D2 · MOSFET

工作区：先是电阻，后成电流源

沟道形成之后，实际流过的电流由漏极电压决定。这一单元亲手升高漏极电压，看 MOSFET 先像电阻一样工作，然后从某一点起电流变平，变成像电流源一样。

升高漏极电压，看两副面孔

曲线是栅极导通时画出的 Id-Vds 特性。漏极电压小时，电流近似成正比地笔直上升；漏极电压一到过驱动电压，曲线就像膝盖一样弯折变平。亲手从左边的线性区经过那个拐点，走到右边的饱和区。

漏源电压 VdsVds = 0.4 V

工作区

Id = k(Vov·Vds - Vds²/2)

Vov = 2.0 V   Id = 0.72

Vds 很小。沟道从源极到漏极均匀相连，电流几乎与 Vds 成正比，MOSFET 表现得像一个阻值由电压决定的电阻。

线性 · 像电阻

截止与线性：导通的沟道是电阻

Vgs 低于阈值时没有沟道，电流为 0，这是截止(D1)。沟道形成后只加很小的漏极电压，沟道就是从源极到漏极几乎均匀相连的导电层，在这层上加电压，就像欧姆定律那样流过几乎与 Vds 成正比的电流。这时沟道的阻值由栅极电压决定，所以 MOSFET 实际上是一个阻值随电压改变的电阻。数字开关导通时的电阻和模拟开关用的正是这个区域。

夹断：漏极一侧的沟道关闭

升高 Vds，沿着沟道从源极到漏极，电位越来越高。打开沟道的力是栅极与沟道之间的电压，靠近漏极处沟道电位高，这个电压越来越小。当 Vds 达到过驱动电压 Vov = Vgs - Vth 时，漏极端的栅极-沟道电压正好降到阈值，那里的沟道厚度变为 0。沟道再也够不到漏极的这种状态就是夹断。

饱和：电流变平

越过夹断后再升高 Vds，夹断点只是稍稍向里移动，沟道输送的电流几乎不变。于是进入电流变平的饱和区，这时电流大小不由 Vds 而由过驱动电压决定，遵循平方律 Id ≈ (1/2) k Vov²。在实际器件中，夹断点移动多少，沟道就缩短多少，所以饱和区也会略微向上倾斜。MOSFET 表现得像受 Vgs 控制的电流源的这个区域，就是相当于 BJT 放大区的放大位置。

观察Id ∝ Vds

线性区中电流与漏极电压成正比。

选择Vds = ?

漏极电压达到过驱动时，沟道夹断。

填空Id ≈ (12) k ?

饱和电流随过驱动的平方。

自己来Vov = Vgs - ?

过驱动电压是超过阈值的那部分栅极电压。

回到第一屏

漏极电压低时，曲线笔直上升，在这一段 MOSFET 是阻值由栅极决定的电阻。把漏极电压升到过驱动电压，曲线在拐点弯折，那正是漏极一侧沟道末端夹断的时刻。再往上，不管再加多少电压，电流几乎不变，是平直的饱和区，在那里 MOSFET 成了大小由 Vgs 决定的电流源。同一个器件即使一直导通，也有电阻和电流源两副面孔，分界就在于漏极电压是否达到过驱动电压。

沟道形成后(D1)，电流由漏极电压 Vds 决定。Vds 小时，沟道均匀相连，处于线性(三极管)区，表现得像电压控制的电阻(Id ∝ Vds)。Vds 达到过驱动电压 Vov = Vgs - Vth 时，漏极一侧的沟道末端夹断。再往上的饱和区里，即使继续升高 Vds，电流也几乎不变，MOSFET 作为受 Vgs 控制的电流源工作(Id ≈ (1/2) k Vov²)。Vgs < Vth 时为截止，Id = 0。

接下来的脉络

在饱和区，MOSFET 是受 Vgs 控制的电流源。下一单元像对 BJT 那样，只把工作点周围的小幅摆动分离出来进行线性化。小的栅极电压产生小的漏极电流，两者之间的比例常数就是 MOSFET 的跨导 gm；通往放大的同一条路，这次用 MOSFET 再走一遍。