N-канал JFET

Полевой транзистор соединения N-канала

Библиотека

Simscape / Электрический / Semiconductors & Converters

Описание

Блок N-Channel JFET использует уравнения Шичмена и Ходжеса, чтобы представлять N-Channel JFET с помощью модели со следующей структурой:

G является транзисторным логическим элементом, D является транзисторным дренажом, и S является транзисторным источником. Текущий дренаж, I D, зависит от области операции и действует ли транзистор в нормальном или обратном режиме.

  • В режиме normal mode (V DS ≥ 0), блок обеспечивает следующее отношение между дренажом текущий I D и напряжением источника дренажа V DS.

    ОбластьПрименимая область значений GS V и V значения DSСоответствующий I D уравнение

    'off'

    GS V – V t0  0

    I D = 0

    Линейный

    0 <V DS <GS V – V T0

    I D = β V DS (2 (GS V – V T0) – V DS) (1 + λ V DS)

    Влажный

    0 <GS V – V t0  V DS

    I D = β (GS V – V T0) 2 (1 + λ V DS)

  • В обратном режиме (V DS <0), блок обеспечивает следующее отношение между дренажом текущий I D и напряжением источника дренажа V DS.

    ОбластьПрименимая область значений GS V и V значения DSСоответствующий I D уравнение

    'off'

    V GD – V t0  0

    I D = 0

    Линейный

    0 <–VDS <V GD – V t0

    I D = β V DS (2 (V GD – V T0) + V DS) (1 – λ V DS)

    Влажный

    0 <V GD – V t0 -Vds

    I D = β (V GD – V T0) 2 (1 – λ V DS)

В предыдущих уравнениях:

  • VGS является напряжением источника логического элемента.

  • VGD является напряжением дренажа логического элемента.

  • Vt0 является пороговым напряжением. Если вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization, V t0 является значением параметров Threshold voltage. В противном случае блок вычисляет Vt0 от параметров таблицы данных, которые вы задаете.

  • β является параметром активной межэлектродной проводимости. Если вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization, β является значением параметров Transconductance parameter. В противном случае блок вычисляет β от параметров таблицы данных, которые вы задаете.

  • λ является параметром модуляции длины канала. Если вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization, λ является значением параметров Channel-length modulation. В противном случае блок вычисляет λ от параметров таблицы данных, которые вы задаете.

Токи в каждом из диодов удовлетворяют экспоненциальному диодному уравнению

IGD=IS⋅(eqVGDkTm1−1)

IGS=IS⋅(eqVGSkTm1−1)

где:

  • IS является текущим насыщением. Если вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization, IS является значением параметров Saturation current. В противном случае блок вычисляет IS от параметров таблицы данных, которые вы задаете.

  • q является элементарным зарядом на электроне (1.602176e–19 Кулоны).

  • k является Постоянная Больцмана (1.3806503e–23 J/K).

  • Tm1 является температурой измерения. Значение прибывает из параметра Measurement temperature.

Модели блока пропускают емкость перехода как фиксированную емкость затвор-сток CGD и фиксированную емкость затвор-исток CGS. Если вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization, вы задаете эти значения непосредственно с помощью параметров Gate-source junction capacitance и Gate-drain junction capacitance. В противном случае блок выводит их от значений параметров Reverse transfer capacitance Crss и Input capacitance Ciss. Эти две параметризации связана можно следующим образом:

  • CGD = Crss

  • CGS = Ciss – Crss

Моделирование температурной зависимости

Поведение по умолчанию состоит в том, что зависимость от температуры не моделируется, и устройство моделируется при температуре, для которой вы обеспечиваете параметры блоков. Можно опционально включать моделирование зависимости транзистора статическое поведение на температуре во время симуляции. Температурная зависимость емкостей перехода не моделируется, этот являющийся намного меньшим эффектом.

