实验三-MOS管参数仿真及Spice学习

mos管仿真参数模块mos管仿真参数模块是一种用于模拟和分析mos管性能的工具。

mos管是一种常见的半导体器件，广泛应用于集成电路和电子设备中。

在设计和优化mos管电路时，了解和准确设置mos管的各种参数非常重要。

mos管仿真参数模块可以帮助工程师们更好地理解mos管的特性，并优化电路性能。

mos管的参数模型是mos管仿真参数模块的基础。

mos管的参数模型描述了mos管的电流-电压特性和电容特性等重要参数。

mos 管仿真参数模块可以根据这些参数模型，模拟mos管在不同工作条件下的电流-电压特性和电容特性。

mos管的参数模型包括了很多参数，其中一些重要的参数包括沟道长度调制系数、沟道宽度、漏极电流等。

沟道长度调制系数是mos 管的一个重要参数，它描述了沟道长度对mos管电流的影响程度。

沟道宽度是mos管的另一个重要参数，它决定了mos管的电流承载能力。

漏极电流是mos管的电流参数，它描述了mos管的漏极电流大小。

在mos管仿真参数模块中，工程师们可以通过设置这些参数来模拟mos管的性能。

通过调整沟道长度调制系数，工程师们可以改变mos管的电流-电压特性。

通过调整沟道宽度，工程师们可以改变mos管的电流承载能力。

通过调整漏极电流，工程师们可以改变mos管的漏极电流大小。

通过这些设置，工程师们可以优化mos 管的性能，提高电路的工作效率和可靠性。

除了这些基本参数外，mos管仿真参数模块还可以模拟mos管的温度特性和频率特性。

温度对mos管的性能有着重要影响，mos 管仿真参数模块可以根据温度变化来模拟mos管的电流-电压特性。

频率对mos管的性能也有着重要影响，mos管仿真参数模块可以根据频率变化来模拟mos管的电流-电压特性。

在实际应用中，mos管仿真参数模块可以帮助工程师们进行电路设计和优化。

工程师们可以通过模拟mos管的性能，预测电路的工作情况，减少实际测试的时间和成本。

工程师们还可以通过模拟不同参数下的mos管性能，进行参数优化，找到最佳的设计方案。

mos管仿真参数模块摘要：1.MOS 管仿真参数模块简介2.MOS 管的工作原理3.MOS 管仿真参数模块的作用4.MOS 管仿真参数模块的构成5.MOS 管仿真参数模块的应用实例正文：一、MOS 管仿真参数模块简介MOS 管（金属- 氧化物- 半导体场效应晶体管）是一种广泛应用于集成电路中的半导体器件。

为了更好地理解和研究MOS 管的性能，我们需要对其进行仿真。

在这个过程中，MOS 管仿真参数模块扮演着至关重要的角色。

二、MOS 管的工作原理MOS 管主要由n 型或p 型半导体、金属导电层和氧化物绝缘层组成。

当栅极施加电压时，栅极与源极、漏极之间的半导体区域会形成一个导电通道，从而实现信号的传输。

MOS 管的性能参数主要包括输入电阻、输出电阻、跨导等。

三、MOS 管仿真参数模块的作用MOS 管仿真参数模块主要用于模拟MOS 管在不同工作条件下的性能参数，为研究人员提供便捷、高效的分析手段。

通过对MOS 管进行仿真，可以预测其在实际应用中的性能，为集成电路设计提供有力支持。

四、MOS 管仿真参数模块的构成MOS 管仿真参数模块主要包括以下几个部分：1.输入参数：包括栅极电压、源极电压、漏极电压等，用于设定MOS 管的工作状态。

2.输出参数：包括电流、电压等，用于描述MOS 管的性能。

3.模型：用于描述MOS 管的工作原理和性能参数之间的关系。

五、MOS 管仿真参数模块的应用实例在实际应用中，MOS 管仿真参数模块可以广泛应用于以下几个方面：1.电路设计：通过仿真MOS 管的性能参数，可以为电路设计提供参考依据。

2.集成电路研究：通过对MOS 管的性能进行深入研究，可以提高集成电路的性能和可靠性。

3.教育教学：通过MOS 管仿真参数模块，可以帮助学生更好地理解MOS 管的工作原理和性能特点。

MOS放大电路设计仿真与实现实验报告实验报告：MOS放大电路设计、仿真与实现一、实验目的本实验的主要目的是通过设计、仿真和实现MOS放大电路来加深对MOSFET的理解，并熟悉模拟电路的设计过程。

