第2章-器件模型及电路描述格式课件.ppt

1、第2章 器件模型及电路描述格式第第2章章 器件模型及电路描述格式器件模型及电路描述格式 2.1 无源器件模型及电路描述无源器件模型及电路描述 2.2 有源器件模型及电路描述有源器件模型及电路描述 2.3 独立电源模型及电路描述独立电源模型及电路描述 2.4 线性受控源模型及电路描述线性受控源模型及电路描述 2.5 受控开关模型及电路描述受控开关模型及电路描述 第2章 器件模型及电路描述格式2.1 无源器件模型及电路描述无源器件模型及电路描述 2.1.1 电阻器件 1.描述格式 电阻器件的输入描述格式如下：R N+N-R是电阻主名（特性代号），是字长为8个字元的器件副名，可由数字或英文字母组成（

2、下同）；N+、N-分别是连接电路的正、负端点。第2章 器件模型及电路描述格式 由于电阻没有极性，所以可以任意连接。一般是以电位较高的一端为N+，电位较低的一端为N-。是电阻模型名，为任选项，可任意命名。为电阻值，可以为正，也可以为负，但不可为0。例如：(1)RLOAD1001K (2)R2122.4E+4TC1=0.01，TC2=-0.02 (3)RFBK333RMOD10K .MODELRMODRES(R=1TC1=0.01)第2章 器件模型及电路描述格式 范例中，RLOAD的电阻值为1k，接在10和0节点；R2的电阻值为2.4E+4，温度系数为：TC1=0.01，TC2=-0.02；RFB

3、K的电阻模型名为RMOD，用.MODEL定义其模型参数。第2章 器件模型及电路描述格式 2.模型参数 参数 意义 单位 缺省值 R 电阻倍率因子 1 TC1 线性温度系数 -1 0 TC2 二次温度系数 -2 0 利用电阻模型参数计算阻值的公式为 RT=*R*1+TC1*(T-TNOM)+TC2*(T-TNOM)2 式中，TNOM是常态温度，可以在选择项.OPTION中设定其初值，RT是指定温度时的电阻值。第2章 器件模型及电路描述格式 2.1.2 电容器件 1描述格式 电容器件的输入描述格式如下：C N+N-IC=C为电容器主名。任选项IC=是电容初始电压值，其它参数的意义同上。例如：(1)

4、C11210U (2)CLOAD1501000PIC=0.5 (3)CIN10CMOD100P .MODELCMODCAP(C=1VC1=0.01VC2=0.02TC1=0.02TC2=0.005)第2章 器件模型及电路描述格式 范例中，C1的电容值为10F，正端和负端分别接在1和2节点；CLOAD为1000pF的电容，电容上的初始电压为0.5V，接在15和地节点；CIN为100pF的电容，并由.MODEL定义电容的模型参数。第2章 器件模型及电路描述格式2模型参数电容器件的模型参数及其意义如下所示：参数 意义 单位 缺省值 L 电感倍率因子 1IL1 线性电流系数 VOLT-1 0IL2 二

5、次电流系数 VOLT-2 0TC1 线性温度系数 -1 0TC2 二次温度系数 -2 0 第2章 器件模型及电路描述格式 CREL=*C*1+VC1*V+VC2*V2*1+TC1*(T-TNOM)+TC2*(T-TNOM)2 式中，TNOM是标称工作温度，可以使用.OPTION命令来设定TNOM的初值。第2章 器件模型及电路描述格式 2.1.3 电感器件 1描述格式 电感器件的输入描述格式如下：L N+N-model IC=L是电感主名。是电感值，可以为正，也可以为负，但不可为零。任选项IC=定义电感中的初始电流值。其它参数意义同上。第2章 器件模型及电路描述格式 例如：(1）L12410MH

6、 (2）LLOAD101215MHIC=1MA (3）LCHOCK2021LMOD10UHIC=0.5MA .MODELLMODIND（L=1IL1=0.1IL2=0.02TC1=0.002TC2=0.002）范例中，L1的电感值为10mH，接在3和4节点；LLOAD的电感值为10mH，初始电流为0.1mA，接在10和12节点；LCHOCK的电感量为10H，初始电流为0.5mA。电感模型名为LMOD,用.MODEL定义其模型参数。第2章 器件模型及电路描述格式2模型参数电感器件的模型参数如下所示：参数 意义 单位 缺省值 L 电感倍率因子 1IL1 线性电流系数 A-1 0IL2 二次电流系数

