SPICE PNP

Совместимый со SPICE транзистор PnP Гаммель-Пуна

  • Библиотека:
  • Simscape / Электрический / Дополнительные Компоненты / Полупроводники SPICE

  • SPICE PNP block

Описание

Блок SPICE PNP представляет совместимый со SPICE PnP Гаммель-Пуна с четырьмя терминалами биполярный транзистор соединения. Конденсатор соединяет порт подложки, sx, к транзисторной базе, bx. Поэтому устройство эквивалентно транзистору с тремя терминалами, когда вы используете значение по умолчанию 0 для параметра C-S junction capacitance, CJS и подключения порт подложки к любому другому порту, включая эмиттерный порт, ex, или порт коллектора, cx.

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 PNP включают:

  • Переменные, которые вы задаете путем определения параметров для блока SPICE PNP. 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 PNP. 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 PNP или путем определения параметров и для блока SPICE PNP 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 PnP SPICE, биполярная транзисторная модель соединения рассматривает геометрию устройства, которое представляет блок. Эти настроенные геометрией переменные зависят от переменных, которые вы задаете путем определения параметров блоков SPICE PNP. 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.

ПеременнаяОписаниеУравнение
ISdНастроенное геометрией транспортное текущее насыщение

ISd=IS*AREA*SCALE

IKFdНастроенное геометрией прямое текущее колено

IKFd=IKF*AREA*SCALE

ISdНастроенная геометрией основная эмиттерная текущая утечка

ISEd=ISE*AREA*SCALE

IKRdНастроенное геометрией противоположное текущее колено

IKRd=IKR*AREA*SCALE

ISCdНастроенная геометрией текущая утечка основного коллектора

ISCd=ISC*AREA*SCALE

IRBdНастроенная геометрией половина текущего базового сопротивления

IRBd=IRB*AREA*SCALE

CJEdНастроенная геометрией основная эмиттерная емкость истощения

CJEd=CJE*AREA*SCALE

ITFdНастроенный геометрией прямой коэффициент времени транспортировки

ITFd=ITF*AREA*SCALE

CJCdНастроенная геометрией емкость истощения основного коллектора

CJCd=CJC*AREA*SCALE

CJSdНастроенная геометрией емкость перехода подложки коллектора

CJSd=CJS*AREA*SCALE

RBdНастроенное геометрией базовое сопротивление нулевого смещения

RBd=RBAREA*SCALE

RBMdНастроенное геометрией минимальное базовое сопротивление

RBMd=RBMAREA*SCALE

REdНастроенное геометрией сопротивление эмиттера

REd=REAREA*SCALE

RCdНастроенное геометрией сопротивление коллектора

RCd=RCAREA*SCALE

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 PNP 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 PNP устанавливается на Device temperature. Для этой модели блок задает температуру как

    T=TC+TOFFSET

    Где:

    • TC является температурой схемы.

      Если нет никакого 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:

  1. Если нет блока Environment Parameters в схеме, добавьте тот.

  2. В настройках SPICE блока Environment Parameters задайте желаемое значение GMIN для параметра GMIN.

Текущее напряжение и модель заряда базы

Отношения текущего напряжения и отношения заряда базы для транзистора описаны в терминах Токов Основного Эмиттерного и Коллекторного перехода, Терминальных Токов и Модели Заряда базы. Как применимые, параметры модели сначала настроены для температуры.

