MOSFET的工作区域主要由栅极电压(VGS)控制,通常包括截止区、线性区(也称为可变电阻区或放大区)、饱和区(也称为恒流区)以及在某些情况下还可能涉及的击穿区。
对于N沟道增强型MOSFET,当VGS>VGS(TH)时,MOSFET就会开始导通,如果在漏极和源极之间加上一定的电压,就会有电流产生。在一定的VDS下,漏极电流ID的大小是与栅极电压VGS有关的。输出曲线如图一所示:
⊙截止区
状态描述:当栅极电压VGS低于阈值电压VTH时,MOSFET处于截止状态。此时,栅极下方的半导体表面没有形成导电通道,漏极和源极之间几乎没有电流通过,MOSFET相当于一个断开的开关。
特点:电流ID极小,几乎为零;MOSFET在此区域具有高阻态特性。
应用:在数字电路中,MOSFET常用于实现逻辑门电路和存储器等,通过控制栅极电压的开关状态来实现信号的传输和处理。
⊙线性区(可变电阻区/放大区)
状态描述:当栅极电压VGS逐渐增大并超过阈值电压VTH时,MOSFET进入线性区。此时,栅极下方的半导体表面开始形成导电通道,漏极和源极之间的电流ID随栅极电压VGS的增加而线性增加。
特点:电流ID与栅极电压VGS成正比;MOSFET在此区域具有可变电阻特性,可以用作线性放大器。
应用:在模拟电路中,MOSFET常用于实现放大器、滤波器和运算放大器等,通过调节栅极电压来控制信号的放大倍数和频率响应。
状态描述:当栅极电压VGS继续增大到一定值时,MOSFET进入饱和区。此时,尽管栅极电压继续增加,但漏极和源极之间的电流ID基本保持不变,不再随栅极电压的增加而增加。
特点:电流ID基本恒定;MOSFET在此区域具有恒流特性,输出电阻较大。
应用:在数字电路中,MOSFET在饱和区常用作开关元件,通过控制栅极电压的开关状态来实现信号的传输和转换。同时,在模拟电路中,MOSFET也可用于实现电流源等电路。
状态描述:当栅极电压VGS或漏极电压VDS过高时,MOSFET可能进入击穿区。此时,由于电场强度过大,导致半导体材料发生击穿现象,电流急剧增加并可能损坏器件。
特点:电流ID急剧增加;MOSFET在此区域可能失效或损坏。
▲高输入阻抗:MOSFET的栅极几乎不吸取电流,因此输入阻抗非常高,有利于信号的传输和处理。
▲低功耗:由于栅极电容的存在,MOSFET在开关过程中消耗的能量较少,适用于高频和低功率应用。
▲快速开关:MOSFET的开关速度很快,可达数十兆赫兹至数百兆赫兹,适用于需要快速响应的电路。
▲低噪声:由于MOSFET内部无PN结,因此噪声系数较低,适用于低噪声电路的设计。
▲易于集成:MOSFET的工艺步骤简单,易于与其他半导体器件集成在一起,形成高集成度的电路。
☆电源管理:MOSFET常用于电源开关的控制,如DC-DC转换器、LED驱动器、液晶电视等电子产品中。
☆电机控制:在汽车、工业、家用电器等领域,MOSFET用于控制电机的启停和速度调节。
☆通信设备:在移动通信基站的功率放大器、射频开关等方面,MOSFET实现信号的放大和处理。
☆照明应用:MOSFET被广泛应用于高亮度LED照明和太阳能光伏逆变器等领域。
☆汽车电子:在汽车电子系统中,如发动机管理、刹车系统、座椅调节等方面,MOSFET发挥着重要作用。


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