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半導体工学について MOSFETの増幅原理について、 ソースドレイン電圧が極めて小さい場合と大きい場合にそれぞれどうなるのか教えていただきたいです。

工学 | 物理学58閲覧

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回答(2件)

できるだけ簡単に… 通常ソースはグランドに、ドレインは電源に接続しますね。普通、ゲート電極には信号を入れてドレイン電流を増減させます。 そのためにはゲート電極にはしきい値電圧以上の電圧がかかっていることが前提です。そこでゲートにしきい値電圧以上の電圧がかかっているとして、MOSFETの電流の流れるメカニズムというか「流れ方」に二通りあります。 まず、ドレイン電流が非常に低い場合、ゲート電圧からしきい値電圧を引いた値よりもさらに低い場合は、ドレイン電流はゲート電圧に比例して増減します。この領域は「線形領域」と呼ばれています。ドレイン電圧が低いので電流値自体も大きくはないですね。 電流を大きくしようとしてドレイン電圧を上げて行って、(ゲート電圧ーしきい値電圧)よりもドレイン電圧が高くなった時は、今度はドレイン電流はゲート電圧の変化分の2乗で変化するようになります。このような動作の領域を「飽和領域」と呼びます。なぜ飽和と言うかと言うと、この領域(ゲート電圧が十分大きい)ではドレイン電圧を増やしても電流値は増えないからです。 従ってお答えとしては、その時のゲート電圧によって電流の流れ方の「モード」が異なると言えるかと思います。 簡単にするつもりが長くなってしましました。

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今、読み返してみるとちょっと矛盾しているように聞こえますね。 つまり、電流を増やそうとドレイン電圧をあげると、「この領域(ゲート電圧が十分大きい)ではドレイン電圧を増やしても電流値は増えないからです。」と書いてあるので 「電流は増えないの?」と思ってしまいそうです。正確に言うと、ゲート電圧を高くしておいて、ドレイン電圧を(低い値から)上げていくとドレイン電流は増えて行きますが、(ゲート電圧ーしきい値電圧)に近づくにつれてだんだん増え方が鈍くなって、(ゲート電圧ーしきい値電圧)を超えるとドレイン電圧をそれ以上上げても電流は増えなくなると言う意味です。 wikipediaのMOSFETの項に図があるので参照してください。

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