Когда включая температурную зависимость, транзисторные уравнения определяющего остаются то же самое. Значение температуры измерения, Tm1, заменяется температурой симуляции, Ts. Активная межэлектродная проводимость, β, и пороговое напряжение, Vt0, становится функцией температуры согласно следующим уравнениям:

βTs=βTm1(TsTm1)BEX

Vt0s = Vt01 + α (Ts – Tm1)

где:

  • Tm1 является температурой, при которой параметры транзистора заданы, как задано значением параметров Measurement temperature.

  • Ts является температурой симуляции.

  • βTm1 является активной межэлектродной проводимостью JFET при температуре измерения.

  • βTs является активной межэлектродной проводимостью JFET при температуре симуляции. Это - значение активной межэлектродной проводимости, используемое в уравнениях JFET, когда температурная зависимость моделируется.

  • Vt01 является пороговым напряжением при температуре измерения.

  • Vt0s является пороговым напряжением при температуре симуляции. Это - пороговое значение напряжения, используемое в уравнениях JFET, когда температурная зависимость моделируется.

  • BEX является экспонентой температуры мобильности. Типичное значение BEX-1.5.

  • α является пороговым коэффициентом температуры напряжения логического элемента, d Vth/dT.

Для большей части JFETS можно использовать значение по умолчанию -1.5 для BEX. Некоторые таблицы данных заключают значение в кавычки для α, но как правило они обеспечивают температурную зависимость для влажного текущего дренажа, I_dss. В зависимости от метода параметризации блока у вас есть два способа задать α:

  • Если вы параметризовали блок от таблицы данных, необходимо обеспечить I_dss при второй температуре измерения. Блок затем вычисляет значение для α на основе этих данных.

  • Если вы параметризовали путем определения параметров уравнения, необходимо обеспечить значение для α непосредственно.

Если у вас есть больше данных, включающих дренаж, текущий как функция напряжения источника логического элемента для фиксированного напряжения источника дренажа, построенного при больше чем одной температуре, то можно также использовать программное обеспечение Simulink® Design Optimization™, чтобы помочь настроить значения для α и BEX.

Кроме того, насыщение текущий термин, IS, в дренаже логического элемента и источнике логического элемента текущие уравнения зависит от температуры

ISTs=ISTm1⋅(Ts/Tm1)XTI⋅exp(−EGkTs(1−Ts/Tm1))

где:

  • ISTm1 является насыщением, текущим при температуре измерения.

  • ISTs является насыщением, текущим при температуре симуляции. Это - текущее значение насыщения, используемое в уравнениях биполярного транзистора, когда температурная зависимость моделируется.

  • EG является энергетическим кризисом.

  • k является Постоянная Больцмана (1.3806503e–23 J/K).

  • XTI является насыщением текущая температурная экспонента.

Подобно α у вас есть два способа задать EG и XTI:

  • Если вы параметризовали блок от таблицы данных, необходимо задать текущий реверс логического элемента, I_gss, при второй температуре измерения. Блок затем вычисляет значение для EG на основе этих данных и принятия p-n номинальной стоимости соединения 3 для XTI.

  • Если вы параметризовали путем определения параметров уравнения, необходимо обеспечить значения для EG и XTI непосредственно. Эта опция дает вам наибольшую гибкость, чтобы совпадать с поведением устройства, например, если у вас есть график I_gss как функция температуры. С этими данными можно использовать программное обеспечение Simulink Design Optimization, чтобы помочь настроить значения для EG и XTI.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы представить тепловой порт, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели, и затем из контекстного меню выбирают Simscape> Block choices> Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и представляет параметры Thermal Port.

Используйте тепловой порт, чтобы моделировать эффекты выработанного тепла и температуры устройства. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов и на параметрах Thermal Port, смотрите Термальные эффекты Симуляции в Полупроводниках.

Предположения и ограничения

  • Этот блок не позволяет вам задавать начальные условия на емкостях перехода. Если вы выбираете опцию Start simulation from steady state в Блоке Configuration Решателя, блок решает начальные напряжения, чтобы быть сопоставимым с расчетным устойчивым состоянием. В противном случае напряжения являются нулем в начале симуляции.

