Фотодиод

Фотодиод с инцидентным входным портом потока

Библиотека

Simscape / Электрический / Sensors & Transducers

Описание

Блок Photodiode представляет фотодиод как управляемый текущий источник и экспоненциальный диод, соединенный параллельно. Управляемый текущий источник производит текущий Ip, который пропорционален излучающей плотности потока:

Ip = DeviceSensitivity · RadiantFluxDensity

где:

  • DeviceSensitivity является отношением тока, произведенного для инцидентной излучающей плотности потока.

    • Если вы выбираете Specify measured current for given flux density для параметра Sensitivity parameterization, блок вычисляет эту переменную путем преобразования значения параметров Measured current в модули амперов и деления его на значения параметров Flux density.

    • Если вы выбираете Specify current per unit flux density для параметра Sensitivity parameterization, эта переменная задана значением параметров Device sensitivity.

  • RadiantFluxDensity является инцидентной излучающей плотностью потока.

Чтобы смоделировать динамическое время отклика, используйте параметр Junction capacitance, чтобы включать диодную емкость перехода в модель.

Экспоненциальная диодная модель обеспечивает следующее отношение между диодом, текущим я и диодным напряжением V:

I=IS⋅(eqVNkTm1−1)

где:

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

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

  • N является коэффициентом эмиссии.

  • IS является текущим насыщением, который равен значению параметров Dark current.

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

Когда (q V / N k Tm1)> 80, замены блока eqVNkTm1 с (q V / N k Tm1 – 79) e80, который совпадает с градиентом диода, текущего в (q V / N k Tm1) = 80, и экстраполирует линейно. Когда (q V / N k Tm1) <–79, замены блока eqVNkTm1 с (q V / N k Tm1 + 80) электронный 79, который также совпадает с градиентом и экстраполирует линейно. Типичные электрические схемы не достигают этих экстремумов. Блок обеспечивает эту линейную экстраполяцию, чтобы помочь сходимости при решении для ограничений во время симуляции.

Когда вы выбираете Use dark current and N для параметра Diode parameterization, вы задаете диод с точки зрения параметров Emission coefficient N и Dark current. Когда вы выбираете Use dark current plus a forward bias I-V data point для параметра Diode parameterization, вы задаете параметр Dark current и напряжение и текущую точку измерения на диоде кривая I-V. Блок вычисляет N от этих значений можно следующим образом:

N=VF/(Vtжурнал(IF/IS+1))

где:

  • VF является значением параметров Forward voltage VF.

  • Vt = k Tm1 / q.

  • IF является значением параметров Current IF at forward voltage VF.

Экспоненциальная диодная модель предоставляет возможность включать емкость перехода:

  • Когда вы выбираете Fixed or zero junction capacitance для параметра Junction capacitance, емкость фиксируется.

  • Когда вы выбираете Use parameters CJO, VJ, M & FC для параметра Junction capacitance, блок использует коэффициенты CJO, VJ, M и FC, чтобы вычислить емкость перехода, которая зависит от напряжения на переходе.

  • Когда вы выбираете Use C-V curve data points для параметра Junction capacitance, блок использует три значения емкости на кривой емкости C-V, чтобы оценить CJO, VJ и M и использует эти значения с заданным значением FC, чтобы вычислить емкость перехода, которая зависит от напряжения на переходе. Блок вычисляет CJO, VJ и M можно следующим образом:

    • CJ0=C1((VR2−VR1)/(VR2−VR1(C2/C1)−1/M))M

    • VJ=−(−VR2(C1/C2)−1/M+VR1)/(1−(C1/C2)−1/M)

    • M=журнал(C3/C2)/журнал(VR2/VR3)

    где:

    • VR1, VR2 и VR3 являются значениями в векторе Reverse bias voltages [VR1 VR2 VR3].

    • C1, C2 и C3 являются значениями в векторе Corresponding capacitances [C1 C2 C3].

    Не возможно оценить FC надежно от сведенных в таблицу данных, таким образом, необходимо задать его значение с помощью параметра Capacitance coefficient FC. В отсутствие подходящих данных для этого параметра используйте типичное значение 0,5.

    Напряжения обратного смещения (заданный как положительные значения) должны удовлетворить VR3> VR2> VR1. Это означает, что емкости должны удовлетворить C1> C2> C3, когда обратное смещение расширяет область истощения и следовательно уменьшает емкость. Нарушение этих неравенств приводит к ошибке. Напряжения VR2 и VR3 должны хорошо быть вдали от потенциала Соединения VJ. Напряжение VR1 должно быть меньше, чем потенциал Соединения VJ с типичным значением для VR1, являющегося 0,1 В.

