SPICE PJFET

SPICE-совместимый P-канал JFET

Библиотека:
Simscape/Electrical/Дополнительные компоненты/SPICE Полупроводники

Описание

Блок SPICE PJFET представляет собой SPICE-совместимый полевой транзистор P-канального перехода (PJFET). Если напряжение, приложенное к порту затвора, gx, больше, чем напряжение, приложенное к порту истока, sx, ток между портом истока и портом стока, dx, уменьшается.

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 блоков SPICE PJFET включают:

Переменные, определяемые путем задания параметров блока SPICE PJFET. 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 PJFET. Дополнительные сведения см. в разделе Скорректированные по геометрии переменные.
Температура, Т, то есть 300.15 K по умолчанию. Можно использовать другое значение, указывая параметры блока SPICE PJFET или параметры блока SPICE PJFET и блока параметров среды. Дополнительные сведения см. в разделе Температура транзистора.
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.

Переменные, скорректированные по геометрии

Несколько переменных в уравнениях для модели полевого транзистора P-канала рассматривают геометрию устройства, которое представляет блок. Эти скорректированные по геометрии переменные зависят от переменных, которые определяются путем задания параметров блока SPICE PJFET. 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
_BETAd	Регулируемая геометрией проводимость	$_{bETAd} = BETA * AREA *$ SCALE
_CGDd	Геометрически скорректированная емкость затвора-стока с нулевым смещением	$_{CGDd} = CGD * ПЛОЩАДЬ *$ МАСШТАБ
_CGSd	Геометрически скорректированная емкость затвора-источника нулевого смещения	$_{CGSd} = CGS * ПЛОЩАДЬ *$ МАСШТАБ
_ISd	Скорректированный по геометрии ток насыщения	$_{ISd} = IS * AREA *$ SCALE
_RSd	Скорректированное по геометрии сопротивление источника	$_{RSd} \frac{=}{RSAREA *}$ SCALE
_RDd	Регулируемое по геометрии сопротивление стока	$_{RDd} \frac{=}{RDAREA *}$ SCALE

Температура транзистора

Можно использовать следующие опции для определения температуры транзистора, 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 PJFET установлено значение Fixed temperature. Для этой модели блок устанавливает T равным TFIXED.
Температура устройства (Device temperature) - в блоке используется температура, зависящая от температуры цепи, если для параметра «Температурная зависимость модели» в настройках температуры блока SPICE PJFET установлено значение Device temperature. Для этой модели блок определяет температуру как

$T =_{} TC +$ TOFFSET
Где:
- _TC - температура контура.
  Если в цепи отсутствует блок параметров среды, _{то ТС} равен 300,15 К.
  При наличии в цепи блока «Параметры среды» _{значение TC} равно значению, заданному для параметра «Температура» в настройках SPICE блока «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 транзистора отсутствует блок параметров среды, добавьте его.
В настройках SPICE блока «Параметры среды» укажите требуемое значение GMIN для параметра GMIN.

Модель ток-напряжение источника-затвора

В этой таблице показаны уравнения, которые определяют взаимосвязь между током истока-затвора, _Isg, и напряжением истока-затвора, _Vsg. При необходимости параметры модели сначала корректируются с учетом температуры. Дополнительные сведения см. в разделе Температурная зависимость.

Применимый диапазон значений _Vsg	Соответствующее уравнение _Isg
$_{Vsg} > 80_{}$ * Vt	$_{Isg} =_{} ISd \frac{_{(}}{(_{}} VsgVt^{−} 79)_{e80} - 1)$ + Vsg Gmin
$_{}_{80*Vt≥Vsg}$	$_{Isg} =_{} ISd^{_{(}_{}} eVsg/Vt_{-} 1) +$ Vsg Gmin

Где:

_ISd - скорректированный по геометрии ток насыщения.
_Vt - тепловое напряжение, такое, что $_{Vt} = ND * k$ * T/q.
ND - коэффициент эмиссии.
q - элементарный заряд на электроне.
k - постоянная Больцмана.
T - температура транзистора. Дополнительные сведения см. в разделе Температура транзистора
GMIN - минимальная проводимость транзистора. или дополнительные сведения см. в разделе Минимальная проводимость

Модель тока и напряжения стока-затвора

В этой таблице показана взаимосвязь между током затвора стока, _Idg, и напряжением затвора стока, _Vdg. При необходимости параметры модели сначала корректируются с учетом температуры.