Токи основного эмиттерного и коллекторного перехода

Текущий эмиттерный переход зависит от эмиттерного базового напряжения, VEB, таким образом что:

  • Когда VEB>80*VTF:

    Ibef = ISd*((VEBVTF-79)*e80 - 1)+Gmin*VEB

    Ibee = ISEd*((VEB-80*VTF+VTE)*e(80*VTF/VTE)VTE - 1)

  • Когда VEB80*VTF:

    Ibef = ISd*(e(VEB/VTF)-1)+ Gmin*VEB

    Ibee = ISEd*(e(VEB/VTE)-1)

Текущий коллекторный переход зависит от базового напряжения коллектора, VCB, такого что:

  • Когда VCB>80*VTR:

    Ibcr = ISd*((VCBVTR-79)*e80 - 1)+Gmin*VCB

    Ibcc = ISCd*((VCB-80*VTR+VTC)*e(80*VTR/VTC)VTC - 1)

  • Когда VCB80*VTR:

    Ibcr = ISCd*(e(VCB/VTR)1)+Gmin*VCB

    Ibcc = ISCd*(e(VCB/VTC)-1)

Где:

  • VEB является эмиттерным базовым напряжением.

  • VCB является базовым напряжением коллектора.

  • VTE является эмиттерным тепловым напряжением, таким что VTE=NE*k*T/q.

  • VTC является коллектором тепловое напряжение, такое что VTC=NC*k*T/q.

  • VTF является прямым тепловым напряжением, таким что VTF=NF*k*T/q.

  • VTR является противоположным тепловым напряжением, таким что VTR=NR*k*T/q.

  • ISCd является настроенной геометрией текущей утечкой основного коллектора.

  • ISEd является настроенной геометрией основной эмиттерной текущей утечкой.

  • NE является основным эмиттерным коэффициентом эмиссии.

  • NC является коэффициентом эмиссии основного коллектора.

  • NF является прямым коэффициентом эмиссии.

  • NR является противоположным 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 минимальной проводимостью. Для получения дополнительной информации смотрите Минимальную Проводимость.

Терминальные токи

Терминальные токи вычисляются как:

IB = (IbefBF+Ibee+IbcrBR+Ibcc)

IC = (Ibef-Ibcrqb-IbcrBR-Ibcc)

Где:

  • IB является текущим выводом базы.

  • IC является текущим терминалом коллектора.

  • BF является прямой бетой.

  • BR является противоположной бетой.

Модель заряда базы

Заряд базы, qb, вычисляется с помощью этих уравнений:

qb=q12(1+0.5((1+4q2 - eps)2 + eps2 + 1+4q2-eps)+eps)

q1=(1VCBVAFVEBVAR)1

q2= IbefIKFd+IbcrIKRd

Где:

  • qb является зарядом базы.

  • VAF является прямым Ранним напряжением.

  • VAR является противоположным Ранним напряжением.

  • IKFd является настроенным геометрией прямым текущим коленом.

  • IKRd является настроенным геометрией противоположным текущим коленом.

  • eps является 1e-4.

Модель базового сопротивления

Можно использовать эти опции для базового сопротивления модели, rbb:

  • Если вы используете значение по умолчанию бесконечности для параметра Half base resistance cur, IRB, блок вычисляет базовое сопротивление как

    rbb = RBMd+RBd-RBMdqb

    Где:

    • rbb является базовым сопротивлением.

    • RBMd является настроенным геометрией минимальным базовым сопротивлением.

    • RBd является настроенным геометрией базовым сопротивлением нулевого смещения.

  • Если вы задаете конечное значение для параметра Half base resistance cur, IRB, блок вычисляет базовое сопротивление как

    rbb = RBMd+3*(RBd-RBMd)*(tan z -zz*tan2z)

    Где

    z=1+144IB/(π2IRBd)1(24/π2)(IB/IRBd)

Транзитная модель модуляции заряда

Если вы задаете ненулевые значения для параметра Coefficient of TF, XTF, модуляции заряда транзита моделей блока путем масштабирования прямого времени транспортировки как

TFmod=TF*[1+XTF*eVCB/(1.44VTF)(IEBIEB+ITFd)2]qb

Где ITFd является настроенным геометрией коэффициентом прямого времени транспортировки.

Модель заряда соединения

Блок позволяет вам заряд соединения модели. Заряд основного коллектора, Qbc, и основной эмиттерный заряд, Qbe, зависит от промежуточного значения, Qdep. Как применимые, параметры модели сначала настроены для температуры.

