois bornes : Grille, Source et Drain. La grille est isolée du canal semi-conducteur par une fine couche d'oxyde. Lorsqu'une tension est appliquée à la grille, elle crée un champ électrique qui contrôle la conductivité du canal entre la source et le drain. La tension de seuil (Vth) est la tension grille-source minimale requise pour créer un canal conducteur. Une fois que Vgs dépasse Vth, le courant peut circuler entre le drain et la source, avec la quantité de courant contrôlée par la tension de grille.
Paramètres Électriques Clés
Le courant de drain (Id) est le paramètre de sortie principal, déterminé par la relation quadratique : Id = K × (Vgs - Vth)² × (1 + λ×Vds). La transconductance (gm) représente le changement de courant de drain par unité de changement de tension de grille : gm = 2 × K × (Vgs - Vth). La conductance de sortie (gds) tient compte de l'effet de la tension de drain sur le courant : gds = λ × Id. La dissipation de puissance est simplement le produit du courant de drain et de la tension drain-source : P = Id × Vds.
Régions de Fonctionnement
Les MOSFETs fonctionnent dans trois régions principales : blocage (Vgs < Vth, pas de courant), triode/linéaire (Vgs > Vth, Vds < Vgs - Vth, comportement résistif), et saturation (Vgs > Vth, Vds > Vgs - Vth, courant constant). Le calculateur détermine automatiquement la région de fonctionnement basée sur les tensions d'entrée et fournit des calculs appropriés pour chaque région.

Types MOSFET Courants :

  • Mode d'Enrichissement : Nécessite une Vgs positive pour s'activer (Vth > 0)
  • Mode d'Appauvrissement : Conduit avec Vgs nulle, nécessite une Vgs négative pour se désactiver (Vth < 0)
  • Canal N : Les électrons sont les porteurs majoritaires, Vds positive
  • Canal P : Les trous sont les porteurs majoritaires, Vds négative

Guide Étape par Étape pour Utiliser le Calculateur

  • Collecte des Spécifications du Dispositif
  • Saisie des Valeurs
  • Interprétation des Résultats
Utiliser le Calculateur MOSFET nécessite des spécifications de dispositif précises et des conditions de fonctionnement. Suivez ces étapes pour assurer des résultats fiables.
1. Déterminer les Tensions de Fonctionnement
Commencez par identifier les tensions de fonctionnement de votre circuit. La tension grille-source (Vgs) détermine à quel point le MOSFET est activé. La tension drain-source (Vds) détermine la région de fonctionnement et affecte le courant par la modulation de longueur de canal. Assurez-vous que Vgs est supérieure à Vth pour que la conduction se produise.
2. Trouver les Paramètres du Dispositif
La tension de seuil (Vth) est typiquement spécifiée dans la fiche technique du dispositif. Le paramètre de transconductance (K) dépend de la technologie de fabrication et de la géométrie du dispositif, souvent calculé comme K = (μ × Cox × W/L)/2, où μ est la mobilité des porteurs, Cox est la capacité d'oxyde, et W/L est le rapport largeur/longueur. Le paramètre de modulation de longueur de canal (λ) tient compte de l'effet de la tension de drain sur la longueur du canal.
3. Calculer et Analyser les Résultats
Le calculateur fournira le courant de drain, la transconductance, la conductance de sortie, la dissipation de puissance et la région de fonctionnement. Utilisez ces résultats pour vérifier le fonctionnement du dispositif dans les limites de sécurité, calculer les gains de tension dans les circuits amplificateurs, et assurer une gestion thermique appropriée par l'analyse de dissipation de puissance.

Plages de Paramètres Typiques :

  • Tension de Seuil (Vth) : 0,5V - 3V pour le mode d'enrichissement
  • Paramètre de Transconductance (K) : 0,0001 - 0,01 A/V²
  • Modulation de Longueur de Canal (λ) : 0,001 - 0,1 V⁻¹
  • Courant de Drain : μA à A selon la taille du dispositif

Applications Réelles et Conception de Circuits

  • Circuits Amplificateurs
  • Applications de Commutation
  • Électronique de Puissance
Les calculs MOSFET sont fondamentaux pour d'innombrables applications électroniques, des commutateurs simples aux circuits intégrés complexes.
Conception d'Amplificateurs
Dans les circuits amplificateurs, la transconductance (gm) détermine directement le gain de tension. Les amplificateurs à source commune ont un gain de tension Av = -gm × Rd, où Rd est la résistance de drain. La conductance de sortie (gds) affecte la résistance de sortie de l'amplificateur et la stabilité du gain. Comprendre ces paramètres est crucial pour concevoir des amplificateurs avec les caractéristiques de gain, de bande passante et de linéarité désirées.
Circuits de Commutation Numérique
Dans les circuits numériques, les MOSFETs fonctionnent comme des commutateurs, passant entre les régions de blocage et de triode. Le calcul du courant de drain aide à déterminer la vitesse de commutation, la consommation de puissance et les exigences d'entraînement. Pour la commutation haute vitesse, une faible tension de seuil et une transconductance élevée sont souhaitables, tandis que l'efficacité énergétique nécessite une considération attentive du courant de fuite et des pertes de commutation.
Électronique de Puissance
Dans l'électronique de puissance, les MOSFETs gèrent des courants et des tensions élevés. Les calculs de dissipation de puissance sont critiques pour la gestion thermique et la fiabilité. Le calculateur aide à déterminer si un dispositif fonctionne dans sa zone de fonctionnement sûr (SOA) et si un dissipateur thermique supplémentaire est requis. Les MOSFETs de puissance ont souvent des spécifications de résistance thermique spécifiques qui doivent être considérées avec la dissipation de puissance.

