N-Channel JFET

Полевой транзистор N-образного соединения

  • Библиотека:
  • Simscape/Электрический/Полупроводники и конвертеры

  • N-Channel JFET block

Описание

Блок N-Channel JFET использует уравнения Шичмана и Ходжеса, чтобы представлять N-канал JFET, используя модель со следующей структурой:

G - транзисторный затвор, D - транзисторный сток, а S - транзисторный источник. Ток стока, I D, зависит от области операции и от того, работает ли транзистор в нормальном или обратном режиме.

  • В режиме normal mode (V DS 0) блок обеспечивает следующее соотношение между током стока I D и напряжением стока-источника V DS.

    ОбластьПрименимая область значений значений V GS и V DSСоответствующее I D уравнение

    Прочь

    V GS - V t0 ≤ 0

    I D = 0

    Линейный

    0 < V DS < V GS - V t0

    I D = β V DS (2 (V GS - V t0) - V DS) (1 + λ V DS)

    Влажный

    0 < V GS - V t0 V DS

    I D = β (V GS - V t0)2 (1 + λ V DS)

  • В обратном режиме (V DS < 0) блок обеспечивает следующее соотношение между током стока I D и напряжением стока-источника V DS.

    ОбластьПрименимая область значений значений V GS и V DSСоответствующее I D уравнение

    Прочь

    V GD - V t0 ≤ 0

    I D = 0

    Линейный

    0 < - V DS < V GD - V t0

    I D = β V DS (2 (V GD - V t0) + V DS) (1 - λ V DS)

    Влажный

    0 < V GD - V t0 ≤ - V DS

    I D = β (V GD - V t0)2 (1 - λ V DS)

В предыдущих уравнениях:

  • VGS - напряжение источника затвора.

  • VGD - напряжение стока-затвора.

  • Vt0 - пороговое напряжение. Если вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization V t0 является Threshold voltage значения параметров. В противном случае блок вычисляет Vt0 из заданных параметров таблицы данных.

  • β является параметром транспроводимости. Если вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization β является Transconductance parameter значением параметров. В противном случае блок вычисляет β из заданных параметров таблицы данных.

  • λ является параметром модуляции длины канала. Если вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization λ является Channel-length modulation значением параметров. В противном случае блок вычисляет λ из заданных параметров таблицы данных.

Токи в каждом из диодов удовлетворяют экспоненциальному диодному уравнению

IGD=IS(eqVGDkTm11)

IGS=IS(eqVGSkTm11)

где:

  • IS - ток насыщения. Если вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization IS является Saturation current значением параметров. В противном случае блок вычисляет IS из заданных параметров таблицы данных.

  • q - элементарный заряд электрона (1.602176e-19 Кулона).

  • k - константа Больцмана (1.3806503e-23 J/K).

  • Tm1 - температура измерения. Значение происходит от параметра Measurement temperature.

Блок моделирует емкость соединения затвора как фиксированную емкость CGD стока затвора и фиксированную емкость источника затвора CGS. Если вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization эти значения задаются непосредственно с помощью параметров Gate-drain junction capacitance и Gate-source junction capacitance. В противном случае блок выводит их из Input capacitance Ciss и Reverse transfer capacitance Crss значений параметров. Две параметризации связаны следующим образом:

  • CGD = Crss

  • CGS = CissCrss

Моделирование температурной зависимости

Поведение по умолчанию состоит в том, что зависимость от температуры не моделируется, и устройство моделируется при температуре, для которой вы обеспечиваете параметры блоков. Можно опционально включать моделирование зависимости статического поведения транзистора от температуры во время симуляции. Температурная зависимость соединительных емкостей не моделируется, что является гораздо меньшим эффектом.

При включении температурной зависимости транзистор, определяющий уравнения, остается неизменным. Значение температуры измерения, Tm1, заменяется температурой симуляции, Ts. Транспроводимость, β и пороговое напряжение, Vt0, становятся функцией от температуры согласно следующим уравнениям:

βTs=βTm1(TsTm1)BEX

Vt0s = Vt01 + α (TsTm1)

где:

  • Tm1 - температура, при которой заданы параметры транзистора, заданная Measurement temperature значением параметров.

  • Ts - температура симуляции.

  • βTm1 - преобразование JFET при температуре измерения.

  • βTs - преобразование JFET при температуре симуляции. Это значение транспроводимости, используемое в уравнениях JFET, когда моделируется температурная зависимость.

  • Vt01 - пороговое напряжение при температуре измерения.

