MOSFET作为开关-何时处于饱和状态？

我在面包板上连接了以下电路。

我使用电位计来改变栅极电压。这让我感到困惑：根据维基百科，当V（GS）> V（TH）和 V（DS）> V（GS）-V（TH）时，MOSFET处于饱和状态。

如果我从0开始缓慢增加栅极电压，则MOSFET保持截止状态。当栅极电压约为2.5V左右时，LED开始传导少量电流。当栅极电压达到4V左右时，亮度停止增加。当栅极电压大于4V时，LED的亮度不变。即使我将电压从4迅速增加到12，LED的亮度仍保持不变。

在增加栅极电压的同时，我还监视漏极至源极的电压。当栅极电压约为4V时，漏极至源极的电压从12V下降至接近0V。这很容易理解：由于R1和R（DS）构成一个分压器，并且R1比R（DS）大得多，因此大部分电压都在R1上下降。在我的测量中，R1上下降了约10V，其余的红色LED上下降了（2V）。

但是，由于V（DS）现在大约为0，所以不满足条件V（DS）> V（GS）-V（TH），MOSFET是否不处于饱和状态？如果是这种情况，如何设计MOSFET处于饱和状态的电路？

注意：IRF840的R（DS）为0.8欧姆。V（TH）在2V至4V之间。Vcc为12V。

这是我绘制的电路负载线。

现在，从我从这里得到的答案中可以得出的结论是，为了将MOSFET作为开关工作，工作点应朝负载线的左侧。我的理解正确吗？

并且，如果在上图中施加MOSFET特性曲线，则工作点将位于所谓的“线性/三极管”区域。实际上，开关应尽快到达该区域，以便有效地工作。我明白了还是我完全错了？

首先，MOSFET的“饱和”意味着VDS的变化不会在Id（漏极电流）中产生明显的变化。您可以考虑将MOSFET饱和作为电流源。那与VDS两端的电压无关（当然有限制），流经器件的电流将（几乎）恒定。

现在回到问题：

根据维基百科，当V（GS）> V（TH）并且V（DS）> V（GS）-V（TH）时，MOSFET处于饱和状态。

那是对的。

如果我从0开始缓慢增加栅极电压，则MOSFET保持截止状态。当栅极电压约为2.5V左右时，LED开始传导少量电流。

您将Vgs增加到NMOS的Vth以上，因此形成了通道并开始导通器件。

当栅极电压达到4V左右时，亮度停止增加。当栅极电压大于4V时，LED的亮度不变。即使我将电压从4迅速增加到12，LED的亮度仍保持不变。

您增加了Vgs，使设备传导的电流更大。在Vgs = 4V时，限制电流量的不再是晶体管，而是与晶体管串联的电阻。

在增加栅极电压的同时，我还监视漏极至源极的电压。当栅极电压约为4V时，漏极至源极的电压从12V下降至接近0V。这很容易理解：由于R1和R（DS）构成一个分压器，并且R1比R（DS）大得多，因此大部分电压都在R1上下降。在我的测量中，R1上下降了约10V，其余的红色LED上下降了（2V）。

一切看起来都井井有条。

但是，由于V（DS）现在大约为0，所以不满足条件V（DS）> V（GS）-V（TH），MOSFET是否不处于饱和状态？

不它不是。它位于线性或三极管区域。它在该区域中充当电阻器。即增加Vds将增加Id。

如果是这种情况，如何设计MOSFET处于饱和状态的电路？

你已经有了。您只需要注意操作点即可（确保满足您提到的条件）。

A）在线性区域中，您可以观察到以下内容：->当增加电源电压时，随着电阻器和晶体管上的电流上升，LED会变亮，从而有更多的电流流过LED。

B）在饱和区域中会发生不同的事情->当增加电源电压时，LED亮度不会改变。您在电源上施加的额外电压不会转换为更大的电流。取而代之的是它将跨过MOSFET，因此漏极电压将随电源电压一起上升（因此，将电源电压增加2V意味着漏极电压将增加近2V）。