  • Вы, возможно, должны использовать ненулевые омические значения сопротивления и емкости перехода, чтобы предотвратить числовые проблемы симуляции, но симуляция может запуститься быстрее с этими обнуленными значениями.

  • Блок не составляет температурно-зависимые эффекты на емкости перехода.

  • Когда вы задаете I_dss при второй температуре измерения, он должен быть заключен в кавычки для той же рабочей точки (то есть, тот же текущий дренаж и напряжение источника логического элемента) что касается значения I_dss на вкладке Main. Противоречивые значения для I_dss при более высокой температуре приведут к нефизическим значениям для α и нетипичных результатов симуляции.

  • Вы, возможно, должны настроить значение BEX, чтобы реплицировать отношение D-VGS I (при наличии) для данного устройства. Значение BEX влияет, пересекают ли кривые D-VGS I для различных температур друг друга, или нет, для областей значений I D, и GS V рассмотрел.

Порты

G

Электрический порт сохранения сопоставлен с транзисторным выводом затвора

D

Электрический порт сохранения, сопоставленный с транзистором, истощает терминал

S

Электрический порт сохранения сопоставлен с транзисторным исходным терминалом

Параметры

Основной

Parameterization

Выберите один из следующих методов для параметризации блока:

  • Specify from a datasheet — Обеспечьте параметры, которые блок преобразовывает в уравнения, которые описывают транзистор. Это - метод по умолчанию.

  • Specify using equation parameters directly — Предоставьте параметрам уравнения β, IS, V t0 и λ.

Gate reverse current, I_gss

Противоположный ток, который течет в диоде, когда дренаж и источник закорачиваются и большое отрицательное напряжение источника логического элемента, применяется. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization. Значение по умолчанию является -1 nA.

Saturated drain current, I_dss

Ток, который течет, когда большое положительное напряжение источника дренажа применяется для заданного напряжения источника логического элемента. Для устройства режима истощения это напряжение источника логического элемента может быть нулем, в этом случае I_dss может упоминаться как текущий дренаж нулевого напряжения затвора. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization. Значение по умолчанию является мА 3.

I_dss measurement point, [V_gs V_ds]

Вектор значений GS V и V DS, в котором измеряется I_dss. Обычно GS V является нулем. V DS должен быть больше, чем нуль. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является [ 0 15 ] V.

Small-signal parameters, [g_fs g_os]

Вектор значений g_fs и g_os. g_fs является прямой проводимостью передачи, то есть, проводимостью для фиксированного напряжения источника дренажа. g_os является выходной проводимостью, то есть, проводимостью для фиксированного напряжения источника логического элемента. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является [ 3e+03 10 ] нас.

Small-signal measurement point, [V_gs V_ds]

Вектор значений GS V и V DS, в котором измеряются g_fs и g_os. V DS должен быть больше, чем нуль. Для устройств режима истощения GS V обычно является нулем. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является [ 0 15 ] V.

Transconductance parameter

Производная дренажа, текущего относительно напряжения затвора. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization. Значение по умолчанию является 1e-04 A/V2.

Saturation current

Значение тока, к которому идеальное диодное уравнение приближается асимптотически для очень больших уровней обратного смещения. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является 1e-14 A.

Threshold voltage

Напряжение источника логического элемента, выше которого транзистор производит ненулевой текущий дренаж. Для устройства улучшения Vt0 должен быть положительным. Для устройства режима истощения Vt0 должен быть отрицательным. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является -2 V.

Channel-length modulation

Модуляция длины канала. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является 0 1/против.

Measurement temperature

Температура, для которой заключаются в кавычки параметры таблицы данных. Значением по умолчанию является 25 °C.

Омическое сопротивление

Source ohmic resistance

Транзисторное исходное сопротивление. Значение по умолчанию является Омом 1e-4. Значение должно быть больше, чем или равным 0.

Drain ohmic resistance

Транзисторное сопротивление дренажа. Значение по умолчанию является Омом 0.01. Значение должно быть больше, чем или равным 0.