二、实验原理MOSFET是一种主要由金属氧化物半导体场效应管构成的电流驱动元件。

与BJT相比，MOSFET具有输入阻抗高、功率损耗小、耐电压高、尺寸小等优点。

在MOS放大电路中，可以采用共源共源极放大电路、共栅共栅极放大电路等不同的电路结构。

三、实验步骤1.根据实验要求选择合适的电路结构，并计算所需材料参数（参考已知电流源和负载阻抗）。

2.选择合适的MOS管，并仿真验证其工作参数。

3.根据仿真结果确定电路的放大倍数、频率响应等。

4.根据电路需求，设计电流源电路和源极/栅极电路。

5.仿真整个电路的性能，并调整参数以优化电路性能。

6.根据仿真结果确定电路的工作参数，并进行电路的实现。

7.通过实验测量电路性能，验证仿真结果的正确性。

8.对实验结果进行分析，总结实验的过程和经验。

四、实验设备和材料1.计算机及电子仿真软件。

2.实验电路板。

3.集成电路元器件（MOSFET、电阻等）。

4.信号发生器。

5.示波器。

6.万用表等实验设备。

五、实验结果与分析通过仿真和实验，可以得到MOS放大电路的电压增益、输入输出阻抗、频率响应等参数。

根据实验结果，可以验证设计的合理性，并进行参数调整优化。

在实际应用中，MOS放大电路被广泛应用于音频放大器、功率放大器、运算放大器等场合。

因为MOSFET具有较大输入阻抗，所以MOS放大电路可以在输入端直接连接信号源，而不需要额外的输入电阻。

此外，MOS放大电路的功率损耗较小，适用于各种功率要求不同的应用场合。

六、实验心得通过设计、仿真和实现MOS放大电路的实验，我更加深入地理解了MOSFET的原理和应用。

在实验过程中，我通过不断调整电路参数和元器件选择，逐步提高了电路的性能。

通过与实验结果的对比，我发现仿真和实验结果基本吻合，验证了仿真的准确性。

实验一、长沟道MOS管模拟设计模型仿真一、实验目的1．熟悉Hspice软件，使用MetaWaves 浏览波形。

2．学习使用Hspice进行复杂的功能仿真。

3．分析了解长沟道MOS管模型特性。

二、实验内容1、本实验通过利用长沟道模型（LEVEL1,LEVEL2,LEVEL3）写出下图共源共栅输出电路HSPICE网表。

使用Hspice进行功能仿真，使用MetaWaves 浏览波形。

2、在输出端加入一个电流源，分析当电流源从1微安渐变到-1微安时，MOS管M2的漏端电压，M4的栅-源电压随电流源变化而变化的曲线。

3、在输出端加入一个零伏电压源，分析当电流源从1微安渐变到-1微安时，M4的漏电流随电流源变化而变化的曲线。

三、实验步骤四个反相器构成的输出电路Hspice仿真的详细步骤1、选用1.2um CMOS工艺level II模型(Models.sp)MODEL NMOS NMOS LEVEL=2 LD=0.15U TOX=200.0E-10 VTO=0.74 KP=8.0E-05+NSUB=5.37E+15 GAMMA=0.54 PHI=0.6 U0=656 UEXP=0.157 UCRIT=31444+DELTA=2.34 VMAX=55261 XJ=0.25U LAMBDA=0.037 NFS=1E+12 NEFF=1.001+NSS=1E+11 TPG=1.0 RSH=70.00 PB=0.58+CGDO=4.3E-10 CGSO=4.3E-10 CJ=0.0003 MJ=0.66 CJSW=8.0E-10 MJSW=0.24.MODEL PMOS PMOS LEVEL=2 LD=0.15U TOX=200.0E-10 VTO=-0.74 KP=2.70E-05+NSUB=4.33E+15 GAMMA=0.58 PHI=0.6 U0=262 UEXP=0.324 UCRIT=65720+DELTA=1.79 VMAX=25694 XJ=0.25U LAMBDA=0.061 NFS=1E+12 NEFF=1.001+NSS=1E+11 TPG=-1.0 RSH=121.00 PB=0.64+CGDO=4.3E-10 CGSO=4.3E-10 CJ=0.0005 MJ=0.51 CJSW=1.35E-10 MJSW=0.242、设计HSPICE网表，根据模型参数、设计要求设定管子尺寸，写出共源共栅电流镜电路网表。

