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三极管和MOS的三种状态命名的区别

news 来源：原创 2025/6/5 15:38:32

还记得大学用MOS做仿真，来进行原理说明时，总是会将三极管和MOS的叫法搞混。本篇文章就重新回顾，加深下印象。

BJT 是电流控制型器件，其工作状态由 基极电流 IB 和 集电极-发射极电压 VCE共同决定，分为：

截止区（Cutoff Region）
- 条件：VBE<Vth（发射结反偏或零偏），IB≈0。
- 特点：IC≈0，三极管完全关闭，相当于开关断开。
放大区（Active Region）
- 条件：VBE>Vth（发射结正偏），VCE>VBE（集电结反偏）。
- 特点：IC=βIB，电流受 IBIB 线性控制，用于模拟信号放大。
饱和区（Saturation Region）
- 条件：VBE>Vth（发射结正偏），VCE<VBE（集电结正偏）。
- 特点：IC不再随 IB线性增长，VCE 很低（≈0.2V），相当于开关闭合。

BJT 的命名逻辑：

"截止" 强调无电流通过（完全关断）。

"放大" 强调电流受控（线性工作）。

"饱和" 强调电流达到最大，无法再增大（类似开关导通）。

MOSFET 是电压控制型器件，其工作状态由 栅源电压 VGS 和 漏源电压 VDS 决定，分为：

截止区（Cutoff Region），或者叫做夹断区
- 条件：VGS<Vth（阈值电压）。
- 特点：ID≈0，沟道未形成，MOSFET 关闭。
线性区（Triode/Ohmic Region），也叫做可变电阻区或非饱和区
- 条件：VGS>Vth，且 VDS<VGS−Vth。
- 特点：ID 随 VDS 线性变化，类似可变电阻，用于开关或模拟调制。
饱和区（Saturation Region），即恒流区
- 条件：VGS>Vth，且 VDS>VGS−Vth。
- 特点：ID 几乎不随 VDS 变化，受 VGS 控制，用于放大。

MOSFET 的命名逻辑：

"截止" 与 BJT 相同，表示关断。

"线性区"（Triode） 强调 ID 与 VDS 呈线性关系（类似电阻）。

"饱和区" 并非电流饱和，而是指 ID 不再随 VDS 增大（受 VGS 控制）。

BJT 的术语来自早期双极型晶体管研究，沿用真空三极管的术语体系，强调电流控制特性。
MOSFET 的术语来自场效应管（FET）的电压控制特性，"Triode" 借用了真空三极管的命名；饱和区源自半导体物理中的“沟道夹断”（Channel Pinch-off），此时电流由栅压主导而非漏压，但早期研究者误称其为“饱和”，后成惯例。

BJT 主导模拟时代（1950s~1970s）,早期电路设计以模拟放大为核心，BJT的放大区是主要工作状态，“饱和”仅作为开关态辅助功能，术语体系围绕β（电流增益）构建。
MOSFET引爆数字时代（1970s后），设计者更关注导通电阻（Ron）和阈值电压，术语重心向开关特性倾斜。
行业习惯也因此固化：BJT术语服务于模拟工程师，MOSFET术语服务于数字工程师，两者在各自领域形成封闭的命名体系，无人愿意统一

教科书的分裂
- 早期半导体教材（如1960年代的《固态电子学》）按器件物理严格定义，但BJT和MOSFET分属不同章节，未强制统一。
- 模拟电路教材（如Gray & Meyer）沿用BJT术语，数字IC教材（如Rabaey）侧重MOSFET术语。
厂商的推波助澜
- 德州仪器（TI）等BJT厂商的数据手册强调“Active/Saturation”，而英特尔（Intel）等MOSFET厂商的数据手册则标注“Triode/Saturation”。
- 行业巨头各自为政，导致工程师必须掌握两套术语。

IEEE标准尝试
1990年代IEEE曾提议将MOSFET的“饱和区”改为Active Mode（与BJT一致），但因以下原因失败：集成电路设计已依赖现有术语数十年，修改成本过高；物理上MOSFET的“饱和”更接近BJT的“放大区”，但工程师已习惯反向类比。