Применимый диапазон значений _Vdg	Соответствующее уравнение _Идг
$_{Vdg} > 80_{}$ * Vt	$_{Idg} =_{} ISd \frac{_{(}}{(_{}} VdgVt^{−} 79)_{e80} - 1)$ + Vdg Gmin
$_{}_{80*Vt≥Vdg}$	$_{Idg} =_{} ISd^{_{(}_{}} eVdg/Vt_{-} 1) +$ Vdg Gmin

Модель тока-напряжения истока-стока

В этой таблице показана зависимость между током истока-стока, _Isd, и напряжением истока-стока, _Vsd, в нормальном режиме (_Vsd ≥ 0). При необходимости параметры модели сначала корректируются с учетом температуры.

Применимый диапазон значений _Vsg и _Vdg	Соответствующее уравнение _Isd
$_{}_{} Vsg-Vto≤0$	$_{Isd} =$ 0
$_{}_{}_{0<Vsg-Vto≤Vsd}$	$_{Isd} =_{} {{βd}_{(}_{Vsg} -}^{} Vto)_{2} ($ 1 + λ Vsd)
$0 <_{} {Vsd}_{<}_{}$ Vsg-Vto	$_{Isd} =_{}_{} βdVsd (_{2} (_{}_{Vsg-Vto)} - Vsd)_{(} 1$ + λ Vsd)

Где:

_Vto - пороговое напряжение.
_βd - регулируемая геометрией транспроводимость.
λ - модуляция канала.

В этой таблице показана зависимость между током истока-стока, _Isd, и напряжением истока-стока, _Vsd, в инверсном режиме (_Vsd < 0). При необходимости параметры модели сначала корректируются с учетом температуры.

Применимый диапазон значений _Vsgs и _Vdg	Соответствующее уравнение _Isd
$_{}_{} Vdg-Vto≤0$	$_{Isd} =$ 0
$_{}_{}_{0<Vdg-Vto≤−Vsd}$	$_{Isd} =_{-} {_{βd} (_{Vdg}}^{−} Vto)_{2}$ (1 − λ Vsd)
$0 <_{-}_{Vsd} <_{}$ Vdg-Vto	$_{Isd} =_{}_{} βdVsd (_{2} (_{}_{Vdg-Vto)} + {Vsd}_{)} ($ 1 − λ Vsd)

Модель заряда соединения

В этой таблице показана взаимосвязь между зарядом источника-затвора, _Qsg, и напряжением источника-затвора, _Vsg. При необходимости параметры модели сначала корректируются с учетом температуры.

Применимый диапазон значений _Vsg	Соответствующее уравнение _Qsg
$_{Vsg} < FC$ * VJ	$_{Qsg} \frac{=_{} CGSd * VJ {* \frac{(_{1 -}}{(}}^{}}{1-VsgVJ) 1}$ − MG) 1 − MG
$_{} Vsg≥FC*VJ$	$_{Qsg} =_{} CGSd * \frac{(F1 +_{}_{} F3 * (\frac{Vsg-FC _{}^{VJ}) {+ MG }^{} (}{}}{Vsg2-} ($ FC * VJ) 2) 2 * VJF2)

Где:

FC - коэффициент емкости.
VJ - потенциал соединения.
_CGSd - емкость затвора-источника нулевого смещения.
MG - коэффициент классификации.
$F1 \frac{= VJ * {(1 - (}^{1-FC})}{1 -}$ MG) 1 − MG
$F2 {= (}^{1-FC) 1}$ + MG
$F3 = 1-FC * (1$ + MG)

В этой таблице показана взаимосвязь между зарядом затвора стока, _Qdg, и напряжением затвора стока, _Vdg. При необходимости параметры модели сначала корректируются с учетом температуры.