  • Для внутренних эмиттерных переходов

    Qbe=TFmod*Ibe+Qdep

  • Для внутренних коллекторных переходов

    Qbc=TR*Ibc+XCJC*Qdep

  • Для внешних коллекторных переходов

    Qbextc=(1XCJC)*Qdep

Qdep зависит от напряжения на переходе, Vjct (VBE для эмиттерного перехода и VBC для коллекторного перехода), можно следующим образом.

Применимая область значений значений VjctСоответствующее уравнение Qdep
Vjct<FC*VJQdep=Cjct*VJ*1-(1-Vjct/VJ)(1MJ)1MJ
VjctFC*VJQdep=Cjct*[F1+F3*(Vjct-FC*VJ)+MJ*[Vjct2-(FC*VJ)2]2*VJF2]

Где:

  • FC является коэффициентом емкости.

  • VJ:

    • Основной эмиттерный встроенный потенциал, VJE, для эмиттерного перехода.

    • Основной коллектор встроенный потенциал, VJC, для коллекторного перехода.

  • MJ:

    • Основной эмиттерный экспоненциальный фактор, MJE, для эмиттерного перехода.

    • Фактор экспоненциала основного коллектора, MJC, для коллекторного перехода.

  • Cjct:

    • Настроенная геометрией основная эмиттерная емкость истощения, CJEd, для эмиттерного перехода.

    • Настроенная геометрией емкость истощения основного коллектора, CJCd, для коллекторного перехода.

  • F1=VJ*(1-(1-FC)(1MJ))/(1MJ)

  • F2=(1-FC)(1+MJ)

  • F3=1-FC*(1+MJ)

Заряд подложки коллектора, Qcs, зависит от напряжения коллектора подложки, Vsc. Как применимые, параметры модели сначала настроены для температуры.

Применимая область значений значений VscСоответствующее уравнение Qcs
Vsc<0Qcs=CJSd*VJS*(1-(1-Vsc/VJS)(1MJS)1MJS)
Vsc0Qcs=CJSd*(1+MJS*Vsc/(2*VJS))*Vsc

Где:

  • CJSd является настроенной геометрией емкостью перехода подложки коллектора.

  • VJS является подложкой встроенный потенциал.

  • MJS является фактором экспоненциала подложки.

Температурная зависимость

Отношение между текущим насыщением, ISd, и транзисторной температурой, T,

IS(T)=ISd*(T/Tmeas)XTI*e(TTmeas1)*EGVt

Где:

  • ISd является настроенным геометрией транспортным текущим насыщением.

  • Tmeas является температурой экстракции параметра.

  • XTI является транспортным насыщением текущая температурная экспонента.

  • EG является энергетическим кризисом.

  • Vt = kT/q.

Отношение между потенциалом эмиттерного перехода, VJE, и транзисторной температурой, T,

VJE(T)=VJE*(TTmeas)-3*k*Tq*log(TTmeas)-(TTmeas)*EGTmeas+EGT

Где:

  • VJE является основным эмиттерным встроенным потенциалом.

  • EGTmeas=1.16eV-(7.02e-4*Tmeas2)/(Tmeas+1108)

  • EGT=1.16eV-(7.02e-4*T2)/(T+1108)

Блок использует уравнение VJE(T), чтобы вычислить потенциал коллекторного перехода путем замены VJC, основной коллектор встроенный потенциал, для VJE.

Отношение между емкостью эмиттерного перехода, CJE, и транзисторной температурой, T,

CJE(T) = CJEd*[1+MJE*(400e6*(T-Tmeas)-VJE(T)-VJEVJE)]

Где:

  • CJEd является настроенной геометрией основной эмиттерной емкостью истощения.

  • MJE является основным эмиттерным экспоненциальным фактором.