7、 A-2 0TC1 线性温度系数 -1 0TC2 二次温度系数 -2 0 第2章 器件模型及电路描述格式 利用电感模型参数计算实际电感值的公式为 LREL=*L*1+IL1*I+IL2*I2*1+TC1*(T-TNOM)+TC2*(T-TNOM)式中，TNOM是分析时采用的标称工作温度，可以使用.OPTION命令来指定其初值。第2章 器件模型及电路描述格式 2.1.4 耦合电感（变压器）1特征代号与电路符号 耦合电感的特性代号为K，电路描述符号如图2.1所示。2描述格式 耦合电感的输入描述格式如下：K L L*第2章 器件模型及电路描述格式图2.1 耦合电感电路符号 N1N1N2N2MI1.I

8、2.V1L1L2V2第2章 器件模型及电路描述格式 K为耦合电感主名，L及L*分别是耦合电感对。右上角的“*”号表示可以输入多组参数（下同）。为耦合系数，取值范围为01。是耦合电感的模型名称；任选项为磁横截面积尺寸乘数，缺省值为1。例如：K12 L1 L2 0.85 KAB LA LB 0.99 KUVY LU LV LY KPOD-3C8第2章 器件模型及电路描述格式 在描述耦合电感时，一定要考虑极性问题。同电路分析时采用的方法一样，采用极性点来区别耦合线圈的极性。PSPICE软件规定，DOT是描述的每一个电感的第一个端点。每个耦合电感的描述顺序，不影响耦合系数的数值及极性。例如，图2.1的

9、互感器用下述语句描述（节点标号任意假定）。L1 13 14 0.5MH L2 15 16 0.5MH K12 L1 L2 0.95 第2章 器件模型及电路描述格式 2.1.5 无耗传输线 1特征代号与电路符号 无耗传输线的特性代号为T，电路描述符号及模型如图2.2所示。第2章 器件模型及电路描述格式图2.2 传输线符号及等效电路模型 delay v3-v4delay i3delay v1-v2delay i1AABB(b)传输线模型i1i3V1V1ABZ0V1V1ABNL(a)传输线电路符号Z0Z0第2章 器件模型及电路描述格式 2描述格式 无耗传输线的输入描述格式如下：T A+A-B+B-Z

10、0=TD=|F=NL=T为传输线主名，A+和A-为1端口的节点号；B+、B-为2端口的节点号；Z0为特性阻抗，单位为欧姆；TD为传输线延迟时间；F为频率；NL为对应频率F的传输线归一化的电学长度。若规定了NL而没有给出频率F，则认为频率为1/4波长的频率。第2章 器件模型及电路描述格式 例如：(1)T1 1 2 3 4 Z0=220 TD=115NS (2)T2 1 2 3 4 Z0=50 F=10MEG (3)T3 1 0 2 0 Z0=50 F=10MEGNL=0.5 范例中，T1是时域描述方式，其特性阻抗为220，延迟时间为115ns，两个端口分别连接1、2及3、4节点；T2和T3是频域

11、描述方式。T2的特性阻抗为50，频率F=10MHz，两端口分别连接1、2及3、4节点；T3的特性阻抗为50，F=10MHz，电学长度NL=0.5，两端口分别连接1、0及2、0节点。第2章 器件模型及电路描述格式2.2 有源器件模型及电路描述有源器件模型及电路描述 除了前述的无源器件外，同时PSPICE软件还提供了多种有源器件，如二极管、双极晶体管（BJT）、结型场效应管（JFET）、MOS场效应管（MOSFET）、砷化镓场效应管（GaAS）等。每一种器件模型都有多个参数。有些参数表示元件本身的物理特性，有些则是相关计算的结果。第2章 器件模型及电路描述格式 在电路描述时，既可用模型定义命令.M

12、ODEL定义模型参数，也可以用库调用命令.LIB调用元件库中的器件模型。当用.MODEL定义模型参数时，未被定义的参数自动采用缺省值。第2章 器件模型及电路描述格式 2.2.1 二极管 二极管模型适用于PN结和肖特基结。由于在模型中考虑了二极管的正向特性和反向击穿特性，故也可模拟稳压管特性。1等效电路模型 二极管的特性代号为D，电路描述符号及等效电路模型如图2.3所示。第2章 器件模型及电路描述格式图2.3 二极管符号及等效电路模型 NNNIDRSCN(a)电路符号(b)等效电路模型D*VALUE第2章 器件模型及电路描述格式 2描述格式 二极管的描述格式如下：D N+N-area D为二极管

13、主名；N+为连接二极管正极的节点，N-为二极管负极节点；为所用二极管的模型名称；任选项area为二极管的截面尺寸。例如：(1)DCLAMP 5 0 DMOD .MODEL DMOD D（IS=2.0E-14 BV=100 IBV=0.1）第2章 器件模型及电路描述格式 (2)DREF 10 12 ZENER .MODEL ZENER D（BV=6.0V IBV=10MA）例(1）中，二极管DCLAMP连接在5和0节点，模型名为DMOD，用.MODEL定义该二极管模型参数；例(2）中，二极管DREF接在节点10和12之间，模型名为ZENER，参数里的BV=6.0V，IBV=10mA，表明该二极管

