在电路分析中使用MOSFET SPICE模型
晶体管是很棒的设备，如果没有它们，你很可能无法在你的电脑上读到这句话。晶体管有很多种类型，但mosfet是迄今为止应用最广泛的晶体管类型，用于模拟和数字电路的各种应用。
作为电力电子和集成电路中的基本晶体管架构，您可能需要在电路分析中使用MOSFET SPICE模型。虽然我们喜欢认为电路元件的每个模型都是普遍适用的，但你会发现有不同的MOSFET模型适用于不同类型的MOSFET和不同的特定组件。那么你可以对这些不同类型的模型进行哪些分析呢?在这里，您需要选择正确的电路模型用于SPICE模拟。
什么是MOSFET?
如果你熟悉晶体管的基本原理，那么你就会知道晶体管的工作原理就像一个纯电子开关，有两个输入和一个输出。电流将流过输出端(或流入输出端或流出输出端，取决于晶体管的类型)，这取决于每个输入端和输出端之间施加的电势。一种常见的场效应晶体管(FET)是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。mosfet广泛应用于高开关速度(即上升时间短)的集成电路中。MOSFET中通道的电导是通过对源和门施加电压来调制的。注意，栅极电极通过一层薄的氧化物层与下面的栅极半导体绝缘。
mosfet实际上有四个输入(源，漏，门和体或衬底)，尽管电路符号大多数mosfet通常包括前面提到的前三个输入。MOSFET中的阈值电压和通道电导取决于源体电压。非零源体电压改变阈值电压从其理想值;这就是所谓的身体效应或后门效应。
如果体电压等于源电压(即，体和源短路)，那么电子传导将只由门电位调制，你将无法观察到体效应。然而，如果主体处于比源低的电位(在NMOS中)，那么电子将需要更高的门电位才能通过通道，即，阈值电压更大(同样，在NMOS中)。这就是体效应的本质，通常使用衬底偏置系数来量化(见下文)。在PMOS中，当体的电位高于源电位时，会产生互补效应。
我应该使用哪种MOSFET SPICE型号?
电路仿真对于分析各种电路和理解它们的理想行为非常有用，但除非正确地构建仿真并为每个组件使用正确的模型，否则您可能会对特定电路元素的独特特性失去一些看法。即使是无源元件也有一些等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)，这会导致电容器中的自共振等某些效应。
同样，不同的MOSFET SPICE模型考虑了不同的器件参数，这些参数在MOSFET工作期间控制各种物理现象。一般来说，MOSFET SPICE模型有三代，其中每个模型依次考虑在MOSFET中观察到的更多现象。标准BSIM模型是物理MOSFET模型，允许组件设计者定义重要的尺寸和工艺参数，如通道、栅氧化物和结尺寸、衬底掺杂浓度和其他参数。新一代可以解释短通道效应、次阈值操作、通过栅极的隧道造成的泄漏、温度变化和噪声。
MOSFET SPICE模型中的重要参数
早期的MOSFET SPICE模型(1-3级)通常适用于栅极长度超过0.1 mm的MOSFET，通常用于电力电子和其他应用，其中单个MOSFET可能在高电压/电流下运行。最好采用基于组件的方法并进行选择用于特定组件的MOSFET SPICE模型你打算在你的下一个设备中使用，而不是试图调整一个特定的BSIM模型来适应不同的组件。使用正确的原理图程序，将一个MOSFET替换为另一个组件并比较每个电路的性能是一件简单的事情。
涉及MOSFET SPICE模型的电路分析
如果你看一下MOSFET SPICE模型，你会发现模型只包括三个终端，而不是四个。换句话说，省略了体端，这意味着体和源保持在相同的电位。这是需要注意的重要一点，因为并非所有模拟器都允许你在模拟中检查身体效果。后期(即更新的BSIM版本)将允许您在模拟中定义特定的体电压。
也许涉及MOSFET的最基本的分析是确定其传输特性。这显示了漏源电流如何在应用的源漏电压范围内变化，并在特定的门电压值。一个家庭直流扫描模拟是人们用来检查MOSFET的行为和它所连接的电路的标准工具。总的来说，有三个参数需要检查:源、门和体电压值。
当处理不同的电压对于任何一个输入，小信号分析对于检查电路的行为如何在某个特定的偏置点周围发生变化是有用的。在电力电子中，mosfet可以耗散大量的功率，并在某些情况下达到高温。这就是直流温度扫描或类似的分析可以用于确定电热平衡的地方。
许多用于电力电子设备的晶体管都包含一个金属夹子来连接散热片
对于开关放大器应用，您需要执行交流频率扫描，以检查电路在不同频率下的响应情况。当放大器达到饱和时，您将需要混合使用频率扫描和小信号分析来检查行为。一个好的放大器应该在线性状态下运行，你应该尝试使用小信号分析来探索你的设备的线性极限。
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