ＦＥＴの消費電力について

質問

ＦＥＴとはゲート電圧をかけることにより電圧を誘起させ、ソース・ドレイン間に電流を流すデバイスですよね！？

いくつか質問があるのですが
・ＦＥＴの消費電力といったらドレイン電力、ソース電力、ゲート電力の合計ということなのでしょうか？

・ゲート電力とは存在するのでしょうか？
オームの法則からＶ＝Ｉ×Ｒですが、ゲートには電流は流れません。そのためＩ＝０となり、ゲート電力は０になるのですか？
電流が流れないのに、電圧だけかけるというのはどういうことなのでしょうか？

レベルの低い質問で申し訳ないのですが、是非教えて下さい。

回答No.1

nta · ベストアンサー

これはFETの種類によっても少し考え方が変わりますが、一般的にといういみであれば、
（１）FETの消費電力についてですが、ドレイン電力、ソース電力、ゲート電力　という表現が存在せず、「ドレイン損失」というドレイン－ソース間の電流による電力損失が一般に使われます。これは電力は２端子間で定義することが多いということと、ゲート損失と定義できそうなものがほとんどゼロに近いからです。
（２）電流が流れないのに電圧だけかかるというのは決して珍しい現象ではありません。静電気が発生するということはそこに電荷がたまるということであり、その電荷は移動しないので電流が流れません。しかし、電圧は数千ボルトにも達します。
（３）FETの種類にもよりますが、ゲート入力による損失が無視できないトランジスタもあります。確かに、ゲートのインピーダンスが非常に高いのですが、それは直流についていえることで、交流信号はゲートを通過します。ちょうどコンデンサのような働きであり、容量にしてｐFからｎFのオーダなので電流は少なく消費電力は小さいのですが、周波数が高くなるとこのような小さい容量でも通過する電流は多くなり損失が目立つようになります。特にマイクロ波帯以上で使われるパワーFETではゲートから入力された電力をいかにドレインの出力側に有効に伝達するかという設計が重要になってきます。

回答No.6

anachrockt

「ゲート電力」が無効電力とか言う話がありますが，ゲート容量への充放電はこちらのCR充放電回路と同じです．
http://www.orixrentec.co.jp/tmsite/know/know_cr1-52.html
電力を消費するのは，ドライブ回路とゲート配線（ポリシリコン）の抵抗分です．
これは紹介した資料を読めば疑問の余地はないと思いますが．

インダクタでドライブすると無効電力になりますが，発振，リンギング等で損失は急増しFETが爆裂します．

回答No.5

nta

NO1です。
　No4さんのご回答にありますが、「ゲート電力」ともし定義されるものに意味があるとすれば、高周波動作時のゲート電流と言えますが、説明にもあるようにこれは主にリアクタンスへの供給であり、無効電力です。これに対してドレイン損失は有効電力ですから単純に加算するというわけにはいきません。
　FET増幅器を２端子対モデルで評価する場合には入出力端子からみたインピーダンスを完全に整合させ、入出力端子からの電力反射を完全にないものとし、その上でFETに印加している直流バイアスの電力に対して何割の電力が出力側から得られたのかを評価します。こういうものを、電力付加効率と呼んでいます。この値は低周波スイッチングでは９５％以上、A,B級動作でも６０％くらいは得られます。この場合にはFETの消費電力はその残りということになります。

回答No.4

anachrockt

ゲート電力は，高速でスイッチングするとき問題になります．
コンデンサの蓄積エネルギーがCV^2/2となることはご存じだと思います．
充電回路（ここではドライブ回路）でもCV^2/2が消費されます．
周波数ｆでスイッチングするとゲート消費電力は合わせてCV^2fとなります．
No.3の方の紹介した資料のグラフを見ると，ゲート容量はVGSでころころ変わりわかりません．
そこで更にグラフを見ると，ダイナミック入出力特性が載っています．
ご存じのようにQ=CVですから，グラフからゲート入力電荷量Qgを読み取れば，
ゲート消費電力はQgVfと簡単に求まります．

詳しいことも知りたければ，この資料がわかりやすいです．
http://focus.ti.com/lit/ml/slup169/slup169.pdf
http://focus.ti.com/lit/ml/slup170/slup170.pdf

回答No.3

miran_2006

あまり難しいこと言ってもしょうがないので・・・
http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/Transistor/2SK2232_ja_datasheet_061115.pdf
上記のデータシートを例にすると、２ページ目に「ドレインソース間ON抵抗」と言う項目があります。
これは、ゲート信号を加えてD-S間がONした時の抵抗値です。
これに流す電流を掛けた値が消費電力です。
ゲートの損失は普通の使い方（ON/OFF動作）なら無視してよいです。
そして、６ページ目に「安全動作領域」のグラフが載っています。
この範囲で使用すれば、だいたい壊れることはありません。
詳しくは、お使いのFETのデータシートをご参照下さい。

回答No.2

isoworld

素人向けにごく一般的に解説すると、ＦＥＴの消費電力は、ソース～ドレイン間の電圧とソース～ドレイン間を流れる電流の積になります。特殊な場合を除いてゲートにはほとんど電流は流れませんから、無視できます。
　ゲートに電圧をかけると電界が発生し、それによってソース～ドレイン間の電流の流れをコントロールできます。真空管も同じで、グリッド（ゲートに相当する）に電圧をかけるだけで、カソードからプレートに流れる電子の流れ（電流でいえばプレートからカソード）を制御できます。通常の使い方ではグリッドに電流はほとんど流れません。