14、可作为稳压管使用。第2章 器件模型及电路描述格式3.模型参数二极管的模型参数如下所示：参数 意义 单位 缺省值 IS 饱和电流 A 1E-14RS 寄生串联电阻 0N 发射系数 -1TT 渡越时间 s 0CJO 零偏压PN结电容 F 0VJ PN结自建电势 V 1M PN结梯度因子 -0.5EG 禁带宽度 eV 1.11第2章 器件模型及电路描述格式XTI IS的温度指数 -3FC 正偏耗尽层电容系数 -0.5BV 反向击穿电压（膝点电压）V IBV 反向击穿电流(膝点电流)A 1E-10KF 闪烁噪声（Flicker）系数 -0AF 闪烁噪声（Flicker）指数 -1 第2章 器件模型及电

15、路描述格式 4.特性曲线 利用直流扫描分析功能，模拟测量1N4148型二极管的正向特性和反向击穿特性如图2.4所示。第2章 器件模型及电路描述格式图2.4 二极管特性曲线 10m000.51.01.5I（D1）(a)二极管正向特性020m0V40V80V120VI（D1）(b)二极管反向特性第2章 器件模型及电路描述格式 2.2.2 双极晶体管 1.等效电路模型 双极晶体管有两种类型：NPN型和PNP型，其电路符号及模型如图2.5所示。2.描述格式 双极晶体管的输入描述格式为 Q NC NB NE 第2章 器件模型及电路描述格式图2.5 双极晶体管符号及等效电路模型 ibc2ibc1/BRib

16、e2ibe1/BFibE1/BFJBE2CcsSCCjcCjcBCjeReE（Ibe1I bc1)/KqbECBQ*NPNBCQ*PNP(b)等效电路模型(a)电路符号第2章 器件模型及电路描述格式 其中，Q为双极晶体管主名；NC为集电极连接端；NB为基极连接端；NE为发射极连接端；为衬底端，在使用上可以省略，缺省方式为接地；是双极晶体管的模型名称；是发射极截面尺寸。例如：(1)QBUF 4 10 5 QMOD .MODEL QMOD NPN（BF=120 VJE=0.7V VJC=0.7V）(2)QT 3 8 1 QQ 10 (3)QM 10 20 300 QQ第2章 器件模型及电路描述格式

17、 例(1)中，晶体管QBUF的集电极、基极和发射极分别连接节点4、10和5，模型名为QMOD；同时用.MODEL定义该器件的部分模型参数；例(2）、例(3）中，QT与QM采用同一模型的双极晶体管QQ。在同一电路描述中，若多个器件属于同一类型且参数相同，可以使用同一模型来描述；如果各器件特性有差异，则必须分别定义各模型参数。第2章 器件模型及电路描述格式 3.模型参数 双极晶体管的模型参数如下所列：参数 意义 单位 缺省值 IS 传输饱和电流 A 1E-16 EG 禁带宽度 eV 1.11 XTI(PT）IS的温度效应指数 -3 BF 正向电流放大系数 -100 NF 正向电流发射系数 -1 V

18、AF（VA）正向欧拉电压 V IKF（IK）正向膝点电流 A 第2章 器件模型及电路描述格式ISE（C2）B-E漏饱和电流 A 0NE B-E漏发射系数 -1.5BR 反向电流放大系数 -1NR 反向电流发射系数 -1VAR（VB）反向欧拉电压 V IKR 反向膝点电流 A ISC（C4）B-C漏饱和电流 A 0NC B-C漏发射系数 -2.0RB 零偏压基极电阻 0IRB 基极电阻降至RBM/2时的电流 A 第2章 器件模型及电路描述格式RBM 最小基极电阻 RBRE 发射区串联电阻 0RC 集电极电阻 0CJE 零偏发射结PN结电容 F 0VJE（PE）发射结内建电势 V 0.75MJE（

19、ME）发射结梯度因子 -0.33CJC 零偏集电结PN结电容 F 0VJC（PC）集电结内建电势 V 0.75MJC（MC）集电结梯度因子 -0.33第2章 器件模型及电路描述格式XCJC Cbc接至内部Rb的部分 -1CJS（CCS）零偏衬底结PN结电容 F 0VJS（PS）衬底结内建电势 V 0.75MJS（MS）衬底结梯度因子 -0FC 正偏势垒电容系数 -0.5TF 正向渡越时间 s 0XTF TF随偏置变化的系数 -0VTF TF随VBC变化的电压参数 V ITF 影响TF的大电流参数 A 0第2章 器件模型及电路描述格式PTF 在f=1/（2TF）Hz时超前相移 ()0TR 反向渡