2002.5半导体器件4.61第四章MOSFET4.6 MOSFET 模型2002.5半导体器件4.624.6 MOSFET 模型本节内容MOSFET 模型简介MOS1和MOS2模型及模型参数介绍 电容模型（介绍Meyer 电容模型）模型参数提取2002.5半导体器件4.634.6.1 MOSFET 模型简介MOSFET 模型发展至今，已有五十多个模型。

下面简单介绍几个有代表性的模型：Level 1 ——MOS1模型（Shichman-Hodges 模型），该模型是Berkley SPICE 最早的MOST 模型，适用于精度要求不高的长沟道MOST 。

电容模型为Meyer 模型，不考虑电荷贮存效应Level 2 ——MOS2模型，该模型考虑了部分短沟道效应，电容模型为Meyer 模型或Ward-Dutton 模型。

Ward-Dutton 模型考虑了电荷贮存效应。

2002.5半导体器件4.644.6.1 MOSFET 模型简介Level 3 ——MOS3模型，为半经验模型，广泛用于数字电路设计中，适用于短沟道器件，对于沟道长度≥2µm 的器件所得模拟结果很精确。

BSIM 模型——B erkeley S hort-Channel I GFET M odel 。

BSIM 模型是专门为短沟道MOST 而开发的模型。

目前已经发展到BSIM4模型。

Level 4 ——BSIM1模型，适合于L ≈1µm ，t ox ≈15nm 的MOSFET 。

4.6.1 MOSFET 模型简介BSIM1模型考虑了小尺寸MOST 的二阶效应包括 垂直电场对载流子迁移率的影响； 速度饱和效应；DIBL （漏场感应势垒下降）效应； 电荷共享；离子注入器件的杂质非均匀分布； 沟道长度调制效应； 亚阈值导电；参数随几何尺寸的变化基本公式是萨方程的修正4.6.1 MOSFET 模型简介HSPICE Level 28 ——改进的BSIM1模型，适用于模拟电路设计，目前仍有广泛应用。

2013-03理论研究反相器是CMOS电路的基本电路单元。

它究竟是怎样工作的？它的输入输出特性又是怎样的？通过书本的介绍，学生可以有大致的了解。

为了增强学生的理解，传统上可以通过搭建实验装置加以验证。

然而实验装置依赖于设备，不易改变测试条件和元器件，其便捷性和灵活性受到限制。

借助于计算机技术和计算方法的发展，不需要任何实际的元器件和调试工具，就可以很方便地改变各种条件进行模拟分析。

1.什么是Spice设计电路系统的人员有时需要对系统中的部分电路作电流与电压关系的详细分析，此时需要做晶体管级仿真（电路级），这种仿真算法中所使用的电路模型都是最基本的元件和单管。

Spice（Simulation program with integrated circuit emphasis）是最为普遍的电路级模拟程序，各软件厂家提供如Hspice、Eldo、Spectre、Pspice、Smartspice等不同版本的spice软件，其仿真核心大同小异，都采用了由美国加州Berkeley大学开发的spice模拟算法。

Spice可对电路进行非线性直流分析、非线性瞬态分析和线性交流分析。

被分析的电路中的元件可包括有源器件（MOS管、三极管、二极管）、无源器件（电阻、电容、电感、互连线、传输线）。

2.Spice集成电路分析程序与MOSFET模型2.1HSpice中常用的几种MOSFET模型Level=1Shichman-HodgesLevel=2基于几何图形的分析模型Grove-Frohman Model（SPICE2G）Level=3半经验短沟道模型（SPICE2G）Level=49BSIM3V3➝BSIM，3rd，Version3Level=50Philips MOS92.2CMOS 反相器及其衍生电路图2G G SD DSM1M2O2GSD M3O2GDSSD34M5M4O31V DD=SVM6M75O4DSSD图1a静态负载的反相器图1b电阻负载的反相器图1cNMOS增强负载的反相器图1dPseudo-NMOS反相器图1是静态负载的CMOS反相器及其衍生电路。

实验六MOSFET直、交流特性参数测试及SPICE参数提取引言MOSFET的直流输入特性，直流输出特性，开启电压，直流导通电阻，漏源击穿电压，跨导和动态电阻是通常测试的主要电参数。

