Моделирование полупроводникового диода (стр. 1 )

Министерство образования Российской Федерации

Уральский государственный технический университет - УПИ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА

Методические указания по курсу " Компьютерный анализ электронных схем " для студентов всех форм обучения специальности 20.07 - Радиотехника

Екатеринбург 2001

УДК 621.396.6:681.3

Составитель

Научный редактор доц., канд. техн. наук

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА: Методические указания по курсу "Компьютерный анализ электронных схем”/. Екатеринбург: УПИ-УГТУ, 20с.

Методические указания содержат сведения о математической модели полупроводникового диода, используемой в пакетах прикладных программ PSpice, Micro-Cap, Electronics Workbench, OrCAD и др. при моделировании и анализе аналоговых радиоэлектронных устройств на схемотехническом этапе проектирования. Приведены нелинейные и линеаризованные схемы замещения с включением источников внутреннего шума; уравнения, описывающие статический и динамический режимы, влияние температуры; примеры описания моделей. Предназначены для использования в практических занятиях, лабораторном практикуме и курсовой работе по курсу "Автоматизированное проектирование радиоэлектронных устройств".

Указания рассчитаны на студентов всех форм обучения по специальности 20.07 - Радиотехника.

Библиогр.: 3 назв. Рис.14. Табл.1. Прил. 3.

Подготовлено кафедрой "Радиоэлектроника информационных систем".

© Уральский государственный

технический университет - УПИ, 2001

© Автор, 2001

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО

ДИОДА 4

1.1. Статический режим 7

1.2. Инерционные свойства диода 8

1.3. Линеаризованная схема замещения 9

1.4. Температурные зависимости параметров 9

1.5. Скалярный множитель Area 10

2. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ SPICE-МОДЕЛИ

ДИОДА С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ PARTS 10

3. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ SPICE-МОДЕЛИ

ДИОДА С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ PSPICE MODEL EDITOR 15

4. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ SPICE-МОДЕЛИ

ДИОДА С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ MODEL СИСТЕМЫ

MICRO-CAP V 17

5. ЗАДАНИЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 21

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 21

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 21

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Исходные данные для идентификации

spice-параметров диодов 22

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Команды программы Parts 5.1 24

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Команды программы Model Micro-Cap V 25

ВВЕДЕНИЕ

При автоматизированном схемотехническом проектировании радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) необходимо знание математических моделей типовых компонентов - резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, диодов, транзисторов, интегральных микросхем и т. д. Достоверность результатов расчета и анализа в значительной мере определяется точностью используемых моделей компонентов и прежде всего активных электронных приборов. Выбор той или иной модели представляет собой процесс разрешения противоречия между точностью (сложностью) модели и экономичностью относительно вычислительных ресурсов (процессорного времени, памяти) и целиком определяется знанием, опытом, инженерной интуицией разработчика РЭА. В последующих разделах данных методических указаний подробно описана базовая модель полупроводникового диода, используемая в пакетах прикладных программ PSpice, Micro-Cap, Electronics Workbench, OrCAD и др. В ряде практически важных случаев необходимых для автоматизированного схемотехнического проектирования РЭА сведений о параметрах отечественных радиокомпонентов в широко распространенной справочной литературе недостаточно. Это обусловлено ориентацией большинства справочных источников на ручные методы проектирования РЭА. В этих случаях проектирование начинается с определения параметров моделей необходимых компонентов, например, по результатам экспериментальных исследований последних или по данным, приведенным в справочной литературе. Поскольку для экспериментальных исследований требуется приборная база и представительная выборка компонентов, а справочники более доступны, поэтому более предпочтительным является подход, суть которого состоит в следующем. На первом этапе по справочным данным с помощью программы PARTS определяются параметры pspice-модели необходимого полупроводникового компонента. Поскольку требуемых для PARTS сведений в справочниках не достаточно, причем некоторые из них можно оценить весьма приближенно, и, наконец, в силу нелинейности решаемых при этом уравнений полученные параметры spice-модели являются приближенными. На втором этапе осуществляется доводка полученных параметров (параметрическая оптимизация).

1. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО

ДИОДА [1]

На входном языке программы PSpice полупроводниковый диод описывается предложением (строкой, картой)

D<имя> <узел анода> <узел катода> <имя модели> [множитель Area]

Форма описания модели

.МODEL <имя модели> D[параметры модели]

Пример:

D1D220А

.MODEL D220A D IS=100N RS=6.38 N=2.2 CJO=164.5P TT=1.3N M=0.33 +VJ=0.65 BV=400 IBV=10P

Схема замещения полупроводникового диода (рис.1) состоит из идеального диода, изображенного в виде нелинейного зависимого источника тока I(V), емкости р – n - перехода С(V) и объемного сопротивления базы RS. Список параметров математической модели диода приведен в табл. 1.

Таблица 1

Имя параметра	Параметр	Значение по умолчанию	Единица измерения
IS	Ток насыщения при номинальной температуре (тепловой диффузионный ток)	10-14	А
RS	Объемное сопротивление базы	0	Ом
N	Коэффициент неидеальности тока насыщения	1	-
ISR	Тепловой ток рекомбинации	0	А
NR	Коэффициент неидеальности тока рекомбинации	2	-
IKF	Ток перегиба ВАХ при высокой инжекции	¥	А
TT	Время переноса (пролета) заряда	0	С
CJO	Барьерная емкость р-n перехода при нулевом смещении	0	Ф
VJ	Контактная разность потенциалов (высота потенциального барьера)	1	В
M FC	Коэффициенты аппроксимации зависимости барьерной емкости от напряжения на р-n переходе	0,5 0,5	- -
EG	Ширина запрещенной зоны полупроводника	1,11	эВ
BV	Напряжение обратного пробоя (положительная величина)	¥	В
IBV	Начальный ток пробоя, соответствующий напряжению BV (положительная величина)	10-10	А
NBV	Коэффициент неидеальности тока пробоя	1	-
IBVL	Начальный ток пробоя низкого уровня	0	А
NBVL	Коэффициент неидеальности тока пробоя низкого уровня	1	-

Окончание табл. 1

XTI	Температурный коэффициент IS	3	-
TIKF	Температурный коэффициент IKF	0	°С-1
TBV1	Линейный температурный коэффициент BV	0	°С-1
TBV2	Квадратичный температурный коэффициент BV	0	°С-2
TRS1	Линейный температурный коэффициент RS	0	°С-1
TRS2	Квадратичный температурный коэффициент RS	0	°С-2
KF	Коэффициент фликкер-шума	0	-
AF	Показатель степени в формуле фликкер-шума	1	-
Т_MEASURD5	Температура измерения	0	°С
Т_ABS5)	Абсолютная локальная температура	0	°С
Т_REL_ GLOBAL5)	Разность локальной и текущей температур	0	°С
Т_REL_ LOCAL5)	Разность температур моделируемого диода и диода-прототипа	0	°С

5) – для версий PSpice 5.3 и старше.