20、越时间 s 0XTB BF和BR的温度系数 0KF 1/f噪声系数 0AF 1/f噪声指数 1 第2章 器件模型及电路描述格式 4.应用实例 利用直流扫描分析（.DC）命令，分析NPN双极型晶体管2N696的输出特性曲线。(1)测试电路如图2.6所示。(2)输入程序如下：BJT OUTPUT CHARACTERICS TEST VB 1 0 RB 1 2 5K1 Q1 3 2 0 Q2N696第2章 器件模型及电路描述格式VC 3 0.LIB BIPOLAR.LIB.DC VC 0 6 0.01 VB 0 5 0.5.END(3)输出特性如图2.7所示。第2章 器件模型及电路描述格式图2.6

21、输出特性测试电路 VB5k112RBQ13VC第2章 器件模型及电路描述格式图2.7 输出特性曲线 0V2V4V0A35mAIC（Q1）第2章 器件模型及电路描述格式 2.2.3 结型场效应管 1.等效电路模型 同双极晶体管类似，结型场效应管(JFET)也有两种类型，即N沟道和P沟道结型场效应管。其电路符号及等效电路模型如图2.8所示。N沟道或P沟道JFET的等效电路模型相同。第2章 器件模型及电路描述格式 2.描述格式 结型场效应管的输入描述格式如下：J ND NG NS J为结型场效应管主名；ND、NG、NS分别为漏极、栅极和源极连接的节点号；是结型场效应管模型名；是结型场效应管的截面尺寸

22、。例如：JB1 8 10 6 JJ .MODEL JJ PJF（VTO=-2）第2章 器件模型及电路描述格式 结型场效应管JB1，其漏极、栅极及源极分别连接节点8、10及6。JJ是模型名，同时在模型中指明JB1是一种P沟道的结型场效应管。模型描述中定义该结型场效应管的夹断电压VTO=-2V，其余参数使用缺省值。第2章 器件模型及电路描述格式图2.8 JFET符号及等效电路模型 DSGNJFETGDSPJFET(a)电路符号GCgsCgdRsIdRdD(b)等效电路模型第2章 器件模型及电路描述格式 3.模型参数 参数 意义 单位 内设置 VTO 阈值电压（夹断电压）V -2.0 BETA 跨导

23、系数 A/V2 1E-4 LAMBDA 沟道长度调制系数 1/V 0 RD 漏区串联电阻 0 RS 源区串联电阻 0 CGD 零偏栅漏PN结电容 F 0 CGS 零偏栅源PN结电容 F 0 FC 正偏耗尽层电容系数 -0.5第2章 器件模型及电路描述格式PB 栅PN结内建电势 V 1.0IS 栅PN结饱和电流 A 1E-14KF 1/f噪声系数 -0AF 1/f噪声指数 -1VTOTC VTO温度系数 V/0BETATCE BETA温度系数%/0 第2章 器件模型及电路描述格式 4输出特性曲线 利用直流扫描分析功能，测得结型场效应管的直流输出特性如图2.9所示。由曲线可以看出，JFET利用栅极

24、电压VGS来控制流过通道的电流。该电流正比于控制电压。该曲线还可直观地显示出场效应管的膝点电压VK及输出负载电流的能力。第2章 器件模型及电路描述格式图2.9 结型场效应管输出特性第2章 器件模型及电路描述格式 2.2.4 MOS场效应管 1.等效电路模型 根据导电性质，MOSFET也可分为NMOS和PMOS两种类型。两种电路符号及等效电路模型如图2.10所示。第2章 器件模型及电路描述格式图2.10 MOSFET符号及等效电路模型 SNMOSDGSPMOSDG(a)电路符号(b)等效电路模型SRsCbsCgsCgdCbdRGGBDIds第2章 器件模型及电路描述格式 3.描述格式 MOS场效

25、应管的输入描述格式如下：M ND NG NS L=W=+AD=AS=PD=PS=NRD=+NRS=NRG=NRB=第2章 器件模型及电路描述格式 M是MOS场效应管主名；ND、NG和NS分别表示MOSFET的漏极、栅极和源极连接的节点号，表示衬底的节点号；L和W分别表示MOSFET的沟道长度和宽度，单位为m；AD和AS为漏极和源极的面积，单位为m2。PP和PS为漏极和源极的PN结周长，单位为m；NRD、NRS、NRG和NRB分别为漏区、源区、栅极和衬底的有效方数。在模型描述中，参数如果没有指定，则PSPICE自动采用缺省值。（AD和AS的内设值均为0，L和W均为100m）。若改变参数，可直接使