Применимый диапазон значений _Vdg	Соответствующее уравнение _Qdg
$_{Vdg} < FC$ * VJ	$_{Qdg} \frac{=_{} CGDd * VJ {* \frac{(_{1 -}}{(}}^{}}{1-VdgVJ) 1}$ − MG) 1 − MG
$_{} Vdg≥FC*VJ$	$_{Qdg} =_{} CGDd * \frac{(F1 +_{} F3 * (\frac{Vdg-FC _{}^{VJ}) {+ MG }^{} (}{}}{Vdg2-} ($ FC * VJ) 2) 2 * VJF2)

Где:

_CGDd - это регулируемая геометрией емкость затвора-стока с нулевым смещением.

Температурная зависимость

Блок обеспечивает такую зависимость между током насыщения IS и температурой транзистора T:

$IS (T) =_{} {ISd *_{(}}^{\frac{}{T/Tmeas)}}^{\frac{}{_{XTIND *}} e (\frac{}{_{}}}$ TTmeas − 1) * EGVt

Где:

_ISd - скорректированный по геометрии ток насыщения.
_Tmeas - температура извлечения параметра.
XTI - показатель температуры тока насыщения.
ЭГ - это энергетический разрыв.
_Vt - тепловое напряжение, такое, что $_{Vt} = ND * k$ * T/q.
ND - коэффициент эмиссии.

Зависимость между потенциалом перехода, VJ, и температурой транзистора T равна

$VJ (T) = \frac{VJ}{_{* (}} \frac{TTmeas)}{-} 3 * k \frac{}{*_{Tq}} * \frac{}{\log_{(}} {TTmeas}_{)_{- (}}_{}$ TTmeas) * EGTmeas + EGT

Где:

VJ - потенциал соединения.
$_{_{EGTmeas}} = 1 . 16eV- (7_{02e-4}^{*}_{Tmeas2})/($ Tmeas + 1108)
$_{EGT} = 1 16eV- (7^{} 02e-4 * T2$ )/( T + 1108)

Соотношение между емкостью перехода затвор-источник, CGS, и температурой транзистора, T:

$CGS (T) =_{} CGSd * [1 + MG * ({400e}_{- 6} * \frac{(}{T-Tmeas)} -$ VJ (T) -VJVJ)]

Где:

_CGSd - регулируемая геометрией емкость затвора-источника нулевого смещения.

Блок использует уравнение CGS (T) для вычисления емкости перехода затвор-сток путем замены _CGDd, емкости затвор-сток с нулевым смещением, на _CGSd.

Соотношение между транспроводимостью, β и температурой транзистора T равно

$β (T)_{=} \frac{βd}{_{* (}}$ TTmeas)

Где _βd - регулируемая геометрией транспроводимость.

Допущения и ограничения

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

Порты

Сохранение

развернуть все

`gx` - Клемма затвора
электрический

Электрический консервационный порт, связанный с выводом транзисторного затвора.

`dx` - Клемма дренажа
электрический

Электрический консервационный порт, связанный с выводом стока транзистора.

`sx` - Терминал-источник
электрический

Электрический консервационный порт, связанный с выводом транзисторного источника.

Параметры

развернуть все

Главный

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

Область транзистора. Значение должно быть больше 0.

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

Количество параллельных транзисторов, представленных блоком. Значение должно быть целым числом больше 0.

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

Напряжение истока-затвора, выше которого транзистор создает ненулевой ток стока.

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

Производная тока стока от напряжения затвора. Значение должно быть больше или равно 0.

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

Модуляция канала.

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

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

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

Сопротивление стока транзистора. Значение должно быть больше или равно 0.

`Source resistance, RS` - Сопротивление серии
`0.0001` `m^2*Ohm` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Сопротивление транзисторного источника. Значение должно быть больше или равно 0.

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

Коэффициент излучения транзистора или коэффициент идеальности. Значение должно быть больше 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.

Зависимости

Выбор Yes предоставляет связанные параметры.

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

Значение емкости, размещенной между затвором и источником. Значение должно быть больше или равно 0.