スイッチとしてのMOSFET-飽和状態になるのはいつですか？

ブレッドボードに次の回路を接続しています。

ポテンショメータを使用してゲート電圧を変化させます。混乱を招くのは、ウィキペディアによると、MOSFETはV（GS）> V（TH）および V（DS）> V（GS）-V（TH）のときに飽和状態になることです。

ゲート電圧を0からゆっくりと増加させると、MOSFETはオフのままです。ゲート電圧が約2.5V程度になると、LEDは少量の電流を流し始めます。ゲート電圧が約4Vに達すると、輝度の増加が停止します。ゲート電圧が4Vを超えると、LEDの輝度に変化はありません。電圧を4から12に急速に上げても、LEDの明るさは変わりません。

また、ゲート電圧を上げながら、ドレインからソースへの電圧を監視します。ゲート電圧が4V程度になると、ドレインからソースへの電圧は12Vから0V近くまで低下します。これは簡単に理解できます。R1とR（DS）は分圧器を形成し、R1はR（DS）よりもはるかに大きいため、R1ではほとんどの電圧が低下します。私の測定では、R1で約10Vがドロップされ、残りは赤色LED（2V）でドロップされています。

ただし、V（DS）は約0になっているため、V（DS）> V（GS）-V（TH）の条件は満たされていません。MOSFETは飽和状態にありませんか？この場合、MOSFETが飽和状態にある回路をどのように設計しますか？

注：IRF840のR（DS）は0.8オームです。V（TH）は2V〜4Vです。Vccは12Vです。

これが、私の回路についてプロットした負荷線です。

さて、ここでの答えから得たのは、MOSFETをスイッチとして動作させるには、動作点が負荷ラインの左側にある必要があるということです。私の理解は正しいですか？

上記のグラフでMOSFETの特性曲線を課すと、動作点はいわゆる「線形/三極管」領域になります。実際、スイッチは効率的に動作するために、できるだけ早くその領域に到達する必要があります。私はそれを得るのですか、それとも完全に間違っていますか？

まず、MOSFETの「飽和」は、VDSの変化がId（ドレイン電流）に大きな変化をもたらさないことを意味します。飽和状態のMOSFETを電流源と考えることができます。これは、VDSの電圧に関係なく（もちろん制限はありますが）、デバイスを流れる電流は（ほぼ）一定です。

質問に戻ります。

ウィキペディアによると、MOSFETはV（GS）> V（TH）およびV（DS）> V（GS）-V（TH）のときに飽和状態になります。

それは正しいです。

ゲート電圧を0からゆっくりと増加させると、MOSFETはオフのままです。ゲート電圧が約2.5V程度になると、LEDは少量の電流を流し始めます。

VgsをNMOSのVthよりも高くしたため、チャネルが形成され、デバイスが導通し始めました。

ゲート電圧が約4Vに達すると、輝度の増加が停止します。ゲート電圧が4Vを超えると、LEDの輝度に変化はありません。電圧を4から12に急速に上げても、LEDの明るさは変わりません。

Vgsを増やして、デバイスの電流をより多く伝導させました。Vgs = 4Vでは、電流量を制限しているのはトランジスタではなく、トランジスタと直列の抵抗です。

また、ゲート電圧を上げながら、ドレインからソースへの電圧を監視します。ゲート電圧が4V程度になると、ドレインからソースへの電圧は12Vから0V近くまで低下します。これは簡単に理解できます。R1とR（DS）は分圧器を形成し、R1はR（DS）よりもはるかに大きいため、R1ではほとんどの電圧が低下します。私の測定では、R1で約10Vがドロップされ、残りは赤色LED（2V）でドロップされています。

ここではすべてが順番に見えます。

ただし、V（DS）は約0になっているため、V（DS）> V（GS）-V（TH）の条件は満たされていません。MOSFETは飽和状態にありませんか？

いいえそうではありません。線形または三極管領域にあります。その領域では抵抗として動作します。Vdsが増加するとIdが増加します。

この場合、MOSFETが飽和状態にある回路をどのように設計しますか？

あなたはすでに持っています。操作点に注意する必要があるだけです（言及した条件が満たされていることを確認してください）。

A）線形領域では、以下を観察できます。->供給電圧を上げると、抵抗器とトランジスタの両端の電流が上昇し、LEDを流れる電流が増えるため、LEDが明るくなります。

B）飽和領域では、何か異なることが起こります->供給電圧を上げても、LEDの輝度は変わりません。SUPPLYに印加する余分な電圧は、より大きな電流には変換されません。代わりに、MOSFET全体にかかるため、DRAIN電圧は供給電圧とともに上昇します（したがって、供給を2V増やすと、ドレイン電圧がほぼ2V増加します）

ウィキペディアの記事の文脈における「彩度」の意味を次のように解釈します。

MOSFETのデータシートには、特定のでの特定の特定のを示す曲線のグラフが表示されます。通常は、さまざまな値があります。$I_D$$V_{DS}$$V_{GS}$$V_{GS}$

この例では、赤い放物線が「飽和」領域から「線形」領域と呼ばれる領域を分離しています。飽和領域では、ラインはフラットですが増加しても電流はそれ以上増加しません。線形領域では、ドレイン電流が増加すると、が増加します-MOSFETは一種の抵抗のように機能します。$I_D$$V_{DS}$$V_{DS}$

あなたの状況では、あなたの部品が例と同様の曲線を持っていると仮定すると、技術的に「いいえ」、デバイスは飽和領域にありません。とは、は非常に低いため、降下は直列抵抗に比べてです。関係なく、MOSFETの「線形」ドロップは抵抗と比較して小さく、飽和したように見えます。$I_D$$V_{DS}$$V_{GS}$$390 \Omega$

ここでの他の回答は、MOSFETに適用される「飽和」という用語の適切な説明です。

ここでは、この使用法がバイポーラトランジスタやその他のデバイスクラスの場合とは大きく異なることに注意してください。

この用語は、MOSFETに対して正しく使用されます。

• V（DS）> V（GS）-V（TH）

しかし、それは決してあるべきではありませんでした。
しかし、そうですので、注意してください。

バイポーラトランジスタ（MOSFETではありません）は、ハードオンにされると「飽和状態」になります。エンハンスメントモードMOSFET（最も一般的な種類）の同等の条件は、「完全にエンハンスメントされた」場合ですが、これに対する適切な用語は既に盗まれています。

追加：

MOSFETは、ソース= Vgsに対してゲートに印加される電圧によって「オン」になります。
FETがオンになり、定義された量の電流を流す必要なVgsは、「ゲートしきい値電圧」または単に「しきい値電圧」と呼ばれ、通常はVgsthまたはVthなどと書き込まれます。
Vthは、FETを動作させるのに必要な電圧を示しますが、実際の完全に強化されたVgsは通常Vgsthの数倍です。また、完全な拡張に必要なVgsは、目的のIDによって異なります。

Madmangurumanの答えからコピーしたこのグラフは、Vgs = 7VでIds / Vdsの関係が約Ids = 20Aまでほぼ線形であるため、FETが「完全に強化」され、この点まで抵抗器のように見えることを示しています。このFETの場合、Vdsは約20Aで約1.5Vであるため、Rdsonは約R = V / I = 1.5 / 20 = 75ミリオームです。
このFETの場合、Vgs = 1Vに曲線があるため、VGSth = Vthはおそらく100 uAで0.5V〜0.8Vの範囲にあります。

飽和を確認するために必要なことは、最終的に電圧の上昇が電流に影響を与えなくなるまで十分な電圧を供給することです。
これを行うには、Vgsを静的オン（> Vth）値に設定し、Vdsの電圧を上げて電流を測定します。最初は、オームまたは線形領域にある非常に線形に上昇しますが、最終的には平坦化され、さらに上昇しても、MOSFETを通る電流は同じままになります。

飽和の定義に関しては、MOSFETの飽和/線形は、BJTでの動作とほぼ反対の意味であることを理解しています。このドキュメント（MOSFETの特性の下で数ページで）長いあなたは、彼らがどのように機能するかを理解し、どのようとしても、同様の示唆あなたは用語の意味、そして、あなたは大丈夫でなければなりません（あなたは誰かのトランジスタを議論している少なくともまで:-)）

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

このページには、優れたMOSFETシミュレータアプレットがあります。役に立てば幸いです。
また、私は少し前に同様の質問をしました。参照することもできます。

B）飽和領域では、何か異なることが起こります->供給電圧を上げても、LEDの輝度は変わりません。SUPPLYに印加する余分な電圧は、より大きな電流には変換されません。代わりに、MOSFET全体にかかるため、DRAIN電圧は供給電圧とともに上昇します（したがって、供給を2V増やすと、ドレイン電圧がほぼ2V増加します）

どうして？電源を増やすと、Id X Rds（on）だけV dsが増えるはずです。LEDの順方向電圧降下がほぼ同じであることを考慮すると、増加した電圧を直列抵抗とデバイスで分担する必要があります。抵抗器の値ははるかに大きいため（デバイスの0.8オームと比較して390オーム）、電圧降下の大部分は抵抗器で発生する必要があります。さらに、抵抗の増加とともにドレイン電流が確実に増加します。MOSFET損失は、Rds（on）を乗じた電流の2乗として、安定状態で計算されます。そのため、「DRAIN電圧は供給電圧とともに上昇します（したがって、供給を2V増やすと、ドレイン電圧がほぼ2V増加することを意味します）」は正しくありません。