26、用.MODEL定义，也可以使用.OPTION命令赋值。第2章 器件模型及电路描述格式 例如：M2A 10 2 3 0 PWEAK L=33U W=12U AD=288P AS=288P +PD=60U PS=60U NRD=14 NRS=24 NRG=10 M2A是P型MOS场效应管，其漏、栅及源极分别连接10、2、3节点，衬底接在0节点。MOSFET的模型参数采用描述语句中的指定参数，其它未定义的参数自动采用缺省值。第2章 器件模型及电路描述格式 3.模型参数 MOSFET的模型参数较多。PSPICE共有4级模型，分别由LEVEL=1、2、3、4表示。一级模型为SCHICHMA-HODGES

27、模型，适用于MOSFET的长沟道情况；二级模型为修正后的SCHICHMAN-HIDGES模型，考虑了不同MOSFET的二级效应，适用于较短沟道的MOSFET模拟与分析；三级模型为半经验短沟道模型，适宜于短沟道（L3m）的MOSFET分析。各级模型的模拟精度及分析时间差别很大。下面列出的是1、2、3级模型参数（4级参数省略）:第2章 器件模型及电路描述格式参数 意义 单位 内设值 LEVEL 模型级别（1、2、3、4）-1L 沟道长度 m DEFLW 沟道宽度 m DEFWLD （源漏区）横向扩散长度 m 0WD （源漏区）横向扩散宽度 m 0VTO 零偏阈值电压 V 0KP 跨导系数 A/V2

28、 2E-5GAMMA 体效应系数 0V第2章 器件模型及电路描述格式PHI 表面电势 V 0.6LAMBDA 沟道长度调制系数 （仅用于LEVEL=1或2）1/V 0RD 漏极串联电阻 0RS 源极串联电阻 0RG 栅极串联电阻 0RB 衬底（体）串联电阻 0RDS 漏源极旁路电阻 RSH 漏源区薄层电阻 /方 0IS 衬底（体）PN结饱和电流 A 1E-14第2章 器件模型及电路描述格式JS 衬底（体）PN结饱和电流密度 A/m2 0PB 衬底PN结底面自建电势 V 0.8CBD 零偏压衬底漏极PN结电容 F 0CBS 零偏压衬底源极PN结电容 F 0CJ 衬底PN结底面零偏下单位面积电容

29、F/m2 0CJSW 衬底PN结侧壁零偏压下单位长度电容 F/m 0MJ 衬底PN结底面电容梯度因子 -0.5MJSW 衬底PN结侧壁电容梯度因子 -0.33FC 衬底PN结正偏电容系数 -0.5CGSO 单位宽度的栅源覆盖电容 F/m 0第2章 器件模型及电路描述格式CGDO 单位宽度的栅漏覆盖电容 F/m 0CGBO 单位长度的栅衬底覆盖电容 F/m 0NSUB 衬底掺杂浓度 1/cm3 0NSS 表面态密度 1/cm2 0NFS 快表面态密度 1/cm2 0TOX 氧化层厚度 m TPG 栅极材料类型 +1 +1=硅栅，与衬底杂质反型 -1=硅栅，与衬底杂质同型 0=铝栅第2章 器件模型

30、及电路描述格式XJ 结深 m 0UO 表面迁移率 cm2/Vs 600UCRIT 迁移率下降临限电场（LEVEL=2）V/cm 1E4UEXP 迁移率下降指数（LEVEL=2）-0UTRA 迁移率下降横向电场系数 -VAMX 最大漂移速度 m/s 0NEFF 沟道电荷系数（LEVEL=2）-1.0XQC 沟道电荷对漏极的贡献部分 -0DELTA 阈值电压的宽度效应系数 -0THETA 迁移率调制系数（LEVEL=3）1/V 0ETA 静电反馈系数（LEVEL=3）-0第2章 器件模型及电路描述格式KAPPA 饱和电场系数（LEVEL=3）-0.2KF 1/f噪声系数 -0AF 1/f噪声指数

31、-1 第2章 器件模型及电路描述格式 4.应用实例 分析由PMOS和NMOS串联而成的直流电平转换电路的输出特性。(1）原理电路如图2.11所示。该电路的工作原理是：当VIN在02.5V之间变化时，PMOS导通，输出为VDD；当VIN在2.55.0V间变化时，NMOS导通，输出为0V。这种电路广泛用于CMOS型数字电路的输出级中。第2章 器件模型及电路描述格式（2）输入程序如下：MOSFETAPPLICATIONM1 2 1 3 3 PM L=1U W=10UM2 2 1 0 0 NM L=1U W=10URL 2 0 100KVDD 3 0 5VVIN 1 0 PWL(0 0 0.5M 5

