在之前的文章中，我解释了如何获取集成电路mosfet的高级SPICE模型，并将其整合到LTspice模拟中。随后，利发国际利用这个模型研究了NMOS晶体管的阈值电压
。本文中，利发国际将使用相同的模型来生成图表，直观地展示晶体管的电气行为。

　　绘制漏极电流与漏源电压的关系

　　利发国际将首先制作一个基本的漏极电流(ID)与漏源电压(VDS)的关系图
。为此，利发国际将栅极电压设定为一个远高于阈值电压的固定值，然后进行一个直流扫描模拟，其中VDD的值逐渐增加。图1展示了利发国际将使用的电路图。

图1

　　栅源电压(VGS)为1V
，远高于利发国际在前一篇文章中通过模拟找到的320mV阈值电压。同时，图1右下角的.dc模拟命令告诉LTspice执行两项操作
：

　　将V2源(VDD)从0V增加到1.5V
，增量为0.01V。

　　使用这一系列的VDD值作为自变量
。

　　模拟结果如图2所示
。

图2

　　栅极电压足够高，使得导通成为可能
，因此一旦VDS超过零
，电流就开始流动
。在较低的漏极电压下，漏极电流随着VDS的线性增加而线性增加
。然而
，漏极电流在大约0.4V时开始趋于平稳
，之后增加得更慢。这种从图表的高斜率部分到低斜率部分的过渡对应于从FET的线性区域到饱和区域的过渡
。

　　当漏极电压较低时，栅极电压打开一个从漏极延伸到源极的通道，电流更自由地通过FET的通道流动。随着漏极电压接近过驱动电压，漏极处的通道被夹断
，电流不再像以前那样自由流动
。过驱动电压等于栅极电压减去阈值电压

。

　　测量线性区域的电阻

　　在线性区域
，NMOS的行为类似于电压控制的电阻器。这就是该区域得名的原因——当电流通过普通电阻时，电压和电流之间的关系是线性的。如果利发国际查看欧姆定律
，这一点很明显：

　　如果利发国际用许多人在高中代数中使用的字母替换V、I和R，欧姆定律变为
：

　　其中：

　　y，垂直轴，代表电压 x
，水平轴，代表电流 m
，绘制线的斜率
，代表电阻
。

　　为了确定这个NMOS晶体管在线性区域的电阻，利发国际只需要找到m
。由于利发国际在图2中绘制了漏极电流和漏极电压之间的关系，利发国际已经在一定程度上完成了这一步。然而，利发国际在y轴上绘制了电流
，在x轴上绘制了电压——为了使V = IR成立，电压必须是y值，电流必须是x值。m不是图2中线的斜率，而是斜率的倒数。

　　这只需要多加一步
。利发国际使用LTspice找到斜率(图3)，然后取其倒数
。

图3

　　线的斜率为0.00084。因此，总电阻为1/0.00084 = 1190Ω。这个总电阻包括一个100Ω的漏极电阻，使得NMOS的通道电阻等于1090Ω
。

　　更高的栅源电压使得通道更具导电性
，因此如果利发国际增加栅极电压

，利发国际可以预期这个电阻会降低。图4展示了如果我将栅极电压增加到2V会发生什么
。

图4

　　当VGS = 2V时，斜率等于0.00099
。取这个值的倒数，利发国际得到1010Ω。一旦利发国际减去100Ω的漏极电阻，FET在线性区域的通道电阻为910Ω。这比利发国际之前的电阻值减少了180Ω，因此利发国际可以认为利发国际的预期得到了证实。

　　生成一组特性曲线

　　关于FET行为的讨论通常伴随着一个漏极电流与漏极电压的图表，其中包含多条曲线来代表不同栅源电压的结果。这使得单个图表能够传达大量关于栅源电压
、漏源电压和漏极电流之间电气关系的信息。

　　为了在LTspice中生成这种类型的图表
，利发国际只需要修改模拟命令，使其指定对V2和V1(即栅极电压)进行扫描
。新的模拟命令是：

　　V2的扫描与之前相同，但利发国际添加了文本，告诉LTspice将V1源从0V增加到3V，增量为0.5V。结果是图5中的多色图。

图5

　　为了使您的图表显示像图5那样的图例
，只需按照以下步骤操作
：

　　右键单击图表窗口。

　　转到视图。

　　选择步长图例
。

　　总结

　　SPICE模拟是深入了解MOSFET并研究微妙电气细节或复杂电路实现的好方法
，利发国际科技专注功率器件领域，为客户提供IGBT、IPM模块等功率器件以及MCU和触控芯片，是一家拥有核心技术的电子元器件供应商和解决方案商。