三极管的饱和区和MOSFET的饱和区是一回事吗？

在大学里刚开始学习模拟电子时，很多人都会被一个问题困扰：三极管有饱和区，MOSFET也有饱和区，那么它们是不是同一个概念？有些教材甚至会进一步造成误导，教材会告诉你MOSFET工作在线性区时，像一个电阻，MOSFET工作在饱和区时，像一个恒流源。

而另一边又告诉你三极管工作在饱和区时，集电极和发射极之间压降最小，可以作为开关导通状态。

于是问题来了，既然都叫饱和区，为什么一个对应开关导通，一个却对应恒流输出？答案很简单。

三极管的饱和区，与MOSFET的饱和区，本质上根本不是一回事。两者只是名字碰巧一样而已。三极管的饱和区：两个PN结都被正向导通，咱们先来看双极型晶体管BJT。以NPN管为例，其内部实际上由两个PN结构成，正常放大工作时：BE结正偏，BC结反偏；电子从发射极注入基区，经过基区扩散后，被集电区电场迅速吸走。此时集电极电流满足：

也就是三极管集电流完全受基极电流控制。但如果继续增大基极驱动电流，会发生什么？集电极电压开始下降，当下降到一定程度时，BC结原来的反向偏置消失了，继续下降，BC结甚至会变成正向偏置，于是器件内部变成BE结正偏，BC结正偏，两个PN结同时导通。此时大量载流子堆积在基区，集电区已经无法再按照β倍关系增加电流。

那么无论基极再增加多少驱动，集电流几乎都不会继续增加，这种状态就称为三极管饱和区，它的典型特征是VCE很小，通常只有，0.05~0.4V，这个参数实际上就是三极管作为开关完全导通时的残余压降。

所以对于三极管来说，饱和区意味着导通到底了。

MOSFET则完全不是这种机制，MOSFET饱和区是沟道被夹断，以N沟MOS为例。当VGS＞VTH时，源漏之间形成反型沟道。如果漏极电压比较小，整个沟道都是均匀存在的，此时：

MOSFET表现得像一个受栅压控制的电阻，这种区域叫做线性区或者欧姆区，这是MOSFET最适合作为功率开关工作的区域。随着VDS不断增加，靠近漏极一侧的沟道电势越来越高，某一时刻：

漏端附近的反型层消失，沟道末端被夹断，此时满足：

那么器件就进入了所谓的饱和区，注意，这里的饱和，并不是导通能力饱和，而是沟道长度饱和，也就是说漏极电流不再明显依赖于VDS，主要由栅压决定，此时：

MOSFET表现出来的是一个近似恒流源特性，所以MOSFET饱和区，恰恰是模拟电路最喜欢使用的工作区域，比如差分输入级，电流镜，LDO误差放大器，Bandgap内部电流源，几乎都希望MOSFET工作在饱和区。

对于一个功率MOSFET，它的导通损耗是：

假设MOS工作在饱和区，输出电流10A，漏源压降3V，那么损耗就是30W显然无法接受，而如果MOS进入欧姆区，RDS(on)=5mΩ，那么：

只有50mV，损耗变成0.5W，差距接近60倍，所以开关电源中要让MOSFET尽可能深度进入欧姆区，而不是进入MOS理论中的饱和区。为什么名字会起错？实际上，这是历史遗留问题，BJT诞生时间远早于MOSFET，晶体管理论最初把电流达到极限的状态称作饱和，后来MOSFET出现后。研究人员发现，当沟道被夹断以后，漏极电流也趋于稳定。于是借用了饱和这个词，但二者的物理机制完全不同。

所以严格来说，三极管饱和区应该叫双结正向导通区，而MOSFET饱和区应该叫夹断区，只是行业沿用了几十年，名称一直没有改变。总结来说三极管饱和，是导通饱和，MOSFET饱和，是沟道饱和，或者更直白一点。三极管做开关，要进入饱和区，MOSFET做开关，要远离饱和区。