Емкость перехода

Parameterization

Выберите один из следующих методов для параметризации блока:

  • Specify from a datasheet — Обеспечьте параметры, которые блок преобразовывает в значения емкости перехода. Это - метод по умолчанию.

  • Specify using equation parameters directly — Обеспечьте параметры емкости перехода непосредственно.

Input capacitance, Ciss

Емкость затвор-исток с дренажом, закороченным к источнику. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Model junction capacitance. Значением по умолчанию является 4.5 pF.

Reverse transfer capacitance, Crss

Емкость логического элемента дренажа с источником, соединенным с землей. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Model junction capacitance. Значением по умолчанию является 1.5 pF.

Gate-source junction capacitance

Значение емкости помещается между логическим элементом и источником. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Model junction capacitance. Значением по умолчанию является 3 pF.

Gate-drain junction capacitance

Значение емкости помещается между логическим элементом и дренажом. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Model junction capacitance. Значением по умолчанию является 1.5 pF.

Температурная зависимость

Parameterization

Выберите один из следующих методов для температурной параметризации зависимости:

  • None — Simulate at parameter measurement temperature — Температурная зависимость не моделируется. Это - метод по умолчанию.

  • Model temperature dependence — Образцовые температурно-зависимые эффекты. Также необходимо обеспечить набор дополнительных параметров в зависимости от метода параметризации блока. Если вы параметризовали блок от таблицы данных, необходимо обеспечить значения для I_gss и I_dss при второй температуре измерения. Если вы параметризовали путем прямого определения параметров уравнения, необходимо обеспечить значения для EG, XTI и порогового коэффициента температуры напряжения логического элемента, d Vt0/dT. Независимо от метода параметризации блока также необходимо обеспечить значения для BEX и для температуры симуляции, T s.

Gate reverse current, I_gss, at second measurement temperature

Значение текущего реверса логического элемента, I_gss, при второй температуре измерения. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization на вкладке Main. Это должно быть заключено в кавычки для той же рабочей точки (высушите текущий и напряжение источника логического элемента) как параметр Drain-source on resistance, R_DS(on) на вкладке Main. Значение по умолчанию является -200 nA.

Saturated drain current, I_dss, at second measurement temperature

Значение влажного текущего дренажа, I_dss, при второй температуре измерения, и когда точка измерения I_dss эквивалентна заданный параметром I_dss measurement point, [V_gs V_ds] на вкладке Main. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization на вкладке Main. Значение по умолчанию является мА 2.5.

Second measurement temperature

Второй температурный Tm2, в котором измеряются Gate reverse current, I_gss, at second measurement temperature и Saturated drain current, I_dss, at second measurement temperature. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization на вкладке Main. Значением по умолчанию является 125 °C.

Energy gap, EG

Значение энергетического кризиса. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization на вкладке Main. Значением по умолчанию является 1.11 eV.

Saturation current temperature exponent, XTI

Насыщение текущее температурное содействующее значение. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization на вкладке Main. Значением по умолчанию является 3.

Gate threshold voltage temperature coefficient, dVt0/dT

Скорость изменения порогового напряжения логического элемента с температурой. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization на вкладке Main. Значение по умолчанию является -6 mV/K.

Mobility temperature exponent, BEX

Содействующее значение температуры мобильности. Можно использовать значение по умолчанию для большей части JFETs. Смотрите раздел Assumptions и Limitations для дополнительных факторов. Значением по умолчанию является -1.5.

Device simulation temperature

Температурный Ts, в котором моделируется устройство. Значением по умолчанию является 25 °C.

Ссылки

[1] Х. Шичмен и Д. А. Ходжес, Моделирование и симуляция переключающих схем полевого транзистора с изолированным затвором. IEEE J. Твердотельные схемы, SC-3, 1968.

[2] Г. Массобрио и П. Антоньетти. Полупроводниковое моделирование устройства с SPICE. 2-й выпуск, McGraw-Hill, 1993. Глава 2.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Темы

Введенный в R2008a

Документация Simscape Electrical
Поддержка
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте