トランジスタの動作を理解するために、JFET（ジャンクション型FET）とMOSFET（金属酸化膜半導体FET）の伝達特性を考えることは非常に重要です。特に、ゲート電圧と相互コンダクタンスの関係を示すグラフは、これらのデバイスの動作を可視化するための重要なツールとなります。この記事では、JFETとMOSFETの伝達特性における相互コンダクタンスの変化について解説し、グラフの概形を説明します。
相互コンダクタンスとは？
相互コンダクタンス（gₘ）は、ゲート電圧の変化に対するドレイン電流の変化を表すパラメータで、トランジスタの増幅能力を示します。具体的には、gₘは「ドレイン電流の変化量 / ゲート電圧の変化量」として定義され、デバイスがどれだけ効率よく電流を増幅するかを示します。
トランジスタにおいて、相互コンダクタンスが大きいほど、ゲート電圧が少し変化するだけでドレイン電流が大きく変化し、増幅効率が高いことを意味します。
JFETの伝達特性と相互コンダクタンス
JFETは、ゲート電圧がドレイン-ソース間のチャネルの導通に与える影響を示す伝達特性を持っています。ゲート電圧が小さいとき、チャネルが開いており、ドレイン電流は大きくなります。しかし、ゲート電圧が一定の閾値を超えると、チャネルが狭まり、ドレイン電流が急激に減少します。この領域での相互コンダクタンスは、ゲート電圧が増加するにつれて急激に低下します。
したがって、JFETの伝達特性のグラフでは、ゲート電圧が低い領域では相互コンダクタンスが大きく、ゲート電圧が高くなると急激に相互コンダクタンスが減少する形状になります。
MOSFETの伝達特性と相互コンダクタンス
MOSFETの伝達特性は、ゲート電圧によってチャネルの導通状態が大きく変わります。MOSFETは、ゲート電圧が閾値電圧（Vth）を超えると、チャネルが開き、ドレイン電流が流れ始めます。ゲート電圧がさらに高くなると、ドレイン電流が増加し、相互コンダクタンスが高くなります。
MOSFETの伝達特性グラフは、閾値電圧を超えると急激にドレイン電流が増加し、その後相互コンダクタンスはほぼ一定となるか、若干の増加を見せます。この領域では、MOSFETの相互コンダクタンスはゲート電圧に対して比較的安定しており、高い効率で増幅作用を行います。
JFETとMOSFETの伝達特性のグラフ比較
JFETとMOSFETの伝達特性グラフの概形を比較すると、両者はゲート電圧に対する反応の仕方が異なります。JFETの場合、相互コンダクタンスはゲート電圧が低いときは大きく、ゲート電圧が増加するにつれて急激に減少します。一方、MOSFETの場合、ゲート電圧が閾値を超えると急激にドレイン電流が増加し、その後は比較的安定した相互コンダクタンスが見られます。
具体的には、JFETのグラフは、ゲート電圧が閾値に近づくと急激に相互コンダクタンスが低下し、MOSFETのグラフは閾値を超えると急激に増加し、比較的平坦な増加を示します。
まとめ
JFETとMOSFETの伝達特性における相互コンダクタンスのグラフは、ゲート電圧とドレイン電流の関係を視覚的に示す重要なツールです。JFETはゲート電圧が増加するにつれて相互コンダクタンスが減少する一方、MOSFETは閾値電圧を超えると相互コンダクタンスが増加し、その後比較的安定します。これらの特徴を理解することで、トランジスタの動作をより深く理解でき、回路設計やトラブルシューティングに役立ちます。
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