Idées Fausses Courantes et Pièges de Conception

  • Contrôle Tension vs Courant
  • Confusion des Régions de Fonctionnement
  • Considérations Thermiques
La conception de circuits MOSFET semble simple, mais plusieurs idées fausses courantes peuvent mener à de mauvaises performances ou à la défaillance du dispositif.
Mythe : Les MOSFETs sont des Sources de Courant Contrôlées en Tension
Bien que les MOSFETs soient souvent décrits comme des dispositifs contrôlés en tension, la relation entre la tension de grille et le courant de drain n'est pas parfaitement linéaire. La relation quadratique signifie que de petits changements de tension de grille peuvent causer de grands changements de courant, surtout près du seuil. Cette non-linéarité doit être considérée dans la conception de circuits analogiques et peut mener à la distorsion dans les amplificateurs.
Piège : Ignorer la Région de Fonctionnement
Différentes régions de fonctionnement nécessitent différentes méthodes de calcul. Dans la région de triode, le courant de drain dépend fortement de Vgs et Vds, tandis qu'en saturation, il est principalement contrôlé par Vgs. Confondre ces régions peut mener à des erreurs de calcul significatives. Le calculateur détermine automatiquement la région de fonctionnement, mais comprendre la distinction est crucial pour la conception de circuits.
Considérations de Gestion Thermique
La dissipation de puissance dans les MOSFETs génère de la chaleur qui doit être gérée. La dissipation de puissance calculée représente la chaleur générée dans le dispositif. Cette chaleur doit être évacuée par un dissipateur thermique approprié pour prévenir la défaillance du dispositif. L'élévation de température de jonction peut être calculée comme ΔT = P × Rth(j-a), où Rth(j-a) est la résistance thermique de la jonction à l'ambiant.

Exemples de Dissipation de Puissance :

  • MOSFET petit signal : 0,1W - 1W (dissipateur thermique minimal requis)
  • MOSFET puissance moyenne : 1W - 10W (dissipateur thermique modéré nécessaire)
  • MOSFET haute puissance : 10W - 100W+ (dissipateur thermique substantiel requis)

Dérivation Mathématique et Exemples

  • Modèle de Loi Quadratique
  • Modulation de Longueur de Canal
  • Modèles Avancés
Le calculateur MOSFET utilise le modèle de loi quadratique avec modulation de longueur de canal, qui fournit un bon équilibre entre précision et simplicité pour la plupart des applications.
Dérivation du Modèle de Loi Quadratique
La relation de loi quadratique vient de l'approximation du canal graduel, où la densité de charge du canal est proportionnelle à (Vgs - Vth - V(x)), où V(x) est la tension le long du canal. Intégrer cette relation de la source au drain donne Id = K × (Vgs - Vth)² en saturation. La transconductance est la dérivée du courant de drain par rapport à la tension de grille : gm = ∂Id/∂Vgs = 2 × K × (Vgs - Vth).
Effet de Modulation de Longueur de Canal
La modulation de longueur de canal se produit parce que la longueur effective du canal diminue quand la tension de drain augmente, causant une légère augmentation du courant de drain avec Vds en saturation. Cet effet est modélisé par le facteur (1 + λ×Vds). La conductance de sortie est la dérivée du courant de drain par rapport à la tension de drain : gds = ∂Id/∂Vds = λ × Id. Cet effet est plus prononcé dans les dispositifs à canal court.
Limitations et Modèles Avancés
Le modèle de loi quadratique a des limitations, particulièrement pour les dispositifs à canal court où la saturation de vitesse, la dégradation de mobilité et d'autres effets deviennent importants. Pour une modélisation plus précise, des modèles avancés comme BSIM (Berkeley Short-channel IGFET Model) considèrent ces effets. Cependant, le modèle de loi quadratique fournit un excellent aperçu du comportement du dispositif et est suffisant pour la plupart des applications de conception de circuits.

Précision du Modèle :

  • Dispositifs à canal long : Modèle de loi quadratique très précis
  • Dispositifs à canal court : Modèles avancés recommandés
  • Fonctionnement haute fréquence : Effets parasites importants
  • Dispositifs de puissance : Effets thermiques doivent être considérés