Диод SPICE

SPICE-совместимый диод

Библиотека:
Simscape/Electrical/Дополнительные компоненты/SPICE Полупроводники

Описание

Блок SPICE-диода представляет собой SPICE-совместимый диод.

SPICE, или программа моделирования с акцентом на интегральные схемы, является инструментом моделирования для электронных схем. Вы можете преобразовать некоторые подсхемы СПЕЦИИ в эквивалентные модели Simscape™ Electrical™, используя блок Параметров Окружающей среды и СОВМЕСТИМЫЕ СО СПЕЦИЕЙ блоки от Дополнительной библиотеки Компонентов. Дополнительные сведения см. в разделе subcircuit2ssc.

Уравнения

Переменные для уравнений диодов SPICE включают:

Переменные, определяемые путем задания параметров для блока SPICE Diode. Видимость некоторых параметров зависит от значения, заданного для других параметров. Дополнительные сведения см. в разделе Параметры.
Скорректированные по геометрии переменные, которые зависят от нескольких значений, заданных с помощью параметров для блока SPICE Diode. Дополнительные сведения см. в разделе Скорректированные по геометрии переменные.
Температура, Т, то есть 300.15 K по умолчанию. Можно использовать другое значение, указывая параметры для блока диода SPICE или параметры для блока диода SPICE и блока параметров среды. Дополнительные сведения см. в разделе Температура диода.
Зависящие от температуры переменные. Дополнительные сведения см. в разделе Температурная зависимость.
Минимальная проводимость, GMIN, то есть 1e–12 1/Ohm по умолчанию. Можно использовать другое значение, указав параметр для блока параметров среды. Дополнительные сведения см. в разделе Минимальная проводимость.
Тепловое напряжение, _Vt. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловое напряжение.

Переменные, скорректированные по геометрии

Несколько переменных в уравнениях для модели диода SPICE учитывают геометрию устройства, которое представляет блок. Эти скорректированные по геометрии переменные зависят от переменных, которые определяются заданием параметров блока SPICE-диода. Скорректированные по геометрии переменные зависят от следующих переменных:

AREA - область устройства
SCALE - количество параллельно подключенных устройств
Связанная нескорректированная переменная

Таблица содержит скорректированные по геометрии переменные и определяющие уравнения.

Переменная	Описание	Уравнение
_CJOd	Геометрически скорректированная емкость перехода с нулевым смещением	$_{CJOd} = CJO * ПЛОЩАДЬ *$ МАСШТАБ
_IBVd	Скорректированный по геометрии обратный ток пробоя	$_{IBVd} = IBV * ПЛОЩАДЬ *$ МАСШТАБ
_ISd	Скорректированный по геометрии ток насыщения	$_{ISd} = IS * ПЛОЩАДЬ *$ МАСШТАБ
_RSd	Последовательное сопротивление с поправкой на геометрию	$_{RSd} \frac{=}{RSAREA *}$ SCALE

Температура диода

Можно использовать следующие опции для определения температуры диода, T:

Фиксированная температура (Fixed temperature) - в блоке используется температура, не зависящая от температуры цепи, если для параметра «Температурная зависимость модели» в настройках температуры блока «Spice Diode» установлено значение Fixed temperature. Для этой модели блок устанавливает T равным TFIXED.
Температура устройства (Device temperature) - в блоке используется температура, которая зависит от температуры цепи, если для параметра «Температурная зависимость модели» (Model temperature dependence using) в настройках температуры блока Spice Diode установлено значение Device temperature. Для этой модели блок определяет температуру как

$T =_{} TC +$ TOFFSET
Где:
- _TC - температура контура.
  При отсутствии в контуре блока «Параметры окружающей среды» _ТС равен 300,15 К.
  При наличии в цепи блока «Параметры среды» _{значение TC} равно значению, заданному для параметра «Температура» в настройках параметра «Параметры среды». Значением по умолчанию для параметра «Температура» является 300.15 K.
- TOFFSET - температура смещенного локального контура.

Минимальная проводимость

Минимальная проводимость, GMIN, имеет значение по умолчанию 1e–12 1/Ohm. Чтобы указать другое значение, выполните следующие действия.