32、1M 0 1.5M 5 2M 0 2.5M 5 3M 0)第2章 器件模型及电路描述格式.MODEL PM PMOS（VTO=-2 KP=4.5E-4 CBD=5PF CBS=2PF RD=5+RS=2 RB=0 RG=0 RDS=1MEG CGSO=1PF CGDO=1PF CGBO=1PF）.MODEL NM NMOS（VTO=2 KP=4.5-4 CBD=5PF CBS=2PF RD=5+RS=2 RB=0 RG=0 RDS=1MEG CGSO=1PF CGDO=1PF CGBO=1PF）.TRAN 0.1M 3M 0 1U.PROBE.END 第2章 器件模型及电路描述格式图2.11

33、直流电平转换电路 M2NMOSM1PMOSVDD3VINPWL12RL100第2章 器件模型及电路描述格式 (3）输出特性。节点2的转换特性如图2.12所示。图2.12 输出转换特性 5.0V000.51.01.5V（1）(a)激励信号0V0s1.0ms2.0ms3.0msV（2）(b)响应信号5.0V第2章 器件模型及电路描述格式 2.2.5 砷化镓金属场效应管 砷化镓金属场效应晶体管(GaAsMETFET)是目前高速电路（如微波电路）中广泛使用的半导体器件。它是利用砷化镓半导体材料，依靠肖特基结作为栅极的场效应晶体管。由于制作困难，目前只有N沟道的GaAsMETFET。1.等效电路模型 电

34、路符号及等效电路模型如图2.13所示。第2章 器件模型及电路描述格式图2.13 Ga As FET符号及等效电路模型 GDS(a)电路符号GCgsCgdRsIdRdD(b)等效电路模型SCds第2章 器件模型及电路描述格式 2.描述格式 砷化镓场效应管的输入描述格式如下：B ND NG NS B是GaAs场效应管主名；ND、NG及NS分别表示漏、栅、源极连接的节点号，任选项为GaAsMETFET的截面尺寸。例如：BMOUT 2 5 0 GFET 100 .MODEL GFET GaAs FET（VTO=-3 BETA=70）范例中，BMOUT的漏、栅、源极分别连接2、5及0节点；其尺寸值为10

35、0m；模型命令.MODEL定义VTO=-3V，BETA=70，其余参数采用缺省值。第2章 器件模型及电路描述格式3.模型参数参数 意义 单位 内设值 LEVEL 模型级别 （1、2、3）-1VTO 夹断电压 V -2.5VBI 栅PN结内建电势 V 1.0ALPHA 饱和电压参数 1/V 2.0BETA 跨导系数 A/V2 0.1LAMBDA 沟道长度调制系数 1/V 0RG 栅区串联电阻 0RD 漏区串联电阻 0RS 源区串联电阻 0第2章 器件模型及电路描述格式CGD 零偏栅漏PN结势垒电容 F 0CGS 零偏栅源PN结势垒电容 F 0CDS 漏源电容 F 0IS 栅PN结饱和电流 A 1

36、E-14TAU 传导时间 s 0KF 1/f噪声系数 -0AF 1/f噪声指数 -1 第2章 器件模型及电路描述格式 4.输出特性 利用直流扫描分析功能，测得GaAsFET的直流输出特性如图2.14所示。砷化镓场效应管的直流输出特性与JFET的曲线颇为相似，电流的大小由沟道宽度来控制。但是砷化镓场效应管的寄生电容小，迁移率高，反应速度快，多用于高速电路及微波电路中。第2章 器件模型及电路描述格式 图2.14 输出特性曲线 第2章 器件模型及电路描述格式2.3 独立电源模型及电路描述独立电源模型及电路描述 独立电源是指馈电或激励电路的各种直流、交流电源以及时域信号源，如正弦(SIN)、指数(EX

37、P)、脉冲(PULSE)、分段线性(PWL)及调频(FM)源等。上述独立电源包括电压源和电流源。在PSPICE中，这些独立电源均被当作理想电源作用于电路。第2章 器件模型及电路描述格式独立电源的描述格式如下：VN+N-DCACIN+N-DCAC 说明：V或I是独立电源名称。任选项分别表示直流、交流和时域信号源。是交流电源的相位，若省略该项，自动采用缺省值。其它符号意义同前。第2章 器件模型及电路描述格式 2.3.1 直流电源描述 直流电压源和电流源的描述格式如下所示：电压源：V N+N-电流源：I N+N-直流电源的描述格式最简单。电源的正、负极分别连接N+、N-节点，为电源数值。任选项可省略

