然而，了解其在線性狀態(tài)下的行為是有用的，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障或設(shè)計(jì)者出于特定目的對(duì)其進(jìn)行編程時(shí)，可能會(huì)發(fā)生這種情況。
　　電子元件的線性區(qū)（或有源區(qū)）是所有可用電流都無法流通的區(qū)域，它充當(dāng)電流調(diào)節(jié)器。
　　不言而喻，功耗極高，而效率卻極低。
　　然而，在某些情況下，電子元件工作在線性區(qū)域，導(dǎo)致以下情況：
　　柵極電壓V g不在制造商設(shè)定的正負(fù)極限，而是位于中心區(qū)域附近；
　　漏源電壓V ds并不接近于零，而是處于更高的電壓；
　　漏極電流 I d具有重要的特征值；
　　元件消耗的功率非常高；
　　元件溫度也很高；
　　電路效率低。
　　線性區(qū)域?qū)τ跒椴捎?SiC MOSFET 的無線電發(fā)射器創(chuàng)建 A 類模擬音頻放大器非常有用，但當(dāng)組件驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)也可能會(huì)出現(xiàn)這種情況。因此，MOSFET 之前的電路應(yīng)由設(shè)計(jì)人員控制。
　　MOSFET 的電氣圖和線性工作
　　我們的示例中使用了型號(hào)為 C3M0160120D 的 SiC MOSFET，其具有下列屬性。圖 1描繪了接線圖。
　　電壓ds : 1,200 V
　　內(nèi)徑：17A ， 25 ℃
　　RDS （開啟）：160 m Ω
　　靜態(tài)狀態(tài)下的柵極電壓：-4 V 至 15 V
　　最大功耗：97 W
　　在下面的直流仿真中，柵極上的電壓跨越制造商指示的整個(gè)范圍（從 -4 V 到 15 V），當(dāng)然不會(huì)超出這些限制。
　　該電路使用低電流為負(fù)載供電，不會(huì)對(duì)半導(dǎo)體造成任何壓力。
　　測(cè)試的目的是查看組件的各種參數(shù)，特別是當(dāng)它們?cè)陉P(guān)閉或打開區(qū)域無法工作時(shí)。
　　仿真還跟蹤結(jié)點(diǎn)和散熱器的溫度?！　iC MOSFET 線性區(qū)運(yùn)行接線圖

　　圖 1：SiC MOSFET 線性區(qū)域操作的接線圖。
　　該接線圖由 200V (V1) 電源、非常強(qiáng)大的 100Ω 電阻負(fù)載 (R1)、C3M0160120D SiC MOSFET (U1) 和可變電壓發(fā)生器（-4V 至 15V）組成，用于使用驅(qū)動(dòng)器功能 (V2) 驅(qū)動(dòng) MOSFET 柵極。圖中還包括散熱器。
　　直流掃描模擬
　　該系統(tǒng)的電氣仿真不包括瞬態(tài)模式，而是直流掃描模式，其中所有柵極電源電壓都將在 -4 V 至 15 V 的范圍內(nèi)進(jìn)行檢查，步長(zhǎng)為 10 mV。
　　您可以通過這種方式了解 MOSFET 對(duì)不同柵極電壓的反應(yīng)。以下是運(yùn)行此類仿真的 SPICE 指令：
　　.dc v2 -4 15 0.01
　　該系統(tǒng)的電氣仿真沒有瞬態(tài)模式，而是直流掃描模式，其中所有柵極電源電壓都將在 -4 V 至 15 V 的范圍內(nèi)進(jìn)行研究，步長(zhǎng)為 10 mV。
　　負(fù)載電流圖
　　我們要查看的第一張圖是圖 2 中的圖，它顯示了流過負(fù)載的電流與柵極電壓的函數(shù)關(guān)系。X 軸表示柵極上的電壓，Y 軸表示負(fù)載上的電流。
　　正如您所看到的，該圖可以分為三個(gè)不同的區(qū)域：
　　該組件位于左側(cè)的阻斷區(qū)域（藍(lán)色），因?yàn)闁艠O電壓（從 -4 V 到 3 V）不足以導(dǎo)通該器件。在這種情況下，MOSFET 不傳導(dǎo)電流，DS 結(jié)實(shí)際上是開路（約 400 M Ω）。
　　由于柵極電壓（從 7V 到 15V）足以使器件做出決定，因此器件處于正確區(qū)域（綠色），其中組件處于飽和區(qū)。在這種情況下，MOSFET 傳導(dǎo)最大電流，DS 結(jié)實(shí)際上是一個(gè)閉合電路（約 160 m Ω）。
　　元件位于線性區(qū)域的中心區(qū)域（紅色）是柵極電壓（從 3V 到 7V）允許器件傳導(dǎo)部分電流的地方。在這種情況下，MOSFET 會(huì)發(fā)熱很多，并且充當(dāng)?shù)托щ娏髡{(diào)節(jié)器。DS 結(jié)的歐姆電阻介于 6 k Ω和 2 Ω 之間?！　∝?fù)載電流與柵極電壓的關(guān)系圖