本实验介绍了三种测试方法，即用BJ-4815图示仪、万用表和PC机分别进行测试。

其中图示仪测量的特点是操作简便，迅速，结果直观，但测试精度不高。

用万用表测试，其特点是测试原理直观，精度较高，但人工采集数据量太大，结果不直观；而用PC机进行测试，其特点是测试速度极快，自动化程度高，结果直观，测试精度极高，其测试结果可打印输出，也可存盘保留，非常方便。

一、实验目的1 •通过实验加深理解MOSFET器件交、直流参数的物理意义。

2•了解MOSFET器件与双极晶体管工作原理的区别。

3•熟悉SPICE程序中MOS模型及其模型参数，学会提取MOS模型参数的方法。

二、实验原理1 •测试样品介绍：本实验的测试样品是集成电路TC4069,是不带驱动器的CMOS反相器，是G、D、S、B 端互相独立，并能引击的MOSFET （图1），其管脚排列图如图2 所示。

它提供了G、D、S 端互相独立且可从管脚引出的N沟和P沟的MOSFET由于CMOSIC中所有N管的S端，B端短接V ss，所有P管的S、B端短接V DD，因此，N管和P管均为V bs 0，用TC4069样品不能测试衬底调制效应。

2. MOSFET 的直流输人特性I DS 〜V GSMOSFET 是用栅电压控制漏源电流的器件。

固定一个漏源电压V DS ，可测得一条I DS 〜V GS 关系曲线，对应一组阶梯漏源电压测得一组直流输入特性曲线如 图3所示。

每条线均有三个区域，即截止区饱和区，非饱和区，曲线与轴交点 处V GS V T ，曲线中各点切线的斜率即为所对应的 V DS 和V GS 的跨导。

切线斜率越 大，跨导越大，MOSFET 的栅控能力越强。

从理论上讲在三个区域中应是：（以 N 沟增强管为例）⑴ VGSV T0，截止区：1DS 0，曲线与V GS 轴重合，跨导g m 0 ；⑵ 0VGSV T V DS ，饱和区,I DS K V GS V 2为二次曲线，跨导gm2K V GS V T ；⑶ VGSV TVDS，非饱和区， I DS K 2 V GS V V DS 为一次曲线，跨导g m 2K V DS ，用直流输入特性曲线可测得 MOSFET 在各工作点的跨导4 3 2 10叮F-ll il l —l-0514(TOP VIEW)图2图12cs1. V GS V DSI V T2. V GS V DS2V T3. V GS V DS3V T图33. MOSFET直流输出特性I DS〜V DSMOSFET直接输出特性是在某一固定的栅源电压下所得到I DS〜V DS关系曲线，相对一组阶梯栅源电压可测得一组输出特性曲线如图4所示。

MOS管相关仿真实验报告
一．MOS管共源放大电路仿真（基本要求）
电路如右图所示，
注意：1）设置静态工作点时，调整电位器Rp，使Vd为5~6V.
2）仿真时输出端必须接负载，否则会报错（可以将阻值设为很大的值来仿真开路情况）
放大电路仿真验证设计与仿真要求
(1)电路图
(2)静态工作点:ID、VGs、Vs
得ID=1.34862mA，VGs=2.16362V，Vs=1.41740V
(3)输入、输出电压波形,并计算电压增益A
即得电压增益为Av=45.4773
(4)幅频响应曲线:db((vo)(vs:+),测中频增益、上限频率fH和下限频率fL
如图，由图可知，测得中频增益为45.5854，上限频率fH=797.844kHz，下限频率fL=33.4688Hz (5)相频响应曲线:Vp(Vo)-p(vs:+)或p(V(vo)/Vvs:+))
(6)输入电阻的频率响应:Ri—V(v(i))/I(Vs)
(7)输出电阻的频率响应:Ro—V(V(o))/I(Vs)
(8)非线性失真现象
1)将Rp调整为最大值,做静态分析和瞬态分析,记录静态工作点和波形。

静态分析如下
瞬态分析如下
2)将Rp调整为最小值(不能为0,0是非法值),再做静态分析和瞬态分析,记录静态工作点和波形。

(如果发现没有失真,可以增大输入信号幅值。

)
静态分析如下
瞬态分析如下
由于此时失真不明显，故将输入振幅调至9V得到波形如下
得到明显失真图像。

选做部分
二．MOS管特性曲线仿真任务一：MOSFET输出特性曲线仿真
任务二：MOSFET转移特性曲线仿真。