Зависимое напряжением соединение задано с точки зрения устройства хранения данных заряда конденсатора Qj как:

  • Для V <FC · VJ:

    Qj=CJ0⋅(VJ/(M−1))⋅((1−V/VJ)1−M−1)

  • Для V ≥ FC · VJ:

    Qj=CJ0⋅F1+(CJ0/F2)⋅(F3⋅(V−FC⋅VJ)+0.5(M/VJ)⋅(V2−(FC⋅VJ)2))

где:

  • F1=(VJ/(1−M))⋅(1−(1−FC)1−M))

  • F2=(1−FC)1+M))

  • F3=1−FC⋅(1+M)

Эти уравнения эквивалентны используемый в [2], за исключением того, что температурная зависимость VJ и FC не моделируется. Эта модель не включает термин емкости диффузии, который влияет на производительность для приложений переключения высокой частоты.

Блок Photodiode содержит несколько опций для моделирования зависимости диодного отношения текущего напряжения на температуре во время симуляции. Температурная зависимость емкости перехода не моделируется, этот являющийся намного меньшим эффектом. Для получения дополнительной информации смотрите Диодную страницу с описанием.

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.

Переменные

Используйте раздел Variables интерфейса блока, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для основных переменных до симуляции. Для получения дополнительной информации смотрите Приоритет Набора и Начальную Цель для Основных переменных (Simscape).

Предположения и ограничения

  • Когда вы выбираете Use dark current plus a forward bias I-V curve data point для параметра Diode parameterization, выбираете напряжение около диодного поворота - на напряжении. Обычно это будет в диапазоне от 0,05 до 1 вольта. Используя значение за пределами этой области может привести к плохой оценке для N.

  • 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.

Порты

D

Физический порт, представляющий инцидентный поток

+

Электрический порт сохранения сопоставил с диодом положительный терминал

-

Электрический порт сохранения сопоставил с диодом отрицательный терминал

Параметры

Основной

Sensitivity parameterization

Выберите один из следующих методов для параметризации чувствительности:

  • Specify measured current for given flux density — Задайте измеренный ток и соответствующую плотность потока. Это - метод по умолчанию.

  • Specify current per unit flux density — Задайте чувствительность устройства непосредственно.

Measured current

Ток использование блока, чтобы вычислить чувствительность устройства. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify measured current for given flux density для параметра Sensitivity parameterization. Значением по умолчанию является 25 µA.

Flux density

Плотность потока использование блока, чтобы вычислить чувствительность устройства. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify measured current for given flux density для параметра Sensitivity parameterization. Значение по умолчанию является 5 W/m2.

Device sensitivity

Ток на модульную плотность потока. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify current per unit flux density для параметра Sensitivity parameterization. Значение по умолчанию является 5e-06 m2*A/W.

Diode parameterization

Выберите один из следующих методов для диодной параметризации модели:

  • Use dark current plus a forward bias I-V data point — Задайте темный ток и точку на диоде кривая I-V. Это - метод по умолчанию.

  • Use dark current and N — Задайте темный ток и коэффициент эмиссии.

Current I1

Ток в прямосмещенной точке на диоде кривая I-V, что использование блока, чтобы вычислить IS и N. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Use dark current plus a forward bias I-V data point для параметра Diode parameterization. Значением по умолчанию является 0.1 A.

Voltage V1

Соответствующее напряжение в прямосмещенной точке на диоде кривая I-V, что использование блока, чтобы вычислить IS и N. Этот параметр только видим, когда вы выбираете и Use dark current plus a forward bias I-V data point для параметра Diode parameterization. Значением по умолчанию является 1.3 V.

Dark current

Ток через диод, когда это не представлено свету. Значением по умолчанию является 5e-9 A.

Emission coefficient, N

Диодный коэффициент эмиссии или фактор идеальности. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Use dark current and N для параметра Diode parameterization. Значением по умолчанию является 3.

Ohmic resistance, RS

Серийное диодное сопротивление связи. Значением по умолчанию является 0.1 Ω.

Measurement temperature

Температура, при которой были измерены кривая I-V или темный ток. Значением по умолчанию является 25 °C.

Емкость перехода

Junction capacitance

Выберите одну из следующих опций для моделирования емкости перехода:

  • Fixed or zero junction capacitance — Смоделируйте емкость перехода как фиксированное значение.

  • Use C-V curve data points — Задайте результаты измерений в трех точках на диоде кривая C-V.

  • Use parameters CJ0, VJ, M & FC — Задайте емкость перехода нулевого смещения, потенциал соединения, градуируя коэффициент и коэффициент емкости истощения прямого смещения.

Zero-bias junction capacitance, CJ0

Значение емкости помещается параллельно с экспоненциальным диодным термином. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Fixed or zero junction capacitance или Use parameters CJ0, VJ, M & FC для параметра Junction capacitance. Значением по умолчанию является 60 pF. Когда вы выбираете Fixed or zero junction capacitance для параметра Junction capacitance, значение нуля не использует емкость перехода.

Reverse bias voltages [VR1 VR2 VR3]

Вектор значений напряжения обратного смещения в трех точках на диоде кривая C-V, что использование блока, чтобы вычислить CJ0, VJ и M. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Use C-V curve data points для параметра Junction capacitance. Значением по умолчанию является [ 0.1 10 100 ] V.