Если в схеме диода нет блока параметров среды, добавьте его.
В настройках параметра Spice блока Environment Parameters укажите требуемое значение GMIN для параметра GMIN.

Тепловое напряжение

Тепловое напряжение, _Vt, определяется уравнением

$_{Vt} = \frac{Nk}{}$ * Tq

Где:

N - коэффициент излучения.
T - температура диода. Дополнительные сведения см. в разделе Температура диода.
k - постоянная Больцмана.
q - элементарный заряд на электроне.

Уравнения тока и напряжения

Эти уравнения определяют зависимость между током диода Id и напряжением диода _Vd. При необходимости параметры модели сначала корректируются с учетом температуры. Дополнительные сведения см. в разделе Температурная зависимость.

$_{Id} = AREA_{* (}_{Ifwd} -$ Irev)

$_{Ifwd} =_{} {Инрм}_{*}_{Киндж} +_{}$ Ирек * Кген

$_{Irev} =_{} {Irevh}_{+}$ Irevl

$_{Inrm} =_{}^{_{} ISeVd / (N *}$ Vt) − 1

$_{Irec} =_{}^{_{} ISReVd / (NR *}$ Vt) − 1

$_{Kinj} {= \frac{(}{{IKFIKF}_{+}}}^{Inrm}$ ) 0,5

$_{Кген} {= {\frac{[(1_{}}{-}}^{} VdVJ) 2 +}^{\frac{}{}}$ 0,005] M2

$_{Irevh} = {IBV}^{\frac{*_{} e -}{Vd +}}$ BVNBV * Vt

$_{Irevl} = {IBVL}^{\frac{*_{} e -}{Vd +}}$ BVNBVL * Vt

Где:

_Ifwd - прямой ток.
_Irev - обратный ток.
_Inrm - нормальный ток.
_Irec - ток рекомбинации.
_Киндж - это фактор высокой инъекции.
_Кген - это фактор генерации.
_Иревх - это ток пробоя высокого уровня.
_Irevl - ток пробоя низкого уровня.
_Vt - тепловое напряжение. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловое напряжение.
_IS - ток насыщения.
_ISR - это ток рекомбинации.
IKF - это ток переднего колена.
VJ - потенциал соединения.
N - коэффициент излучения.
NR - коэффициент обратного излучения.
NBV - коэффициент обратного пробоя.
NBVL - коэффициент идеальности обратного пробоя низкого уровня.
M - коэффициент оценки.
BV - напряжение обратного пробоя.
IBV - обратный ток пробоя.
IBVL - низкий уровень обратного пробоя коленного тока.

Модель заряда соединения

В таблице показаны уравнения, определяющие соотношение между зарядом _{диода Qd} и напряжением диода _Vd. При необходимости параметры модели сначала корректируются с учетом температуры. Дополнительные сведения см. в разделе Температурная зависимость.

_{Диапазон Vd}	Уравнение _Qd
$_{Vd} < FC$ * VJ	$_{Qd} = TT _{AREA} _{} Ifwd + \frac{{CJOd \frac{_{}}{VJ}}^{ 1}}{-}$ (1 − VdVJ) 1 − M1 − M
$_{} Vd≥FC*VJ$	$\begin{array}{l} _{}_{Qd=TTAREAIfwd} + \\ CJOd * ({F1+F3}_{} \frac{_{(Vd-FCVJ)} + \frac{(M2VJ)}{ (} {Vd2-}_{}^{} {(FC*VJ) 2}^{)}}{F2}) \end{array}$

Где:

FC - коэффициент емкости истощения прямого смещения.
VJ - потенциал соединения.
TT - время транзита.
_CJOd - регулируемая геометрией емкость перехода с нулевым смещением. Дополнительные сведения см. в разделе Скорректированные по геометрии переменные.
M - коэффициент оценки.
$F1 = VJ * {(1 - (}^{1-FC)} (1-M)$ )/( 1-M)
$F2 {= (}^{1-FC) (1}$ + M)
$F3 = 1-FC * ($ 1 + M)

