MOSFET在開關電路中的應用
在一些簡單的小功率開關電路中，利用雙極結型三極管（BJT，Bipolar Junction Transistor）作為開關管時可能會遇到輸入電流不足，BJT工作狀態無法正確配置，進而無法實現電路功能的情況。
例如圖1所示的一個使用BJT SS8050LT作為開關管的加熱控制電路，BJT為共射極連接。將BJT視為一個二端口網絡，輸入端口為電阻與NTC型熱敏電阻構成的基極分壓回路，參數分別為基極-發射極電壓以及流入基極的電流；輸出端口沒有連接任何負載，參數分別為集電極與發射極兩端的電壓和集電極電流。49Ω基極電阻作為發熱器件，由8個390Ω電阻并聯而成。
圖1 BJT加熱控制電路
圖1所示的加熱控制電路設計的功能可描述為：當環境溫度為常溫25℃時，熱敏電阻的阻值為10.000kΩ，基極-發射極電壓，BJT未導通，電路未工作；當環境溫度下降到10℃時，熱敏電阻的阻值增大至17.958kΩ，基極-發射極電壓，BJT導通，集電極電流流過基極電阻，電阻發熱，電路正常工作。
顯然，電路中BJT的工作狀態需要處于飽和區內，保證電壓盡可能多的電壓落在基極電阻的兩端，提高電阻的發熱功率。根據BJT的工作原理可知，BJT的發射極和集電極均處于正向偏置的區域為飽和區。在這一區域內，一般有，因而集電極內電場被削弱，集電極收集載流子的能力減弱，這時電流分配關系不再滿足，隨增加而迅速上升，如圖2所示。飽和區內的很小，稱為BJT的飽和壓降，其大小與及有關。圖中虛線是飽和區與放大區的分界線，稱為臨界飽和線。對于小功率管，可以認為當（即）時，BJT處于臨界飽和（或臨界放大）狀態。
圖2 BJT SS8050LT共射極連接時的輸出特性曲線
要想使BJT工作在飽和區內，就要增大基極-發射極電壓，而環境溫度越低，熱敏電阻阻值越大，從而增大。但是必須注意到，BJT輸入端口的基極分壓回路電阻越大，輸入電流則越小。具體來說，在BJT導通后，基極-發射極電壓，基極分壓回路總電流，從圖1.2中可以看出，流入基極的電流太小，BJT無法工作在正常狀態下，電路功能無法實現。而且由于NTC型熱敏電阻的器件選型限制，無法改用更小阻值的分壓電阻來降低基極分壓回路的總電阻值。
對于這種BJT流控器件的限制，可以采用MOSFET壓控器件來代替。
一、原理描述
MOSFET全稱為Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，中文名稱為金屬-氧化物-半導體場效應管。隨著制造工藝的成熟，MOSFET兼有體積小、重量輕、耗電省、壽命長等特點。而且MOSFET還有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩定性好、抗輻射能力強等優點，因而獲得了廣泛的應用，特別是在大規模和超大規模集成電路中占有重要的地位。
作為一種場效應管（FET），MOSFET為單極型器件，即管子只有一種載流子（電子或空穴）導電。從導電載流子的帶電極性來看，MOSFET有N（電子型）溝道和P（空穴型）溝道之分；按照導電溝道形成機理不同，又有增強型（E型）和耗盡型（D型）的區別。忽略MOSFET的工作原理，不同類型的管子特性比較如表3所示。
表3 各種MOSFET的特性比較
由表3中可知，在MOSFET中，N溝道增強型的轉移特性有正的開啟電壓，P溝道增強型則為負的；N溝道耗盡型的轉移特性有負的夾斷電壓，P溝道耗盡型則為正的。MOSFET的輸出特性曲線與BJT的類似，不同的是輸出端口的漏極電流由柵源極電壓控制。因此，MOSFET是一種電壓控制電流的器件，輸出特性的分析也不一樣。
以N溝道增強型MOSFET AO3400A舉例，AO3400A的輸出特性如圖4所示。將曲線圖分為三個區域，分別為截止區、可變電阻區、飽和區（恒流區又稱放大區）。
1)截止區
當時，導電溝道尚未形成，，為截止工作狀態。
2)可變電阻區
當時，MOSFET處于可變電阻區，此時輸出電阻受控制。
3)飽和區
當，且時，MOSFET進入飽和區。不隨變化，而是由柵源極電壓控制。
圖4 AO3400A輸出特性
二、方案論證
根據上述MOSFET的原理敘述，在上面提到的加熱控制電路中應該采用N溝道增強型MOSFET代替原有的BJT，這里選擇AO3400A，于是有如圖5所示的MOSFET共源極放大電路。由于MOSFET是電壓控制器件，所以提供合適的柵源極電壓，就可以建立合適的靜態工作點，使電路工作在正常狀態。
圖5 MOSFET加熱控制電路
根據N溝道增強型MOSFET AO3400A的數據手冊，AO3400A的開啟電壓在常溫25℃下為。當環境溫度下降到10℃時，電路開始工作。此時NTC型熱敏電阻的阻值增大至17.958kΩ，MOSFET導通，即柵源極電壓，在這里需要將分壓電阻的阻值調整為47kΩ。隨著溫度的下降，柵源極電壓增大，流過發熱電阻的電流也隨著增大。
舉例說明，當環境溫度下降到-20℃時，熱敏電阻的阻值增大至67.801kΩ，柵源極電壓增大至。使用萬用表實測得到漏源極電壓，說明MOSFET工作在可變電阻區內；同時測得漏極電流，可計算得到發熱電阻的功率為，實際發熱效果可靠，電路功能實現。