Corresponding capacitances [C1 C2 C3]

Вектор значений емкости в трех точках на диоде кривая C-V, что использование блока, чтобы вычислить CJ0, VJ и M. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Use C-V curve data points для параметра Junction capacitance. Значением по умолчанию является [ 45 30 6 ] pF.

Junction potential, VJ

Потенциал соединения. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Use parameters CJ0, VJ, M & FC для параметра Junction capacitance. Значением по умолчанию является 1 V.

Grading coefficient, M

Коэффициент классификации. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Use parameters CJ0, VJ, M & FC для параметра Junction capacitance. Значением по умолчанию является 0.5.

Capacitance coefficient, FC

Подходящий коэффициент, который определяет количество уменьшения емкости истощения с приложенным напряжением. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Use C-V curve data points или Use parameters CJ0, VJ, M & FC для параметра Junction capacitance. Значением по умолчанию является 0.5.

Температурная зависимость

Parameterization

Выберите один из следующих методов для температурной параметризации зависимости:

  • None — Simulate at parameter measurement temperature — Температурная зависимость не моделируется, или модель моделируется при температуре измерения Tm1 (как задано параметром Measurement temperature на вкладке Main). Это - метод по умолчанию.

  • Use an I-V data point at second measurement temperature T2 — Если вы выбираете эту опцию, вы задаете вторую температуру измерения Tm2, и текущие значения и значения напряжения при этой температуре. Модель использует эти значения, наряду со значениями параметров при первой температуре измерения Tm1, чтобы вычислить значение энергетического кризиса.

  • Specify saturation current at second measurement temperature T2 — Если вы выбираете эту опцию, вы задаете вторую температуру измерения Tm2 и текущее значение насыщения при этой температуре. Модель использует эти значения, наряду со значениями параметров при первой температуре измерения Tm1, чтобы вычислить значение энергетического кризиса.

  • Specify the energy gap EG — Задайте значение энергетического кризиса непосредственно.

Current I1 at second measurement temperature

Задайте диод текущее значение I1, когда напряжением будет V1 при второй температуре измерения. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Use an I-V data point at second measurement temperature T2 для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является 0.07 A.

Voltage V1 at second measurement temperature

Задайте диодное напряжение значение V1, когда током будет I1 при второй температуре измерения. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Use an I-V data point at second measurement temperature T2 для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является 1.3 V.

Saturation current, IS, at second measurement temperature

Задайте насыщение текущее значение IS при второй температуре измерения. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify saturation current at second measurement temperature T2 для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является 2.5e-7 A.

Second measurement temperature

Задайте значение для второй температуры измерения. Этот параметр только видим, когда вы выбираете either Use an I-V data point at second measurement temperature T2 или Specify saturation current at second measurement temperature T2 для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является 125 °C.

Energy gap parameterization

Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify the energy gap EG для параметра Parameterization. Это позволяет вам выбрать значение для энергетического кризиса из списка предопределенных опций или задать пользовательское значение:

  • Use nominal value for silicon (EG=1.11eV) — Это значение по умолчанию.

  • Use nominal value for 4H-SiC silicon carbide (EG=3.23eV)

  • Use nominal value for 6H-SiC silicon carbide (EG=3.00eV)

  • Use nominal value for germanium (EG=0.67eV)

  • Use nominal value for gallium arsenide (EG=1.43eV)

  • Use nominal value for selenium (EG=1.74eV)

  • Use nominal value for Schottky barrier diodes (EG=0.69eV)

  • Specify a custom value — Если вы выбираете эту опцию, параметр Energy gap, EG, кажется, в диалоговом окне, позволяет вам задать пользовательское значение для EG.

Energy gap, EG

Задайте пользовательское значение для энергетического кризиса, EG. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify a custom value для параметра Energy gap parameterization. Значением по умолчанию является 1.11 eV.

Saturation current temperature exponent parameterization

Выберите одну из следующих опций, чтобы задать насыщение текущее температурное значение экспоненты:

  • Use nominal value for pn-junction diode (XTI=3) — Это значение по умолчанию.

  • Use nominal value for Schottky barrier diode (XTI=2)

  • Specify a custom value — Если вы выбираете эту опцию, параметр Saturation current temperature exponent, XTI, кажется, в диалоговом окне, позволяет вам задать пользовательское значение для XTI.

Saturation current temperature exponent, XTI

Задайте пользовательское значение для насыщения текущая температурная экспонента, XTI. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify a custom value для параметра Saturation current temperature exponent parameterization. Значением по умолчанию является 3.

Device simulation temperature

Задайте значение для температурного Ts, в котором должно быть моделировано устройство. Значением по умолчанию является 25 °C.

Ссылки

[1] MH. Ахмед и П.Дж. Спридбери. Аналоговая и цифровая электроника для инженеров. 2-й Выпуск, издательство Кембриджского университета, 1984.

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

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