我在Wikipedia文章的上下文中解释“饱和”的含义如下：

MOSFET的数据表将显示一个曲线图，该曲线显示在特定特定的特定，通常是针对许多不同的值。$I_D$$V_{DS}$$V_{GS}$$V_{GS}$

在此示例中，红色的抛物线将所谓的“线性”区域与“饱和”区域分开。在饱和区域，线平坦-随着增加，电流不再增加。在线性区域，随着漏极电流的增加，也会增加-MOSFET的作用类似于电阻。$I_D$$V_{DS}$$V_{DS}$

在您的情况下，假设您的零件具有与示例类似的曲线，技术上为“否”，则该设备不在饱和区域。就是说，您的非常低，以至于压降与串联电阻相比很小。不管上升到什么，与电阻相比，MOSFET的“线性”压降都很小，并且“看起来”饱和。$I_D$$V_{DS}$$V_{GS}$$390 \Omega$

这里的其他答案很好地解释了适用于MOSFET的术语“饱和”。

我只在这里指出，这种用法与双极晶体管和某些其他类型的器件的用法有很大不同。

该术语正确用于MOSFET，其中

• V（DS）> V（GS）-V（TH）

但是它本来不应该是。
但这是事实，所以要意识到这一点。

双极晶体管（而非MOSFET）在硬导通时处于“饱和”状态。增强模式MOSFET（最常见的一种）中的等效条件是“完全增强”但其正确术语已被盗。

添加：

相对于源极= Vgs，通过施加到栅极的电压来“导通” MOSFET。
FET开始导通并传导规定量电流所需的Vgs被称为“栅极阈值电压”或仅仅是“阈值电压”，通常写为Vgsth或Vth或类似值。
Vth表示操作FET需要多少电压，因为开关BUT实际的完全增强的Vgs通常是Vgsth的几倍。另外，完全增强所需的Vgs随所需的ID而变化。

从Madmanguruman的答案中复制的该图显示，在Vgs = 7V时，Ids / Vds方向大约是线性的，直到大约Ids = 20A，因此FET被“充分增强”，并且看起来像电阻器。对于此FET，Vds在约20A时约为1.5V，因此Rdson约为R = V / I = 1.5 / 20 = 75毫欧。
对于此FET，在Vgs = 1V处有一条曲线，因此VGSth = Vth在100uA时可能在0.5V-0.8V范围内。

要看到饱和，您需要做的是提供足够的电压，直到最终电压的升高对电流没有影响为止。
为此，将Vgs设置为静态导通（> Vth）值，然后升高Vds两端的电压并测量电流。最初，它会以线性方式上升，处于欧姆或线性区域，但最终会趋于平坦，尽管进一步提高了流经MOSFET的电流，仍将保持不变。

关于饱和度的定义，我理解MOSFET中的饱和度/线性与BJT中的饱和度/线性大致相反。该文件（下MOSFET表征了几页）提出类似，但只要你了解他们的工作，什么你用术语的意思，那么你就应该没问题（至少直到你讨论与别人:-)晶体管）

http://www.falstad.com/circuit/e-nmosfet.html

此页面上有一个不错的MOSFET仿真器小程序。希望对您有所帮助。不久前
我也问过类似的问题。您也可以参考它。

B）在饱和区域中会发生不同的事情->当增加电源电压时，LED亮度不会改变。您在电源上施加的额外电压不会转换为更大的电流。取而代之的是它将跨过MOSFET，因此漏极电压将随电源电压一起上升（因此，将电源电压增加2V意味着漏极电压将增加近2V）。

怎么会这样？增加电源应仅将V ds增加Id X Rds（on）。考虑到LED的正向压降几乎相同，则增加的电压将必须由串联电阻器和器件共享。由于电阻值更大（390欧姆，而设备的电阻值为0.8欧姆），所以压降的主要部分必须分布在电阻两端。此外，随着电阻的增加，漏极电流将明显增加。MOSFET损耗在稳定状态下计算为电流平方乘以Rds（on）。因此，观察到“漏极电压将与电源电压一起上升（因此，将电源电压增加2V将意味着将漏极电压增加近2V）”是不正确的