Post

MC1-1179-金属氧化物绝缘栅场效应管(MOSFET)经常用来实现只有开与关两个状态的电路。在这种电路中,术语“截止”与”饱和”是指晶体管的什么工作状态?

MC1-1179 问 MOSFET 当开关用时"截止"与"饱和"的含义,答案是偏压不足、沟道未形成即截止,偏压已使管子充分导通且再加大偏压导通电阻几乎不再减小即饱和。文中按栅源电压划出截止、可变电阻与恒流三个工作区,说明开关语境下的饱和是"开到底",并指出它与教材恒流区、双极型管饱和压降不是同一件事。

题库解析 阅读 0 点赞 0 评论 0

【题目编号】MC1-1179

【题目】金属氧化物绝缘栅场效应管(MOSFET)经常用来实现只有开与关两个状态的电路。在这种电路中,术语“截止”与”饱和”是指晶体管的什么工作状态?

【答案】A

[A]所加偏压不足以使该管导通,则该管处于截止状态;所加偏压使该管充分导通,继续强化偏压而导通电阻几乎不再减小的状态为饱和状态

[B]所加偏压不足以使该管导通,则该管处于截止状态;所加偏压使该管开始导通,继续强化偏压则导通电阻随之逐渐减小的状态为饱和状态

[C]加上偏压使该管导通,则该管进入饱和状态;将偏压归零,则该管处于截止状态

[D]偏压快速变化,以至于该管导通时的损耗大增就是所谓的饱和;反之即是截止了

考点速览

这道题问的是:把金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,缩写 MOSFET)当开关用时,术语"截止"与"饱和"各指什么状态。它考的不是曲线,而是两个词在数字电路语境里的约定含义。答案给得明确:偏压不足以让管子导通就是截止;偏压强到管子充分导通、再加大偏压导通电阻也几乎不再下降,就是饱和。抓住"电阻还降不降"这条分界线,四个选项一眼可分。

场效应管靠电压控制电流

双极型晶体管靠基极电流控制集电极电流,场效应管换了一条路子:栅极与沟道之间隔着一层薄薄的氧化层绝缘,栅极几乎不吃电流,真正起控制作用的量是栅源电压。栅源电压超过阈值电压(threshold voltage)之后,源极与漏极之间的半导体表面才会形成导电沟道,管子开始导通。这段绝缘层也带来两个后果:输入端几乎不取电流,所以输入阻抗极高;氧化层很薄,栅源电压超出允许范围就会击穿,使用时要防静电。

按栅源电压由低到高,管子的状态可以分成三段。栅源电压低于阈值电压时沟道没有形成,漏极与源极之间只剩极小的漏电流,这是截止区。栅源电压高于阈值电压、而漏源电压还很小时,沟道像一只由栅压调节的可变电阻,栅压越大沟道越厚、等效电阻越小,这一段叫可变电阻区,也叫线性区或欧姆区。漏源电压继续增大到一定程度,沟道靠漏极那一端被夹断,漏极电流不再随漏源电压上升,只由栅源电压决定,这就是饱和区,也叫恒流区,管子在这一段相当于一个受电压控制的电流源。

开关眼里的"开"与"关"

数字电路只关心两件事:关的时候漏不漏电,开的时候压降大不大。关,就是把栅源电压压到阈值以下,让它落在截止区;开,就是把栅源电压加到足够大,让它落到可变电阻区的深处——此时漏源之间只剩一个很小的导通电阻,符号记作 Rds(on),典型值从几毫欧到几欧,具体看管子的耐压与电流等级。

导通电阻不是一开始就到底的。栅源电压刚从阈值抬起时,沟道薄、电阻大;栅压继续加,沟道增厚,电阻迅速下降;加到某个程度之后,曲线开始变平,再加大栅压,电阻只降一点点。开关电路把这一段称作饱和,意思不是电流被器件限住,而是偏压已经加到位,管子"开到头"了——导通电阻由工艺与版图决定,再堆栅压没有收益,反而让栅极驱动损耗与开关时间变差。

逐项辨析

选项 A 正确。它把两个状态都交代清楚了:偏压不足、沟道未形成是截止;偏压使管子充分导通、继续强化偏压导通电阻几乎不再减小是饱和。前半句对应截止区,后半句对应开关语境下的饱和,与数字电路里"关到底、开到底"的说法一致。

选项 B 的截止部分没有问题,错在后半句。它说继续强化偏压时导通电阻"随之逐渐减小",这正是可变电阻区的特征:电阻还在明显跟着栅压走,说明管子远没有开到头。把这一段叫饱和,等于把"正在开通"当成"已经开到底"。

选项 C 把"加上偏压使管子导通"直接等同于饱和,漏掉了充分导通与电阻不再减小这两个限定条件。它给截止设的条件也只有一个特例:增强型管子栅压归零确实截止,可截止的真正判据是栅源电压低于阈值电压,而不是电压恰好为零;对耗尽型管子,栅压为零时沟道反而是通的。

选项 D 把饱和归因于偏压变化太快、损耗大增。饱和描述的是直流偏置决定的静态状态,与偏压变化的速度无关。偏压快速变化确实会带来额外的开关损耗,但那是动态损耗的问题,术语上另有说法,不能拿来解释饱和。

易混淆点:两套"饱和"

教材里的饱和区与开关电路说的饱和,指的不是同一件事。对 MOSFET,教材的饱和区指漏源电压大于栅源电压与阈值电压之差之后的恒流段,管子在那里做放大,漏极电流由栅压定、与漏源电压无关,共源放大器的输出特性就工作在恒流段。开关电路说的饱和,指的是可变电阻区深处那个"开到底"的状态。同一个词落在两个区域上,辨析时先问一句:这句话是在讲放大,还是在讲开关。

双极型晶体管的饱和更容易混淆。它指集电结也被正偏、集电极电流不再随基极电流成比例增大,管子从放大区进入饱和区,集射之间只剩饱和压降。MOSFET 是电压控制器件,没有基极电流,判据只能落在栅源电压与导通电阻上,两者不能互相套用。

应试要点

记住两个判据。截止:栅源电压低于阈值电压,沟道未形成,漏极只有极小的漏电流。饱和(开关语境):栅源电压已经足够大,导通电阻几乎不再随偏压下降,管子开到头。看到"电阻还在逐渐减小"就划掉,那是可变电阻区;看到"偏压变化太快"也划掉,那与静态状态无关。

继续阅读

全部归档