Температурная зависимость

Зависимость между током насыщения с поправкой на геометрию и температурой диода составляет

$_{ISd} (T) =_{} {ISd * (}^{\frac{}{T/TMEAS}})^{\frac{}{XTIN *} e (\frac{}{{TTMEAS}_{}}}$ − 1) * EGN * Vt

Где:

_ISd - скорректированный по геометрии ток насыщения. Дополнительные сведения см. в разделе Скорректированные по геометрии переменные.
T - температура диода. Дополнительные сведения см. в разделе Температура диода.
TMEAS - температура извлечения параметра.
XTI - показатель температуры тока насыщения.
N - коэффициент излучения.
ЭГ - энергия активации.
_Vt - тепловое напряжение. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловое напряжение.

Соотношение между током рекомбинации и температурой диода составляет

$ISR (T) = {\frac{ISR}{* (}}^{\frac{}{TTMEAS)}}^{\frac{}{XTINR *} e (\frac{}{TTMEAS_{-}}}$ 1) * EGNR * Vt

Где:

ISR - это ток рекомбинации.
NR - коэффициент обратного излучения.

Соотношение между током переднего колена и температурой диода составляет

$IKF (T) = IKF * [1 + TIKF * ($ T − TMEAS)]

Где:

IKF - это ток переднего колена.
TIKF - линейный температурный коэффициент IKF.

Зависимость между напряжением пробоя и температурой диода

$BV (T) = BV * [1 + TBV1 * (T - {TMEAS) +}^{}$ TBV2 * (T − TMEAS) 2]

Где:

BV - напряжение пробоя.
TBV1 - линейный температурный коэффициент BV.
TBV2 - квадратичный температурный коэффициент BV.

Зависимость между омическим сопротивлением и температурой диода

$RS (T) = RS * [1 + TRS1 * (T - {TMEAS) +}^{}$ TRS2 * (T − TMEAS) 2]

Где:

RS - омическое сопротивление.
TRS1 - линейный температурный коэффициент RS.
TRS2 - квадратичный температурный коэффициент RS.

Зависимость между потенциалом перехода и температурой диода составляет

$VJ (T) = \frac{VJ}{* (} TTMEAS) -3 \frac{*}{Vt *} ln \frac{}{(} TTMEAS)_{- (}_{TTMEAS}$ ) * EGTMEAS + EGT

Где:

VJ - потенциал соединения.
_EGTMEAS - энергия активации для температуры, при которой измерялись параметры диода. Определяющим уравнением является $_{EGTMEAS} = 1 . 16eV- (7 . 02e-4^{*} TMEAS2)/($ TMEAS + 1108).
_EGT - энергия активации для температуры диода. Определяющим уравнением является $_{EGT} = 1 . 16eV- (7 .^{} 02e-4 * T2$ )/( T + 1108).

Соотношение между емкостью перехода нулевого смещения диода с регулировкой геометрии и температурой диода составляет

$_{CJOd} (T) =_{} CJOd * [1 + M * (400e - 6 * \frac{(}{T-TMEAS)} -$ VJ (T) -VJVJ)]

Где:

_CJOd - регулируемая геометрией емкость перехода с нулевым смещением. Дополнительные сведения см. в разделе Скорректированные по геометрии переменные.
M - коэффициент оценки.

Допущения и ограничения

Блок не поддерживает анализ шума.
Блок применяет начальные условия к соединительным конденсаторам, а не к портам блока.

Порты

Сохранение

развернуть все

`+` - Положительное напряжение
электрический

Электрический консервационный порт, связанный с положительным напряжением.

`-` - Отрицательное напряжение
электрический

Электрический консервационный порт, связанный с отрицательным напряжением.

Параметры

развернуть все

Главный

`Device area, AREA` - Область устройства
`1.0` `m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр

Диодная область. Значение должно быть больше 0.

`Number of parallel devices, SCALE` - Количество параллельных устройств
`1` (по умолчанию) | положительный скаляр

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

`Saturation current, IS` - Ток насыщения
`1e-14` `A/m^2` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

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

`High-injection knee current, IKF` - Ток коленного сустава с высокой инъекцией
`Inf` `A/m^2` (по умолчанию) | скаляр

Значение тока, при котором происходит прямое бета-высокотоковое скатывание. Значение должно быть больше или равно 0.