  • Vt0s - пороговое напряжение при температуре симуляции. Это пороговое значение напряжения, используемое в уравнениях JFET, когда моделируется температурная зависимость.

  • BEX - показатель температуры мобильности. Типичное значение BEX - -1,5.

  • α - коэффициент температуры порога напряжения затвора, d Vth/ d T.

Для большинства JFETS можно использовать значение по умолчанию -1.5 для BEX. Некоторые таблицы данных приводят значение для α, но чаще всего они обеспечивают температурную зависимость для насыщенного тока стока, I_dss. В зависимости от метода параметризации блоков, у вас есть два способа задать α:

  • Если вы параметризоваете блок из таблицы данных, вы должны предоставить I_dss при второй температуре измерения. Затем блок вычисляет значение α на основе этих данных.

  • Если вы параметризованы путем определения параметров уравнения, вы должны предоставить значение для α непосредственно.

Если у вас есть больше данных, содержащих ток стока как функцию напряжения затвора-источника для фиксированного напряжения стока-источника, построенного при более чем одной температуре, то вы также можете использовать Simulink® Разработайте Optimization™ программное обеспечение, чтобы помочь настроить значения для α и BEX.

В сложение, член тока насыщения, IS, в уравнениях дренажа-затвора и источника затвора зависит от температуры

ISTs=ISTm1(Ts/Tm1)XTIexp(EGkTs(1Ts/Tm1))

где:

  • ISTm1 - ток насыщения при температуре измерения.

  • ISTs - ток насыщения при температуре симуляции. Это текущее значение насыщения, используемое в уравнениях диода затвора, когда моделируется зависимость от температуры.

  • EG - энергетическая погрешность.

  • k - константа Больцмана (1.3806503e-23 J/K).

  • XTI - показатель температуры тока насыщения.

Подобно α, у вас есть два способа определения EG и XTI:

  • Если вы параметризоваете блок из таблицы данных, необходимо задать обратный ток затвора, I_gss, при второй температуре измерения. Затем блок вычисляет значение для EG на основе этих данных и принимая номинальное значение p-n соединения 3 для XTI.

  • Если вы параметризованы путем определения параметров уравнения, вы должны предоставить значения для EG и XTI непосредственно. Эта опция дает вам большую гибкость, чтобы соответствовать поведению устройства, например, если у вас есть график I_gss как функция от температуры. С помощью этих данных вы можете использовать программное обеспечение Simulink Design Optimization, чтобы помочь настроить значения для EG и XTI.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы открыть тепловой порт, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, а затем из контекстного меню выберите Simscape > Block choices > Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт, H на значке блока, и отображает параметры Thermal Port.

Используйте тепловой порт, чтобы симулировать эффекты сгенерированного тепла и температуры устройства. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов и о параметрах Thermal Port, смотрите Симуляция Термальных эффектов в Полупроводниках.

Допущения и ограничения

  • Этот блок не позволяет вам задать начальные условия на соединительных емкостях. Если вы выбираете опцию Start simulation from steady state в блоке Solver Configuration, блок решает, что начальные напряжения согласуются с вычисленным установившимся состоянием. В противном случае напряжения равны нулю в начале симуляции.

  • Вам может потребоваться использовать ненулевое омическое сопротивление и значения емкости соединения, чтобы предотвратить числовые проблемы моделирования, но симуляция может выполняться быстрее с этими значениями, установленными на нуль.

  • Блок не учитывает зависящие от температуры эффекты на соединительные емкости.

  • Когда вы задаете I_dss при второй температуре измерения, она должна быть приведена для той же рабочей точки (то есть того же тока стока и напряжения источника затвора), что и для I_dss значения на вкладке Main. Несогласованные значения для I_dss при более высокой температуре приведут к нефизическим значениям для α и непредставительных результатов симуляции.

  • Возможно, вам потребуется настроить значение BEX, чтобы реплицировать I отношение D- V GS (при наличии) для данного устройства. Значение BEX влияет на то, пересекаются ли I кривые D- V GS для различных температур друг с другом или нет для областей значений I D и V GS .

Порты

Сохранение

расширить все

Электрический порт сопоставлен с клеммой транзисторного затвора

Электрический порт сопоставлен с выводом стока транзистора

Электрический порт сопоставлен с выводом источника транзистора

Параметры

расширить все

Главный

Выберите один из следующих методов параметризации блоков:

  • Specify from a datasheet - Обеспечивают параметры, которые блок преобразует в уравнения, которые описывают транзистор. Это метод по умолчанию.

  • Specify using equation parameters directly - Предоставьте параметры уравнения β, IS, V t0 и λ.

