SPICE NJFET

Совместимый со SPICE N-канал JFET

Библиотека:
Simscape / Электрический / Дополнительные Компоненты / Полупроводники SPICE

Описание

Блок SPICE NJFET представляет совместимый со SPICE Полевой транзистор соединения N-канала (NJFET). Если напряжение применилось к порту логического элемента, gx, меньше, напряжение применилось к исходному порту, sx, ток между исходным портом и портом дренажа, dx, уменьшаются.

SPICE или Программа Симуляции с Акцентом Интегральной схемы, является инструментом симуляции для электронных схем. Можно преобразовать некоторые подсхемы SPICE в эквивалентные модели Simscape™ Electrical™ с помощью блока Environment Parameters и совместимых со SPICE блоков из библиотеки Additional Components. Для получения дополнительной информации смотрите subcircuit2ssc.

Уравнения

Переменные для уравнений блока SPICE NJFET включают:

Переменные, которые вы задаете путем определения параметров для блока SPICE NJFET. Видимость некоторых параметров зависит от значения, которое вы устанавливаете для других параметров. Для получения дополнительной информации смотрите Параметры.
Настроенные геометрией переменные, которые зависят от нескольких значений, что вы задаете параметры использования для блока SPICE NJFET. Для получения дополнительной информации смотрите Настроенные Геометрией Переменные.
Температура, T, который является 300.15 K по умолчанию. Можно использовать различное значение путем определения параметров для блока SPICE NJFET или путем определения параметров и для блока SPICE NJFET и для блока Environment Parameters. Для получения дополнительной информации смотрите Транзисторную Температуру.
Температурные зависимые переменные. Для получения дополнительной информации смотрите Температурную Зависимость.
Минимальная проводимость, GMIN, который является 1e-12 1/Ohm по умолчанию. Можно использовать различное значение путем определения параметра для блока Environment Parameters. Для получения дополнительной информации смотрите Минимальную Проводимость.

Настроенные геометрией переменные

Несколько переменных в уравнениях для модели полевого транзистора соединения N-канала рассматривают геометрию устройства, которое представляет блок. Эти настроенные геометрией переменные зависят от переменных, которые вы задаете путем определения параметров блоков SPICE NJFET. Настроенные геометрией переменные зависят от этих переменных:

Область Область устройства
Шкала Количество параллельных подключенных устройств
Связанная неприспособленная переменная

Таблица включает настроенные геометрией переменные и уравнения определения.

Переменная	Описание	Уравнение
_BETAd	Настроенная геометрией активная межэлектродная проводимость	$B E T A_{d} = B E T A * A R E A * S C A L E$
_CGDd	Настроенная геометрией емкость затвор-сток нулевого смещения	$C G D_{d} = C G D * A R E A * S C A L E$
_CGSd	Настроенная геометрией емкость затвор-исток нулевого смещения	$C G S_{d} = C G S * A R E A * S C A L E$
_ISd	Настроенное геометрией текущее насыщение	$I S_{d} = I S * A R E A * S C A L E$
_RSd	Настроенное геометрией исходное сопротивление	$R S_{d} = \frac{R S}{A R E A * S C A L E}$
_RDd	Настроенное геометрией сопротивление дренажа	$R D_{d} = \frac{R D}{A R E A * S C A L E}$

Транзисторная температура

Можно использовать эти опции, чтобы задать транзисторную температуру, T:

Фиксированная температура — блок использует температуру, которая независима от температуры схемы, когда параметр Model temperature dependence using в настройках Temperature блока SPICE NJFET устанавливается на Fixed temperature. Для этой модели блок устанавливает T, равный TFIXED.
Температура устройства — блок использует температуру, которая зависит от температуры схемы, когда параметр Model temperature dependence using в настройках Temperature блока SPICE NJFET устанавливается на Device temperature. Для этой модели блок задает температуру как

$T = T_{C} + T O F F S E T$
Где:
- _TC является температурой схемы.
  Если нет блока Environment Parameters в схеме, _TC равен 300.15 K.
  Если существует блок Environment Parameters в схеме, _TC равен значению, которое вы задаете для параметра Temperature в настройках SPICE блока Environment Parameters. Значением по умолчанию для параметра Temperature является 300.15 K.
- TOFFSET является смещением локальная температура схемы.

Минимальная проводимость

Минимальная проводимость, GMIN, имеет значение по умолчанию 1e–12 1/Ohm. Задавать различное значение:

Если нет блока Environment Parameters в транзисторной цепи, добавьте тот.
В настройках SPICE блока Environment Parameters задайте желаемое значение GMIN для параметра GMIN.

Модель источника логического элемента Текущего Напряжения

Эта таблица показывает уравнения, которые задают отношение между текущим источником логического элемента, _Igs, и напряжением источника логического элемента, _Vgs. Как применимые, параметры модели сначала настроены для температуры. Для получения дополнительной информации смотрите Температурную Зависимость.

Применимая область значений значений _Vgs	Соответствующее уравнение _Igs
$V_{g s} > 80 * V_{t}$	$I_{g s} = I S_{d} * ((\frac{V_{g s}}{V_{t}} - 79) e^{80} - 1) + V_{g s} * G \min$
$80 * V_{t} \geq V_{g s}$	$I_{g s} = I S_{d} * (e^{V_{g s} / V_{t}} - 1) + V_{g s} * G \min$

Где:

_ISd является настроенным геометрией текущим насыщением.
_Vt является тепловым напряжением, таким что $V_{t} = N D * k * T / q$ .
ND является коэффициентом эмиссии.
q является элементарным зарядом на электроне.
k является Постоянная Больцмана.
T является транзисторной температурой. Для получения дополнительной информации смотрите Транзисторную Температуру
GMIN является транзисторной проводимостью минимума. или больше информации, смотрите Минимальную Проводимость

Модель дренажа логического элемента Текущего Напряжения

Эта таблица показывает отношение между текущим дренажом логического элемента, _Igd, и напряжением дренажа логического элемента, _Vgd. Когда применимые, параметры модели сначала настроены для температуры.

Применимая область значений значений _Vgd	Соответствующее уравнение _Igd
$V_{g d} > 80 * V_{t}$	$I_{g d} = I S_{d} * ((\frac{V_{g d}}{V_{t}} - 79) e^{80} - 1) + V_{g d} * G \min$
$80 * V_{t} \geq V_{g d}$	$I_{g d} = I S_{d} * (e^{V_{g d} / V_{t}} - 1) + V_{g d} * G \min$

Модель источника дренажа Текущего Напряжения

Эта таблица показывает отношение между текущим источником дренажа, _Ids, и напряжением источника дренажа, _Vds, в режиме normal mode ( $V_{d s} \geq 0$ ). Когда применимые, параметры модели сначала настроены для температуры.

Применимая область значений _Vgs и значений _Vgd	Соответствующее уравнение _Ids
$V_{g s} - V_{t o} \leq 0$	$I_{d s} = 0$
$0 < V_{g s} - V_{t o} \leq V_{d s}$	$I_{d s} = β_{d} {(V_{g s} - V_{t o})}^{2} (1 + λ V_{d s})$
$0 < V_{d s} < V_{g s} - V_{t o}$	$I_{d s} = β_{d} V_{d s} (2 (V_{g s} - V_{t o}) - V_{d s}) (1 + λ V_{d s})$

Где:

_Vto является пороговым напряжением.
_βd является настроенной геометрией активной межэлектродной проводимостью.
λ является модуляцией канала.

Эта таблица показывает отношение между текущим источником дренажа, _Ids, и напряжением источника дренажа, _Vds, в обратном режиме ( $V_{d s} < 0$ ). Когда применимые, параметры модели сначала настроены для температуры.

Применимая область значений _Vgs и значений _Vgd	Соответствующее уравнение _Ids
$V_{g d} - V_{t o} \leq 0$	$I_{d s} = 0$
$0 < V_{g d} - V_{t o} \leq - V_{d s}$	$I_{d s} = - β_{d} {(V_{g d} - V_{t o})}^{2} (1 - λ V_{d s})$
$0 < - V_{d s} < V_{g d} - V_{t o}$	$I_{d s} = β_{d} V_{d s} (2 (V_{g d} - V_{t o}) + V_{d s}) (1 - λ V_{d s})$

Модель заряда соединения

Эта таблица показывает отношение между зарядом источника логического элемента, _Qgs, и напряжением источника логического элемента, _Vgs. Когда применимые, параметры модели сначала настроены для температуры.

Применимая область значений значений _Vgs	Соответствующее уравнение _Qgs
$V_{g s} < F C * V J$	$Q_{g s} = \frac{C G S_{d} * V J * (1 - {(1 - \frac{V_{g s}}{V J})}^{1 - M G})}{1 - M G}$
$V_{g s} \geq F C * V J$	$Q_{g s} = C G S_{d} * (F 1 + \frac{F 3 * (V_{g s} - F C * V J) + \frac{M G * (V_{g s}^{2} - {(F C * V J)}^{2})}{2 * V J}}{F 2})$

Где:

FC является коэффициентом емкости.
VJ является потенциалом соединения.
_CGSd является емкостью затвор-исток нулевого смещения.
MG является коэффициентом классификации.
$F 1 = \frac{V J * (1 - {(1 - F C)}^{1 - M G})}{1 - M G}$
$F 2 = {(1 - F C)}^{1 + M G}$
$F 3 = 1 - F C * (1 + M G)$

Эта таблица показывает отношение между зарядом дренажа логического элемента, _Qgd, и напряжением дренажа логического элемента, _Vgd. Когда применимые, параметры модели сначала настроены для температуры.

Применимая область значений значений _Vgd	Соответствующее уравнение _Qgd
$V_{g d} < F C * V J$	$Q_{g d} = \frac{C G D_{d} * V J * (1 - {(1 - \frac{V_{g d}}{V J})}^{1 - M G})}{1 - M G}$
$V_{g d} \geq F C * V J$	$Q_{g d} = C G D_{d} * (F 1 + \frac{F 3 * (V_{g d} - F C * V J) + \frac{M G * (V_{g d}^{2} - {(F C * V J)}^{2})}{2 * V J}}{F 2})$

Где _CGDd является настроенной геометрией емкостью затвор-сток нулевого смещения.

Температурная зависимость

Блок обеспечивает это отношение между насыщением текущий IS и транзисторной температурой T:

$I S (T) = I S_{d} * {(T / T_{m e a s})}^{\frac{X T I}{N D}} * e^{(\frac{T}{T_{m e a s}} - 1) * \frac{E G}{V_{t}}}$

Где:

_ISd является настроенным геометрией текущим насыщением.
_Tmeas является температурой экстракции параметра.
XTI является насыщением текущая температурная экспонента.
EG является энергетическим кризисом.
_Vt является тепловым напряжением, таким что $V_{t} = N D * k * T / q$ .
ND является коэффициентом эмиссии.

Отношение между потенциалом соединения, VJ и транзисторной температурой T

$V J (T) = V J * (\frac{T}{T_{m e a s}}) - \frac{3 * k * T}{q} * \log (\frac{T}{T_{m e a s}}) - (\frac{T}{T_{m e a s}}) * E G_{T_{m e a s}} + E G_{T}$

Где:

VJ является потенциалом соединения.
$E G_{T_{m e a s}} = 1.16 e V - (7.02 e - 4 * T_{m e a s}^{2}) / (T_{m e a s} + 1108)$
$E G_{T} = 1.16 e V - (7.02 e - 4 * T^{2}) / (T + 1108)$

Отношение между емкостью перехода источника логического элемента, CGS, и транзисторной температурой, T:

$C G S (T) = C G S_{d} * [1 + M G * (400 e - 6 * (T - T_{m e a s}) - \frac{V J (T) - V J}{V J})]$

Где _CGSd является настроенной геометрией емкостью затвор-исток нулевого смещения.

Блок использует уравнение CGS(T), чтобы вычислить емкость перехода дренажа логического элемента путем замены _CGDd, емкостью затвор-сток нулевого смещения, для _CGSd.

Отношение между активной межэлектродной проводимостью, β и транзисторной температурой T

$β (T) = β_{d} * (\frac{T}{T_{m e a s}})$

Где _βd является настроенной геометрией активной межэлектродной проводимостью.

Допущения и ограничения

Блок не поддерживает шумовой анализ.
Блок применяет начальные условия через конденсаторы соединения а не через порты блока.

Порты

Сохранение

развернуть все

`gx` — Вывод затвора
электрический

Электрический порт сохранения сопоставлен с транзисторным выводом затвора.

`dx` — Истощите терминал
электрический

Электрический порт сохранения, сопоставленный с транзистором, истощает терминал.

`sx` — Исходный терминал
электрический

Электрический порт сохранения сопоставлен с транзисторным исходным терминалом.

Параметры

развернуть все

Основной

`Device area, AREA` — Область Device
1.0 `m^2` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Область Transistor. Значение должно быть больше 0.

`Number of parallel devices, SCALE` — Количество параллельных устройств
1 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Количество параллельных транзисторов блок представляет. Значение должно быть целым числом, больше, чем 0.

`Threshold voltage, VTO` — Пороговое напряжение
-2 `V` (значение по умолчанию) | скаляр

Напряжение источника логического элемента, выше которого транзистор производит ненулевой текущий дренаж.

`Transconductance, BETA` — Модуляция канала
`1e-4` `A/m^2/V^2` (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Производная дренажа, текущего относительно напряжения затвора. Значение должно быть больше или быть равно 0.

`Channel modulation, LAMBDA` — Модуляция канала
0 `1/V` (значение по умолчанию) | скаляр

Модуляция канала.

`Saturation current, IS` — Текущее насыщение
`1e-14` `A/m^2` (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Величина тока, к которому уравнение тока затвора приближается асимптотически для очень больших уровней обратного смещения. Значение должно быть больше или быть равно 0.

`Drain resistance, RD` — Серийное сопротивление
0.01 `m^2*Ohm` (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Транзисторное сопротивление дренажа. Значение должно быть больше или быть равно 0.

`Source resistance, RS` — Серийное сопротивление
0.0001 `m^2*Ohm` (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Транзисторное исходное сопротивление. Значение должно быть больше или быть равно 0.

`Emission coefficient, N` — Коэффициент эмиссии
1 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Транзисторный коэффициент эмиссии или фактор идеальности. Значение должно быть больше 0.

Емкость перехода

`Model junction capacitance` — Модель емкости перехода
`No` (значение по умолчанию) | `Yes`

Опции для моделирования емкости перехода:

No — Не включайте емкость перехода в модель.
Yes — Задайте емкость перехода нулевого смещения, потенциал соединения, градуируя коэффициент, коэффициент емкости истощения прямого смещения, и время транспортировки.

Зависимости

Выбор Yes отсоединяет связанные параметры.

`Zero-bias GS capacitance, CGS` — Емкость перехода нулевого смещения
0 `F/m^2` (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Значение емкости помещается между логическим элементом и источником. Значение должно быть больше или быть равно 0.