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原创文章,打字不易.转载请标注出处(http://blog.sina.com.cn/s/blog_450459410101oqzg.html)...我们知道MOSFET有三个工作状态:截止Cut-off,变阻Triode(或Linear),饱和Saturation.而BJT也有三个工作状态:截止Cut-off,放大Active,饱和Saturation.两种器件的截止状态是类似的,即如果将器件看作是由一个控制端,一个输出端和一个公共端构成,那么在截止就是输出端没有电流流过.但两种器件的另外两个状态是有区别的.相对而言,MOSFET的变阻对应BJT的饱和,而MOSFET的饱和对应BJT的放大.稍微分析一下是这样的,对于BJT而言,其基本工作原理是基极-发射极的电压VBE控制发射极和集电极电流,工作在放大状态的条件是发射结EBJ正向偏置,集电结CBJ反向偏置,这时候电流关系满足Ic=βIb.以共发射极电路为例,负载连接在集电极,当基极-发射极电压VBE增加,则基极电流增加,引起集电极电流增加,因为集电极接入负载,所以集电极电压下降,当集电极电流增加的一定程度后,集电极电压下降至低于基极电压,这时候集电结CBJ进入正向偏置,当正向偏置高于约0.4V后(正向偏置不会开始就影响BJT的放大状态),BJT进入饱和状态,所谓饱和状态指的是:即便是继续增大基极-发射极电压VBE,或继续增大基极-发射极电流Ib,集电极电流也不会继续增加,也就是说电流饱和了.而对于MOSFET而言,它的饱和区是指:在栅极-源极电压Vgs为一个确定值时(当然要满足Vgs大于开启电压Vt),当漏极-源极电压Vds大于Vgs和Vt之差后,MOSFET的导电沟道在漏极处夹断,即便是继续增大漏极-源极电压Vds,沟道的导电能力也不会再提高了,也就是此时的MOSFET在漏极-源极间相当于一个恒流源,电流值与Vgs有关.乍一看好像两个饱和很像,但仔细想想是不一样的,对BJT而言饱和的BJT相当于一个开关.而MOSFET相当于一个恒流源,电流值受栅极-源极电压Vgs控制,也就是说Vgs变化,则漏极-源极电流变化,这时候如果在漏极加入一个负载,那么漏极电压Vds就会随着Vgs变化,所以MOSFET作为放大器是工作在饱和状态的.MOSFET什么时候作为开关用呢?答案是在变阻状态和截止状态.理想的开关是断开时,开关两端电阻无穷大,这一点由BJT和MOSFET的截止状态实现.同时,理想开关的闭合时,开关两端电阻为0,等效的是开关两端电压为0.以共源极电路为例,在变阻(或称之为线性)区域,从器件的伏安特性曲线上看(该曲线X轴为漏极-源极电压Vds,Y轴为漏极电流Id),这一段曲线是随着Vds的增加非常陡峭的向上走的,也就是说漏极-源极电压Vds的一点增加,引起漏极电流Id的很大增加.想想电阻的定义,电阻=电压变化/电流变化,从曲线上看是曲线斜率的倒数.可以得出的结论是,在变阻状态,漏极-源极间的电阻很小.功率MOSFET的导通电阻是毫欧姆级别的.电阻小,那么漏极-源极上的电压Vds也小,MOSFET的功耗就低.同样道理,BJT在饱和状态电流到达最大值,集电极-发射极电压也到达最小值,约为0.3V.正是这个不可能降低的0.3V,并且想要在饱和时提供很大的集电极电流Ic,就需要提供更大的基极电流Ib(因为Ic/Ib这时候小于β),这些决定了BJT无论如何都要有一定的功率损耗.这也是现代的开关电源电路中MOSFET流行的原因啦.从反面分析,为什么开关状态的MOSFET不是饱和状态呢,原因是饱和状态的MOSFET的漏极-源极间等效为一个恒流源,恒流源的电阻理论上是无穷大...对应在伏安特性图上,无视Vds继续增大,漏极电流稳稳的是一条平行线,其斜率等于0.以共源极电路为例,在特定的栅极-源极电压Vgs下,MOSFET处于饱和状态,通过负载的电流是一个定值,试想,这时候增大负载的供电电压,因为负载电流不变,那么增加的电压就落在了漏极-源极间,即Vds增加,Vds增加显然带来的是MOSFET功耗上升.以上分析比较粗略,忽略了MOSFET的沟道调制现象(Channel-length modulation)和BJT的Earlyeffect,如有错误之处,希望大家指正!