　　圖 2：負(fù)載電流與柵極電壓的關(guān)系圖
　　設(shè)備消耗的功率
　　在前面的示例中，流過器件的電流代表典型操作，因?yàn)?DS 通道的歐姆電阻隨著柵極電壓的升高而降低。X 軸表示柵極電壓，Y 軸表示 MOSFET 消耗的功率。
　　另一方面，如圖 3 中的圖表所示，功耗的軌跡極其引人注目。在這種情況下還可以看到三個(gè)獨(dú)立的部分：
　　左側(cè)區(qū)域的柵極電壓在 -4V 到 2V 之間。在這種情況下，MOSFET 處于禁用狀態(tài)，沒有電流從負(fù)載流出，耗散功率幾乎為零。
　　右側(cè)區(qū)域的柵極電壓在6V至15V之間。此時(shí)MOSFET處于完全飽和狀態(tài)，通過負(fù)載的電流最大，耗散功率平均為1.5W。這種耗散是由于 R DS(on)的值造成的，盡管該值非常低，但在現(xiàn)代技術(shù)狀態(tài)下尚未等于零。
　　由于柵極電壓在 2V 至 6V 之間，MOSFET 處于中心區(qū)域的線性區(qū)。在這種情況下，MOSFET 處于工作區(qū)，耗散功率非常高，峰值約為 100 W，并導(dǎo)致大量熱量積聚。盡管理論上避免將半導(dǎo)體的工作區(qū)域置于此范圍內(nèi)至關(guān)重要，但在某些情況下設(shè)計(jì)者會(huì)故意選擇這樣做。
　　MOSFET 功耗與柵極電壓

　　圖 3：MOSFET 功耗與柵極電壓的關(guān)系圖
　　效率
　　系統(tǒng)的效率也與 MOSFET 消耗的功率成反比。請(qǐng)記住，計(jì)算通用電路效率的公式如下?！　D 4 中的圖表 顯示了與柵極電壓相關(guān)的電路效率趨勢(shì)。當(dāng)后者在2V到5.5V之間時(shí)，大約MOSFET工作在線性區(qū)，因此系統(tǒng)的效率不是最佳的。

　　當(dāng)設(shè)備處于飽和區(qū)時(shí)，該值幾乎達(dá)到 100%。X 軸代表柵極上的電壓，Y 軸代表電路的效率，以百分比表示。
　　系統(tǒng)效率與柵極電壓的關(guān)系
　　圖 4：系統(tǒng)效率與柵極電壓的關(guān)系圖
　　MOSFET的工作溫度
　　設(shè)備和散熱器之間的連接處的溫度控制也是一項(xiàng)非常重要的特權(quán)，它允許設(shè)計(jì)人員正確確定所涉及的電流和冷卻系統(tǒng)的尺寸。由于采用了 LTspice 庫(kù)中提供的 SOAtherm-HeatSink 模型，只要 SPICE半導(dǎo)體組件配備“T c ”和“T j ”端子，就可以監(jiān)控兩個(gè)溫度。在本示例中，散熱器的材料是鋁。其熱阻（Rθ）等于0.2°C/W。模擬的環(huán)境溫度為25°C。最終電子元件與散熱器的接觸面積為300 mm 2，而后者的體積為5,000 mm3 .
　　最后，在圖5的圖表中 ，可以觀察到與結(jié)和散熱器相關(guān)的溫度趨勢(shì)。盡管圖表將它們報(bào)告為以伏特表示的電壓，但它們是以攝氏度表示的成熟溫度。請(qǐng)記住，該域是柵極電壓的域，而不是時(shí)間的域。
　　該圖顯示了兩種不同的情況：
　　在 MOSFET 的截止區(qū)和飽和區(qū)，結(jié)溫和散熱器溫度實(shí)際上等于環(huán)境溫度，相當(dāng)于 25°C，而柵極電壓介于 -4 V 和 2 V 之間，然后介于 9 V 和 15 V 之間。
　　在線性區(qū)域，溫度至關(guān)重要，結(jié)點(diǎn)溫度達(dá)到 230°C，散熱器溫度達(dá)到 103°C。在這些條件下，MOSFET 顯然會(huì)被損壞?！　〗Y(jié)溫和散熱器溫度與柵極電壓的關(guān)系圖

　　圖 5：結(jié)溫和散熱器溫度與柵極電壓的關(guān)系圖
　　音頻放大器　　在線性狀態(tài)下使用 SiC MOSFET 制作 A 類音頻放大器是一項(xiàng)有趣的實(shí)驗(yàn)（參見 圖 6中的原理圖）。如今，使用 A 類放大器已極為罕見。然而，當(dāng)您需要以很小的失真放大信號(hào)時(shí)，A 類放大器非常有用。從音頻的角度來看，在這種情況下，設(shè)備工作在全線性區(qū)域，保證了高效的性能。主要缺點(diǎn)是 A 類放大器會(huì)產(chǎn)生大量熱量來消散，因?yàn)榧词箾]有音頻信號(hào)，MOSFET 和負(fù)載電阻也必須消耗大量電流。因此，系統(tǒng)始終以最大可用功率工作。

　　A 類放大器不會(huì)使音頻信號(hào)失真
　　圖 6：A 類放大器不會(huì)使音頻信號(hào)失真，但會(huì)產(chǎn)生大量熱量。
　　在接線圖中，負(fù)載電阻R1應(yīng)該能夠承受至少130W，而MOSFET則消耗60W。顯然，提供的聲音功率要低得多，效率很低。　　在 圖 7中，可以觀察到輸入和輸出信號(hào)（后者與第一個(gè)信號(hào)反相，頻率為 300 Hz），最重要的是，諧波失真小于 6%。

　　A類放大信號(hào)及相關(guān)FFT處理
　　圖 7：A 類放大信號(hào)和相關(guān) FFT 處理