Экспоненциальный светодиод с портом вывода оптической мощности
Simscape/Электрические/Датчики и преобразователи
Блок светодиодов представляет светодиод в качестве экспоненциального диода последовательно с датчиком тока. Оптическая мощность, представленная на сигнальном порте W, равна произведению тока, протекающего через диод, и значению параметра оптической мощности на единицу тока.
Экспоненциальная модель диода обеспечивает следующее соотношение между током диода I и напряжением диода V:
1)
где:
q - элементарный заряд на электроне (1.602176e-19 кулонов).
k - постоянная Больцмана (1.3806503e-23 Дж/К).
N - коэффициент излучения.
IS - ток насыщения.
Tm1 - температура, при которой задаются параметры диода, определяемые значением параметра Measurement temperature.
Когда (qV/ NkTm1) > 80, блок заменяет на (qV/ NkTm1 - 79) e80, что соответствует градиенту диодного тока при (qV/ NkTm1) = 80 и линейно экстраполируется. Когда (qV/ NkTm1) < -79, блок заменяет на (qV/ NkTm1 + 80) e-79, который также соответствует градиенту и линейно экстраполируется. Типичные электрические цепи не достигают этих экстремальных значений. Блок обеспечивает эту линейную экстраполяцию для облегчения сходимости при решении ограничений во время моделирования.
При выборе Use parameters IS and N для параметра Параметризация (Parameterization) указывается диод в терминах параметров IS тока насыщения и N коэффициента эмиссии. При выборе Use I-V curve data points для параметра Параметризация (Parameterization) задаются две точки измерения напряжения и тока на кривой I-V диода, и блок выводит значения IS и N. При задании измерений тока и напряжения блок вычисляет IS и N следующим образом:
− log (I2))
(NVt)) − 1) )/2
где:
Vt = kTm1/q.
V1 и V2 - значения в векторе напряжений [V1 V2].
I1 и I2 - значения в векторе токов [I1 I2].
Модель экспоненциального диода обеспечивает возможность включения емкости перехода:
При выборе Fixed or zero junction capacitance для параметра Параметризация емкость фиксирована.
При выборе Use parameters CJO, VJ, M & FC для параметра Параметризация блок использует коэффициенты CJO, VJ, M и FC для вычисления емкости перехода, которая зависит от напряжения перехода.
При выборе Use C-V curve data points для параметра параметризации блок использует три значения емкости на кривой емкости C-V для оценки CJO, VJ и M и использует эти значения с заданным значением FC для вычисления емкости перехода, которая зависит от напряжения перехода. Блок вычисляет CJO, VJ и M следующим образом:
C2/C1) − 1/М)) М
(C1/C2) − 1/M)
VR2/VR3)
где:
VR1, VR2 и VR3 - значения в векторе обратных напряжений смещения [VR1 VR2 VR3].
C1, C2 и C3 - значения в векторе соответствующих емкостей [C1 C2 C3].
Достоверно оценить FC по табулированным данным невозможно, поэтому необходимо указать его значение с помощью параметра FC емкостного коэффициента. При отсутствии подходящих данных для этого параметра используйте типичное значение 0,5.
Обратные напряжения смещения (определенные как положительные значения) должны удовлетворять VR3 > VR2 > VR1. Это означает, что емкости должны удовлетворять C1 > C2 > C3, поскольку обратное смещение расширяет область истощения и, следовательно, уменьшает емкость. Нарушение этих неравенств приводит к ошибке. Напряжения VR2 и VR3 должны находиться на значительном расстоянии от потенциала соединения VJ. Напряжение VR1 должно быть меньше потенциала соединения VJ, при типичном значении для VR1 0,1 В.
Зависимый от напряжения переход определяется в терминах накопления Qj заряда конденсатора как:
Для V < FC· VJ:
V/VJ) 1 − M − 1)
Для V ≥ FC· VJ:
(FC⋅VJ) 2))
где:
− FC) 1 − M))
1 + M))
M)
Эти уравнения те же, что и в [2], за исключением того, что температурная зависимость VJ и FC не моделируется. Эта модель не включает член диффузионной емкости, который влияет на производительность для высокочастотных коммутационных приложений.
Светодиодный блок содержит несколько вариантов моделирования зависимости зависимости тока-напряжения диода от температуры во время моделирования. Температурная зависимость емкости перехода не моделируется, что является гораздо меньшим эффектом. Для получения дополнительной информации см. справочную страницу диода.
Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы открыть тепловой порт, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, а затем в контекстном меню выберите Simscape > Block choices > Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и отображает параметры теплового порта.
Используйте тепловой порт для моделирования влияния генерируемого тепла и температуры устройства. Дополнительные сведения об использовании тепловых портов и о параметрах тепловых портов см. в разделе Моделирование тепловых эффектов в полупроводниках.
Раздел «Переменные» интерфейса блока используется для установки приоритетов и начальных целевых значений для переменных блока перед моделированием. Дополнительные сведения см. в разделе Установка приоритета и начальной цели для переменных блока.
При выборе Use I-V curve data points для параметра Параметризация (Parameterization) выберите пару напряжений вблизи напряжения включения диода. Обычно это находится в диапазоне от 0,05 до 1 вольт. Использование значений за пределами этого региона может привести к числовым проблемам и плохим оценкам для IS и N.
Возможно, для предотвращения проблем с числовым моделированием потребуется использовать ненулевые значения омического сопротивления и емкости перехода, но моделирование может выполняться быстрее, если эти значения равны нулю.
[1] Х. Ахмед и П. Дж. Спредбери. Аналоговая и цифровая электроника для инженеров. 2-е издание, издательство Кембриджского университета, 1984 год.
[2] Г. Массобрио и П. Антогнетти. Моделирование полупроводниковых приборов с помощью SPICE. 2-е издание, McGraw-Hill, 1993.
Диод | Optocoupler | Фотодиод