38、，在N+、N-节点后直接跟数值即可。第2章 器件模型及电路描述格式 例如：VCC 17 0 DC 10 VI 5 14 -5MV IB 6 7 1MA VCC是直流电压源，连接在17和0节点；VI是幅值为-5mV的激励源，连接5、4节点；IB为幅值1mA的电流源，接在6、7节点。第2章 器件模型及电路描述格式 2.3.2 交流电源描述 交流电压源和电流源的描述格式如下所示：电压源：V N+N-AC 电流源：I N+N-AC 说明：AC表示电压源类型为交流，为交流电源的幅值，表示交流电源的初始相位，单位为度。交流分析时应分别赋值，否则使用缺省值：meg=1V，phase=0。第2章 器件模型及电

39、路描述格式 例如：VI 7 1 AC 0.5 30 VI 8 0 AC 为了观察电路的时域特性，就需要随时间变化的时域激励信号。PSPICE规定了正弦（SIN）、脉冲（PULSE）、指数（EXP）、分段线性（PWL）及调频（FM）等5种时域激励源。利用这5种激励源，基本上可以得到任意周期或非周期时域信号。第2章 器件模型及电路描述格式2.3.3 正弦电源1描述格式正弦电压源和电流源的描述格式如下所示：电压源：V N+N-SIN（V0 VA F TD DF phase）电流源：I N+N-SIN（I0 IA F TD DF phase）例如：VIN 7 0 SIN（0 0.5 10K 0.5MS

40、 0 0）I10 9 15 SIN（5MA 20MA 100K 0.01MS 5 30）第2章 器件模型及电路描述格式 VIN是电压振幅为1.5V、频率10kHz、延迟时间为0.5ms的正弦激励电压源，接在7和0节点；I10是偏置值为5mA、电流幅值为20mA、频率为100kHz、延迟时间为0.01ms、阻尼系数为5、初相角为30的正弦激励电流源，连接在9、15节点。第2章 器件模型及电路描述格式2波形参数正弦电源的波形参数如下：参数 意义 单位 缺省值 VO 偏置电压 VVA 电压振幅 VF 频率 Hz 1/TSTOPTD 延迟时间 s 0DF 阻尼系数 1/s 0PHASE 相位 0 0I

41、O 偏置电流 A 0IA 电流振幅 A 0 第2章 器件模型及电路描述格式 3时域波形 正弦电源的时域波形如图2.15所示。图2.15 正弦信号波形 第2章 器件模型及电路描述格式2.3.4 脉冲电源1描述格式脉冲电源的描述格式如下所示：电压源：VN+N-PULSE（V1V2TDTRTFPWPER）电流源：IN+N-PULSE（I1I2TDTRTFPWPER）第2章 器件模型及电路描述格式2波形参数脉冲电源的波形参数如下所列：参数 意义 单位 缺省值V1 初始电压 VV2 峰值电压 VTD 延迟时间 s 0TR 上升时间 s TSTEPTF 下降时间 s TSTEPPW 脉冲宽度 s TSTO

42、PPER 周期 s TSTOPI1 初始电流 AI2 峰值电流 A 第2章 器件模型及电路描述格式 3时域波形 脉冲波形的时域波形如图2.16所示。图2.16 脉冲信号波形 第2章 器件模型及电路描述格式2.3.5 指数电源1描述格式指数电源的描述格式如下所示：电压源：VN+N-EXP（V1V2TD1TC1TD2TC2）电流源：IN+N-EXP（I1I2TD1TC1TD2TC2）第2章 器件模型及电路描述格式 例如：VEXP10EXP（1510.220.5）该波形为初值1V、峰值5V的指数激励源。其上升延迟时间为1s，上升时常数为0.2s，下降点为2s，并按0.5s的时常数下降。第2章 器件模

43、型及电路描述格式2波形参数指数电源的波形参数如下所列：参数 意义 单位 缺省值 V1 初始电压 VV2 峰值电压 VTD1 上升延迟时间 s 0TC1 上升时间常数 s TSTEPTD2 下降时间点 s TSTEPTC2 下降时间常数 s TSTEPI1 初值电流 AI2 峰值电流 A 第2章 器件模型及电路描述格式 3时域波形 指数电源的时域波形如图2.17所示。图2.17 指数信号波形 第2章 器件模型及电路描述格式2.3.6 分段线性电源1描述格式分段线性电源的描述格式如下所示：电压源：VN+N-PWL（T1V1T2V2.TNVN）电流源：IN+N-PWL（T1I1T2I2.TNIN）第

44、2章 器件模型及电路描述格式 2波形参数 分段线性电源的波形参数如下所列：TN 转折时间 s VN 转折电压 V IN 转折电流 A 3时域波形 5段PWL的时域波形如图2.18所示。第2章 器件模型及电路描述格式图2.18 PWL信号波形 第2章 器件模型及电路描述格式2.3.7 调频电源1描述格式调频电源的描述格式如下所示：电压源：VN+N-SFFM（VOFFVAFCMOD FM）电流源：IN+N-SFFM（IOFFIAFCMOD FM）第2章 器件模型及电路描述格式2波形参数调频电源的波形参数如下所列：参数 意义 单位 缺省值 VOFF 偏置电压 VVA 峰值电压 VFC 载波频率 Hz

