繪制漏極電流與漏極電壓的關(guān)系圖

我們首先繪制漏極電流 ( I D ) 與漏源電壓 ( V DS ) 的基本圖。為此，我們將柵極電壓設(shè)置為遠(yuǎn)高于閾值電壓的固定值，然后執(zhí)行直流掃描模擬，其中V DD的值逐漸增加。圖 1 顯示了我們將使用的原理圖。

LTspice NMOS 示意圖，用于生成漏極電流與漏極電壓的關(guān)系曲線。

圖 1.基本 NMOS 晶體管的 LTspice 示意圖。我們將使用它來生成漏極電流與漏極電壓的關(guān)系曲線。

1 V 的柵極-源極電壓 ( V GS ) 遠(yuǎn)高于我們?cè)谏弦黄恼轮型ㄟ^模擬得出的閾值電壓 320 mV。同時(shí)，圖 1 右下角的.dc模擬命令告訴 LTspice 做兩件事：

將 V2 源 ( V DD ) 從 0 V 以 0.01 V 的增量增加至 1.5 V。

使用這一系列V DD值作為獨(dú)立變量。

我們的模擬結(jié)果可以在圖2中看到。

圖 1 中 NMOS 晶體管的漏極電流與漏極電壓的關(guān)系。

圖 2.我們初始的漏極電流與漏源電壓的關(guān)系圖。

柵極電壓足夠高，可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，因此只要V DS超過零，電流就會(huì)開始流動(dòng)。漏極電壓較低時(shí)，漏極電流會(huì)隨著V DS的線性增加而線性增加。但是，漏極電流在約 0.4 V 時(shí)開始趨于平穩(wěn)，此后增加速度會(huì)更慢。從圖中斜率較高的部分到斜率較低的部分的轉(zhuǎn)變對(duì)應(yīng)于 FET 的線性區(qū)域到飽和區(qū)域的轉(zhuǎn)變。

當(dāng)漏極電壓較低時(shí)，柵極電壓會(huì)打開從漏極延伸到源極的通道，電流會(huì)更自由地流過 FET 的通道。當(dāng)漏極電壓接近過驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，漏極處的通道會(huì)被夾斷，電流不再像以前那樣自由流動(dòng)。過驅(qū)動(dòng)電壓等于柵極電壓減去閾值電壓。

測量線性區(qū)域的電阻

線性區(qū)域中的 NMOS 表現(xiàn)得像一個(gè)壓控電阻。這就是該區(qū)域名稱的由來——當(dāng)電流流過普通電阻時(shí)，電壓和電流之間的關(guān)系是線性的。如果我們看一下歐姆定律，這一點(diǎn)就很明顯了：

V=IR

如果我們用高中代數(shù)中用過的字母替換V、I和R ，歐姆定律就變成：

Y=mx

在哪里：

y，縱軸，表示電壓

x，橫軸，是電流

m，繪制線的斜率，表示阻力。

要確定此 NMOS 晶體管在線性區(qū)域中的電阻，我們只需找到m。由于我們?cè)趫D 2 中繪制了漏極電流和漏極電壓之間的關(guān)系，因此我們已經(jīng)完成了部分工作。但是，我們?cè)?y 軸上繪制了電流，在 x 軸上繪制了電壓——要使V = IR起作用，電壓必須是y值，電流必須是x 。m不是圖 2 中直線的斜率，而是斜率的倒數(shù)。

這只增加了一個(gè)步驟。我們使用 LTspice 找到斜率（圖 3），然后取逆。

光標(biāo)框顯示漏極電流與漏極電壓曲線的斜率。

圖 3.在 FET 的線性區(qū)域中查找漏極電流與漏極電壓曲線的斜率。

該線的斜率為 0.00084。因此，總電阻為 1/0.00084 = 1190 Ω。該總電阻包括 100 Ω 漏極電阻，使得 NMOS 的通道電阻等于 1090 Ω。

更高的柵極-源極電壓使通道更具導(dǎo)電性，因此如果我們?cè)黾訓(xùn)艠O電壓，我們可以預(yù)期該電阻會(huì)降低。圖 4 顯示了如果我將柵極電壓增加到 2 V 會(huì)發(fā)生什么情況。

柵極電壓增加后，漏極電流與漏極電壓曲線的斜率。

圖 4.柵極電壓增加到 2V 后漏極電流與漏極電壓曲線的斜率。

當(dāng)V GS = 2 V 時(shí)，斜率等于 0.00099。取該值的倒數(shù)可得出 1010 Ω。減去 100 Ω 漏極電阻后，F(xiàn)ET 在線性區(qū)域的通道電阻為 910 Ω。這比我們之前的電阻值減少了 180 Ω，因此我們可以認(rèn)為我們的預(yù)期得到了證實(shí)。

生成一組特性曲線

FET 行為的討論通常伴隨著漏極電流與漏極電壓圖，該圖包含多條曲線來表示不同柵極-源極電壓的結(jié)果。這使得單個(gè)圖能夠傳達(dá)有關(guān)柵極-源極電壓、漏極-源極電壓和漏極電流之間電氣關(guān)系的大量信息。

要在 LTspice 中生成這種類型的圖，我們只需修改模擬命令，使其指定 V2 和 V1（即柵極電壓）的掃描。新的模擬命令是：

.直流V2 0 1.5 0.01V1 0 3 0.5

V2 掃描與之前相同，但我們添加了文本，指示 LTspice 將 V1 源從 0 V 以 0.5 V 的增量增加到 3 V。結(jié)果就是圖 5 中的彩色圖。

七種不同柵極電壓值下的漏極電流與漏極電壓的關(guān)系。

圖 5.七種不同柵極電壓值下的漏極電流與漏極電壓的關(guān)系。

要使您的圖表顯示如圖 5 所示的圖例，請(qǐng)按照以下步驟操作：

右鍵單擊繪圖窗口。

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