OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Рис. 11.11. Схема для снятия характеристик МОП-транзисторов

Как показано на рис. 11.11, источник и подложка объединены, как и требуется. Выходные характеристики показаны на рис. 11.12. В качестве примера больших токов стока отметим, что при V_GS=5 В ток насыщения становится больше 7 А. Входной файл библиотечной модели для IRF150 задает пороговое значение напряжения при нулевом смещении V_t0=2,831 В. Для n-канального устройства это напряжение является положительным.

Рис. 11.12. Выходные характеристики МОП-транзистора

Входные характеристики

Для входных характеристик несколько значений V_DD будут использоваться, как показано в следующем файле:

Input Characteristic for MOSFET

VGS 1 0 0V

VDD 2 0 10V

MOS 2 10 0 IRF150

.DC VGS 0 8V 0.1V VDD 2V 10V 4V .PROBE

.LIB EVAL.LIB

.END

Полученный в результате график показан на рис. 11.13. Из него видно, что пороговое значение V_GS немного ниже 3 В и что характеристики при V_DD=6 В или больше сливаются в одну кривую.

Рис. 11.13. Входные характеристики МОП-транзистора 

Усилители на MOSFET

Усилитель мощности, использующий IRF150, показан на рис. 11.14. Так как используется режим с большими токами истока и стока, значения R_d и R_s составляют 2 и 0,5 Ом соответственно. Резисторы R₁ и R₂ образуют делитель напряжения, обеспечивающий значение V_GS=4,7 В. При этом входной файл имеет вид:

n-Channel Power MOSFET Amplifier

VDD 4 0 18V

vi 1 0 ac 0.5V

R1 4 2 330k

R2 2 0 220k

Rd 4 3 2

Rs 5 0 0.5

Cb 1 2 15uF

Cs 5 0 15uF

MFET 3 2 5 5 IRF150

.DC VDD 12V 12V 12V .OP

.OPT nopage

.PRINT DC I(RD) I(R1) I(R2) I(RS)

.ac Lin 1 5kHz 5kHz

.PRINT ac i (Rd) v(2) v(3)

.LIB EVAL.LIB

.END

Рис. 11.14. Усилитель мощности на МОП-транзисторе

Выходной файл показан на рис. 11.15. Приведены постоянные и переменные составляющие. Среди постоянных составляющих показаны ток стока (и истока) I_D=1,781 А, напряжения на стоке V(3)=7,827 В и на истоке V(5)=2,543 В.

n-Channel Power MOSFET Amplifier

VDD 4 0 18V

vi 1 0 ac 0,5V

R1 4 2 330k

R2 2 0 220k

Rd 4 3 2

Re 5 0 0.5

Cb 1 2 15uF

Cs 5 0 15wF

MFET 3 2 5 5 IRF150

.DC VDD 12V 12V 12V

.OP

.OPT nopage

.PRINT DC I(RD) I(R1) I(R2) I(Re)

.ac lin 1 5kHz 5kHz

.PRINT ac i(Rd) v(2) v(3)

.LIB EVAL.LIB

.END

**** MOSFET MODEL PARAMETERS

       IRF150

       NMOS

LEVEL  3

L      2.000000E-06

W      .3

VTO    2.831

KP     20.530000E-06

GAMMA  0

PHI    .6

LAMBDA 0

RD     1.031000E-03

RS     1.624000E-03

RG     13.89

RDS    444.400000E+03

VDD       I(RD)     I(R1)     I(R2)     I(Rs)

1.200E+01 1.781E+00 2.182E-05 2.182E-05 1.781E+00

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 0.0000  ( 2) 7.2000  ( 3) 7.8271  ( 4) 18.0000

( 5) 2.5432

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VDD -5.086E+00

vi   0.0000+00

TOTAL POWER DISSIPATION 9.16E+01 WATTS

**** MOSFETS

NAME MFET

MODEL IRF150

ID    5.09E+00

VGS   4.66E+00

VDS   5.28EE+00

VBS   0.00E+00

VTH   2.83E+00

VDSAT 1.82E+00

GM    5.60E+00

**** AC ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG С

FREQ      I(Rd)     V(2)      V(3)

5.000E+03 7.536E-01 4.9998-01 1.507E+00

Рис. 11.5. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 11.4

Анализ переменных составляющих дает входное напряжение v_i=0,5 В и выходное напряжение на стоке v(3)=1,5 В, давая коэффициент усиления по напряжению, равный 3. Переменная составляющая выходного тока равна I_D=0,7536А. Для всех переменных составляющих приведены максимальные значения.

Временные диаграммы