45、 1/TSTOPMOD 调频指数 0FM 调制频率 Hz 1/TSTOPIOFF 偏置电流 AIA 峰值电流 A 第2章 器件模型及电路描述格式 3时域波形 调频信号的时域波形如图2.19所示。图2.19 调频信号波形 第2章 器件模型及电路描述格式2.4 线性受控源模型及电路描述线性受控源模型及电路描述 线性受控电源共有4种形式，即电压控制电压源（VCVS）、电压控制电流源（VCCS）、电流控制电流源（CCCS）、电流控制电压源（CCVS）。这4种电源的等效电路如图2.20所示。第2章 器件模型及电路描述格式图2.20 受控源等效电路模型 NCNCI1NNIO=GV1NCNCI1NNVO=E

46、V1(a)VCCS(b)VCVSNCNCI1NNIO=FI1NCNCI1NNVO=HI1(c)CCCS(d)CCVS第2章 器件模型及电路描述格式这4种受控源的名称、代号、方程式及其单位如下所示：名称 代号 方程式 单位 物理意义 VCVS E V=E（V）电压增益VCCS G I=G（V）S 互导CCCS F I=F（I）电流增益CCVS H V=H（I）互阻 第2章 器件模型及电路描述格式 2.4.1 电压控制电压源（VCVS）1.描述格式 该电压源的描述格式如下所示：E N+N-NC+NC-E为VCVS主名。N+、N-为VCVS输出端口的正、负节点；NC+、NC-为输入控制端口的正、负节

47、点；为VCVS的电压增益，没有单位。VCVS输入端口的阻抗为无穷大，因此只感应电压信号而不需信号源提供推动电流。第2章 器件模型及电路描述格式 例如：EO 1 0 2 0 100 范例中，EO的输出节点为1、0，输入控制节点为2、0，电压增益为100。这种描述方式表明，只要控制端有输入电压差，EO即将V（2，0）的信号放大100倍。放大的倍率与输入信号无关。2应用实例 运算放大器电路可等效为电压控制的电压源（VCVS）。(1）等效电路如图2.21所示。第2章 器件模型及电路描述格式图2.21 VCVS等效电路 1RS50VINR11KRF20K3VO41RS50R11K3EORF20K4VIN

48、22RIN第2章 器件模型及电路描述格式(2)输入程序如下：VCVSAPPLICATIONVIN 1 0 SIN（0 0.5 10K 0 0 0）RS 1 2 50RIN 2 3 1MEG ；运放的输入阻抗R1 3 0 2KRF 3 4 20KEOP 4 0 2 3 5E4；运放开环增益.TRAN 0.05MS 0.5MS 0 0.01MS.PROBE.END第2章 器件模型及电路描述格式 (3）输出特性如图2.22所示。图2.22 VCVS输出特性 第2章 器件模型及电路描述格式 2.4.2 电压控制电流源（VCCS）1.描述格式 该电流源的描述格式如下所示：GN+N-NC+NC-G为VCC

49、S主名；是VCCS的互导值，单位为S（西门子），其它符号意义同前。同VCVS一样，VCCS输入端口的阻抗为无穷大，因此输入端只感应到两端的电压差而不需提供推动电流。第2章 器件模型及电路描述格式 例如：G5 1 0 2 3 10 其中，VCCS的名称为G5，1、0为G5的输出端，2、3为控制端，互导值为10。2.应用实例 场效应管交流放大电路可变换成电压控制电流（VCCS）的线性可控源，模拟并分析电路的频响特性。(1）等效电路如图2.23所示。第2章 器件模型及电路描述格式图2.23 VCCS原理及等效电路图3R31K54R4150RG1MEGVIN12C110U5VCC3RD10K4RG1M

50、VIN12C110U5VCCGFET=0.3VGSRS1K(a)原理电路(b)等效电路第2章 器件模型及电路描述格式(2）输入程序如下：VCCSAPPLICATONVIN 1 0 AC 10MVVCC 5 0 12VC1 1 2 10URG 2 0 1MEGRD 5 3 10KRS 4 0 1KGFET 3 4 2 4 30E-3.AC DEC 100 0.1K 100MEG.PROBE.END(3）输出特性如图2.24所示。第2章 器件模型及电路描述格式图2.24 VCCS输出特性 第2章 器件模型及电路描述格式 2.4.3 电流控制电流源（CCCS）1.描述格式 该电流源的描述格式如下所示