Обратный ток, который течет в диоде, когда сток и источник коротко замкнуты, и прикладывается большое отрицательное напряжение источника затвора.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization.

Ток, который течет, когда большое положительное напряжение источника стока прикладывается к заданному напряжению источника затвора. Для устройства режима истощения это напряжение источника затвора может быть нулевым, и в этом случае I_dss может называться током стока напряжения нулевого затвора.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization.

Вектор значений V GS и V DS, в которых измеряется I_dss. Обычно V GS равен нулю. V DS должен быть больше нуля.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization.

Вектор значений g_fs и g_os. g_fs - проводимость прямого переноса, то есть проводимость для фиксированного напряжения источника стока. g_os - выход проводимость, то есть проводимость для фиксированного напряжения затвора-источника.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization.

Вектор значений V GS и V DS, в которых измеряются g_fs и g_os. V DS должен быть больше нуля. Для устройств с режимом истощения, V GS обычно равен нулю.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization.

Производная тока стока относительно напряжения затвора.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization.

Величина тока, к которому идеальное диодное уравнение приближается асимптотически для очень больших уровней обратного смещения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization.

Напряжение затвора-источника, выше которого транзистор производит ненулевой ток стока. Для устройства расширения Vt0 должны быть положительными. Для устройства режима истощения Vt0 должны быть отрицательными.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization.

Модуляция длины канала.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization.

Температура, для которой цитируются параметры таблицы данных.

Омическое Сопротивление

Сопротивление источника транзистора.

Сопротивление стока транзистора.

Емкость соединения

Выберите один из следующих методов параметризации блоков:

  • Specify from a datasheet - Обеспечивают параметры, которые блок преобразует в значения емкости соединения. Это метод по умолчанию.

  • Specify using equation parameters directly - Обеспечивайте параметры емкости соединения непосредственно.

Емкость затвора-источника со стоком замкнула к источнику.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization на вкладке Junction Capacitance.

Емкость сливного затвора с источником, соединенным с землей.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization на вкладке Junction Capacitance.

Значение емкости, расположенной между затвором и источником.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization на вкладке Junction Capacitance.

Значение емкости, расположенной между затвором и дренажем.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization на вкладке Junction Capacitance.

Температурная зависимость

Выберите один из следующих методов параметризации температурной зависимости:

  • None — Simulate at parameter measurement temperature - Температурная зависимость не моделируется. Это метод по умолчанию.

  • Model temperature dependence - Моделируйте температурно-зависимые эффекты. Вы также должны предоставить набор дополнительных параметров в зависимости от метода параметризации блоков. Если вы параметризоваете блок из таблицы данных, вы должны предоставить значения для I_gss и I_dss при второй температуре измерения. Если Вы параметризуете, непосредственно определяя параметры уравнения, Вы должны обеспечить значения для EG, XTI, и коэффициент температуры напряжения порога ворот, <reservedrangesplaceholder5> <reservedrangesplaceholder4> / <reservedrangesplaceholder3> <reservedrangesplaceholder2>. Независимо от метода параметризации блоков, вы также должны задать значения для BEX и для температуры симуляции, T с.

Значение обратного тока затвора, I_gss, при второй температуре измерения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization на вкладке Main.

Значение тока насыщенного стока, I_dss, при второй температуре измерения и когда точка измерения I_dss такая же, как определяется параметром I_dss measurement point, [V_gs V_ds] на вкладке Main.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization на вкладке Main.

Вторая температура Tm2 при которой измеряют Gate reverse current, I_gss, at second measurement temperature и Saturated drain current, I_dss, at second measurement temperature.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization на вкладке Main.

Значение энергетической погрешности.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization на вкладке Main.

Значение коэффициента температуры тока насыщения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization на вкладке Main.

Скорость изменения порогового напряжения затвора с температурой.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization на вкладке Main.

Значение температурного коэффициента мобильности. Для большинства JFET можно использовать значение по умолчанию. Факторы см. в разделе Допущения и ограничения.

Температура Ts при которой моделируется устройство.

Вопросы совместимости

расширить все

Поведение изменено в R2019b

Ссылки

[1] Х. Шичман и Д. А. Ходжес, Моделирование и симуляция обмотки переключения полевого транзистора с изолированными затворами. IEEE J. Solid State Circuits, SC-3, 1968.

[2] Г. Массобрио и П. Антогнетти. Моделирование полупроводниковых устройств с помощью SPICE. 2nd Edition, McGraw-Hill, 1993. Глава 2.

Расширенные возможности

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

.

См. также

Введенный в R2008a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте