Полевой транзистор N-образного соединения
Simscape/Электрический/Полупроводники и конвертеры
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.
| Область | Применимая область значений значений V GS и V DS | Соответствующее 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.
| Область | Применимая область значений значений V GS и V DS | Соответствующее 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
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 = Ciss – Crss
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:
Vt0s = Vt01 + α (Ts – Tm1)
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
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.
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.
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 .
[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.