`Recombination current parameter, ISR` - Ток рекомбинации
`0` `A/m^2` (по умолчанию) | скаляр

Величина тока, генерируемого в процессе рекомбинации электронов и дырок внутри перехода.

`Emission coefficient, N` - Коэффициент выбросов
`1` (по умолчанию) | положительный скаляр

Коэффициент диодной эмиссии или коэффициент идеальности. Значение должно быть больше 0.

`Emission coefficient for ISR, NR` - Коэффициент выбросов для КСО
`2` (по умолчанию) | положительный скаляр

Коэффициент диодной эмиссии для тока рекомбинации. Значение должно быть больше 0.

`Grading coefficient, M` - Коэффициент профилирования
`0.5` (по умолчанию) | 0 < M < 0.9 | скаляр

Коэффициент профилирования, М. Значение должно быть больше 0 и менее 0.9.

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Yes для параметра емкости «Модельный переход».

`Junction potential, VJ` - Потенциал соединения
`1` `V` (по умолчанию) | VJ > 0,01 | скаляр

Потенциал соединения, VJ. Значение должно быть больше 0.01 V.

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Yes для параметра емкости «Модельный переход».

`Ohmic resistance, RS` - Сопротивление серии
`0.01` `m^2*Ohm` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Сопротивление подключения последовательного диода. Значение должно быть больше или равно 0.

Емкость соединения

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

Варианты моделирования емкости перехода:

No - Не включать в модель емкость перехода.
Yes - Укажите емкость перехода с нулевым смещением, потенциал перехода, коэффициент градации, коэффициент истощения прямого смещения и время прохождения.

`Zero-bias junction capacitance, CJO` - Емкость перехода с нулевым смещением
`0` `F/m^2` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Значение емкости, размещенной параллельно экспоненциальному диодному члену. Значение должно быть больше или равно 0.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Емкость перехода модели значение Yes.

`Capacitance coefficient, FC` - Коэффициент емкости
`0.5` (по умолчанию) | 0 ≤ FC < 0,95 | скаляр

Коэффициент подгонки,, FC, который количественно определяет уменьшение емкости истощения при приложенном напряжении. Значение должно быть больше или равно 0 и менее 0.95.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Емкость перехода модели значение Yes.

`Transit time, TT` - Транзитное время
`0` `s` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Время прохождения TT носителей, которые вызывают диффузионную емкость. Значение должно быть больше или равно 0.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Емкость перехода модели значение Yes.

`Specify initial condition` - Модель исходного состояния
`No` (по умолчанию) | `Yes`

Параметры для задания начальных условий:

No - не указывать начальное условие для модели.
Yes - Укажите начальное напряжение диода.
Примечание
Блок SPICE Diode подает начальное диодное напряжение на переходные конденсаторы, а не на порты.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Емкость перехода модели значение Yes.

`Initial condition voltage, V0` - Начальное напряжение
`0` `V` (по умолчанию) | скаляр

Напряжение диода в начале моделирования.

Примечание

Блок применяет начальное условие по диодному переходу, так что начальное условие действует только тогда, когда включено хранение заряда, то есть когда одна или обе емкости перехода с нулевым смещением, CJO и время транзита, параметры TT больше нуля.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметров Модель (Model) емкость перехода и Указать начальное условие (Specify initial condition) значение Yes.

Обратная разбивка

`Model reverse breakdown` - Модель обратной поломки
`No` (по умолчанию) | `Yes`

Варианты моделирования обратной разбивки:

No - Не моделировать обратную поломку.
Yes - Ввести второй экспоненциальный член в диодную зависимость I-V, тем самым моделируя быстрое увеличение проводимости по мере превышения напряжения пробоя.

`Reverse breakdown voltage, BV` - Пороговое напряжение обратного пробоя
`Inf` `V` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Если напряжение падает ниже этого значения, блок моделирует быстрое увеличение проводимости, которое происходит при пробое диода. Значение должно быть больше или равно 0.