Блок использует уравнение CJE(T), чтобы вычислить емкость коллекторного перехода путем замены CJCd, настроенной геометрией емкостью истощения основного коллектора, для CJEd и MJC, фактора экспоненциала основного коллектора, для MJE.

Отношение между прямой и противоположной бетой и транзисторной температурой, T,

β(T)=β*(TTmeas)XTB

Где:

  • β является прямой бетой или противоположной бетой.

  • XTB является бета экспонентой температуры.

Отношение между основной эмиттерной текущей утечкой, ISE, и транзисторной температурой, T,

ISE(T)=ISEd*(TTmeas)- XTB * (IS(T)ISd)1/NE

Где:

  • ISEd является настроенной геометрией основной эмиттерной текущей утечкой.

  • NE является основным эмиттерным коэффициентом эмиссии.

Блок использует это уравнение, чтобы вычислить утечку основного коллектора, текущую путем замены, ISCd, настроенная геометрией утечка основного коллектора, текущая для ISEd и NC, коэффициента эмиссии основного коллектора, для NE.

Допущения и ограничения

  • Блок не поддерживает шумовой анализ.

  • Блок применяет начальные условия через конденсаторы соединения а не через порты блока.

Порты

Сохранение

развернуть все

Электрический порт сохранения сопоставлен с терминалом транзисторной базы.

Электрический порт сохранения сопоставлен с транзисторным терминалом коллектора.

Электрический порт сохранения сопоставлен с транзисторным терминалом эмиттера.

Электрический порт сохранения сопоставлен с транзисторным терминалом подложки.

Параметры

развернуть все

Основной

Область Device. Значение должно быть больше 0.

Количество параллельных транзисторов, которые представляет блок. Значение должно быть больше 0.

Передайте усиление

Величина тока, в котором транзистор насыщает. Значение должно быть больше 0.

Идеальный максимум передает бету. Значение должно быть больше 0.

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

Передайте Раннее напряжение. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Текущее значение, в котором происходит спад тока высокого напряжения прямой беты. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Основная эмиттерная текущая утечка. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Основной эмиттерный коэффициент эмиссии или фактор идеальности. Значение должно быть больше 0.

Противоположное усиление

Идеальный максимум инвертирует бету. Значение должно быть больше 0.

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

Инвертируйте Раннее напряжение. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Текущее значение, в котором происходит спад тока высокого напряжения противоположной беты. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Текущая утечка основного коллектора. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Коэффициент эмиссии основного коллектора или фактор идеальности. Значение должно быть больше 0.

Резисторы

Максимальное сопротивление основы. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Базовый ток, в котором базовое сопротивление спало до половины своего значения нулевого смещения. Значение должно быть больше или быть равно 0. Если вы не хотите моделировать изменение в базовом сопротивлении как функция базового тока, используйте значение по умолчанию Inf.

Минимальное сопротивление основы. Значение должно быть меньше чем или равно значению параметров Zero-bias base resistance, RB.

Сопротивление эмиттера. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Сопротивление коллектора. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Емкость

Опции для моделирования емкости перехода:

  • No — Не включайте емкость перехода в модель. Это - опция по умолчанию.

  • Yes — Включайте емкость перехода в модель.

Зависимости

Выбор Yes для Model junction capacitance параметр отсоединяет другие параметры Capacitance и эти настройки соединения емкости:

  • B-E Capacitance — Основные эмиттерные параметры

  • B-C Capacitance — Параметры основного коллектора

  • C-S Capacitance — Параметры подложки коллектора

Подходящий коэффициент, FC, который определяет количество уменьшения емкости истощения с приложенным напряжением. Значение должно быть больше или быть равно 0 и меньше, чем 0.95.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

Опции для определения начальных условий:

  • No — Не задавайте начальное условие для модели. Это - опция по умолчанию.

  • Yes — Задайте начальные транзисторные условия.

    Примечание

    Блок применяет начальные транзисторные напряжения через конденсаторы соединения а не через порты.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

Выбор Yes для Specify initial condition параметр отсоединяет связанные параметры.

Основное эмиттерное напряжение в начале симуляции.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для Model junction capacitance и Yes для параметра Specify initial condition.

Напряжение основного коллектора в начале симуляции.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для Model junction capacitance и Yes для параметра Specify initial condition.

Емкость B-E

Эти настройки отсоединены, если вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance в настройках Capacitance.

Емкость истощения через эмиттерный переход. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

Потенциал эмиттерного перехода. Значение должно быть больше или быть равно 0.01.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

Классификация коэффициента для эмиттерного перехода. Значение должно быть больше или быть равно 0 и меньше чем или равный 0.9.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

Время транспортировки поставщиков услуг меньшинства, которые вызывают емкость диффузии, когда эмиттерный переход является прямосмещенным. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

Коэффициент для зависимости основного смещения эмиттера времени транспортировки, которое производит заряд через эмиттерный переход. Значение должно быть больше или быть равно 0. Если вы не хотите моделировать эффект основного смещения эмиттера на времени транспортировки, используйте значение по умолчанию 0.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

Коэффициент для основного коллектора смещает зависимость времени транспортировки. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

Коэффициент для зависимости времени транспортировки на токе коллектора. Значение должно быть больше или быть равно 0. Если вы не хотите моделировать эффект тока коллектора на времени транспортировки, используйте значение по умолчанию 0.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

Емкость B-C

Эти настройки отсоединены, если вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance в настройках Capacitance.

Емкость истощения через коллекторный переход. Значение должно быть больше 0.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

Потенциал коллекторного перехода. Значение должно быть больше или быть равно 0.01 V.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

Классификация коэффициента для коллекторного перехода. Значение должно быть больше или быть равно 0 и меньше чем или равный 0.9.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

Часть емкости истощения основного коллектора, которая соединяется между внутренней основой и внутренним коллектором. Остальная часть емкости истощения основного коллектора соединяется между внешней основой и внутренним коллектором. Значение должно быть больше или быть равно 0 и меньше чем или равный 1.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

Время транспортировки поставщиков услуг меньшинства, которые вызывают емкость диффузии, когда коллекторный переход является прямосмещенным. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

Емкость C-S

Эти настройки отсоединены, если вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance в настройках Capacitance.

Емкость перехода подложки коллектора. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

Потенциал подложки. Значение должно быть больше или быть равно 0.01 V.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

Классификация коэффициента для соединения подложки коллектора. Значение должно быть больше или быть равно 0 и меньше чем или равный 0.9.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

Температура

Выберите одну из этих опций для моделирования транзисторной зависимости температуры:

  • Device temperature — Используйте температуру устройства для температурной зависимости модели.

  • Fixed temperature — Используйте температуру, которая независима от температуры схемы к температурной зависимости модели.

Для получения дополнительной информации смотрите Транзисторную Температуру.

Зависимости

Выбор Device temperature отсоединяет параметр Offset local circuit temperature, TOFFSET. Выбор Fixed temperature отсоединяет параметр Fixed circuit temperature, TFIXED.

Передайте и инвертируйте бета экспоненту температуры что зависимость температуры базового тока моделей. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Энергетический кризис, который влияет на увеличение насыщения, текущего как повышения температуры. Значение должно быть больше или быть равно 0.1.

Порядок экспоненциального увеличения насыщения, текущего как повышения температуры. Значение должно быть больше или быть равно 0.

Сумма, которой транзисторная температура отличается от температуры схемы.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Device temperature для параметра Model temperature dependence using.

Транзисторная температура симуляции. Значение должно быть больше 0 K.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Fixed temperature для параметра Model temperature dependence using.

Температура, при которой измеряются параметры транзистора. Значение должно быть больше 0 K.

Ссылки

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

Расширенные возможности

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

Введенный в R2008a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте