Photodiode

Фотодиод с входным портом падающего потока

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Электрический/Датчики и датчики

  • Photodiode block

Описание

Блок Photodiode представляет фотодиод как управляемый источник тока и экспоненциальный диод, соединенный параллельно. Управляемый источник тока производит Ip тока, которая пропорциональна плотности лучевого потока:

Ip = DeviceSensitivity · RadiantFluxDensity(1)

где:

  • DeviceSensitivity - отношение производимого тока к падающей плотности потока излучения.

    • Если вы выбираете Specify measured current for given flux density для параметра Sensitivity parameterization блок вычисляет эту переменную путем преобразования значения параметров Measured current в модули измерения усилителя и деления его на Flux density значений параметров.

    • Если вы выбираете Specify current per unit flux density для параметра Sensitivity parameterization эта переменная определяется Device sensitivity значением параметров.

  • RadiantFluxDensity - падающая плотность радиантного потока.

Чтобы смоделировать время динамической характеристики, используйте параметр Parameterization во вкладке Junction capacitance, чтобы включить емкость диодного соединения в модель.

Экспоненциальная модель диода обеспечивает следующее соотношение между диодным током I и диодным напряжением V:

I=IS⋅(eqVNkTm1−1)

где:

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

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

  • N - коэффициент выбросов.

  • IS - ток насыщения, который равен Dark current значению параметров.

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

Когда (q V / <reservedrangesplaceholder2> <reservedrangesplaceholder1> <reservedrangesplaceholder0> )> 80, блок заменяетeqVNkTm1 с (q V/ N k Tm1 - 79) e80, который соответствует градиенту диодного тока в (q V / <reservedrangesplaceholder7> <reservedrangesplaceholder6> <reservedrangesplaceholder5> ) = 80 и экстраполирует линейно. Когда (q V / <reservedrangesplaceholder2> <reservedrangesplaceholder1> <reservedrangesplaceholder0>) <-79, блок заменяетeqVNkTm1 с (q V/ N k Tm1 + 80) e–79, который также соответствует градиенту и экстраполируется линейно. Типичные электрические цепи не достигают этих экстремальных значений. Блок обеспечивает эту линейную экстраполяцию, чтобы помочь сходимости при решении ограничений во время симуляции.

Когда вы выбираете Use dark current and N для параметра Diode parameterization вы задаете диод с точки зрения параметров Dark current и Emission coefficient N. Когда вы выбираете Use dark current plus a forward bias I-V data point для параметра Diode parameterization вы задаете параметр Dark current и точку измерения напряжения и тока на диодной кривой I-V. Блок вычисляет N из этих значений следующим образом:

N=VF/(Vtlog(IF/IS+1))

где:

  • VF является Forward voltage VF значением параметров.

  • Vt = <reservedrangesplaceholder2> <reservedrangesplaceholder1> / q.

  • IF является Current IF at forward voltage VF значением параметров.

Экспоненциальная модель диода предоставляет опцию включения соединительной емкости:

  • Когда вы выбираете Fixed or zero junction capacitance для параметра Parameterization емкость фиксирована.

  • Когда вы выбираете Use parameters CJO, VJ, M & FC для параметра Parameterization, блок использует коэффициенты CJO, VJ, M и FC, чтобы вычислить соединительную емкость, которая зависит от напряжения соединения.

  • Когда вы выбираете Use C-V curve data points для параметра Parameterization блок использует три значения емкости на C-V емкостной кривой для оценки CJO, VJ и M и использует эти значения с заданным значением FC для вычисления соединительной емкости, которая зависит от напряжения соединения. Блок вычисляет CJO, VJ и M следующим образом:

    • CJ0=C1((VR2−VR1)/(VR2−VR1(C2/C1)−1/M))M

    • VJ=−(−VR2(C1/C2)−1/M+VR1)/(1−(C1/C2)−1/M)

    • M=log(C3/C2)/log(VR2/VR3)

    где:

    • VR1, VR2 и VR3 являются значениями в векторе Reverse bias voltages [VR1 VR2 VR3].

    • C1, C2 и C3 являются значениями в векторе Corresponding capacitances [C1 C2 C3].

    Достоверно оценить FC из табличных данных не представляется возможным, поэтому необходимо задать его значение с помощью параметра Capacitance coefficient FC. При отсутствии подходящих данных для этого параметра используйте типовое значение 0,5.

    Противоположные напряжения смещения (заданные как положительные значения) должны удовлетворять VR3 > VR2 > VR1. Это означает, что емкости должны удовлетворять C1 > C2 > C3 так как обратное смещение расширяет область истощения и, следовательно, уменьшает емкость. Нарушение этих неравенств приводит к ошибке. Напряжения VR2 и VR3 должны быть хорошо удалены от VJ потенциала Соединения. VR1 напряжения должна быть меньше, чем VJ потенциала Соединения, с типичным значением для VR1 0,1 В.

Зависящее от напряжения соединение определяется в терминах накопления заряда конденсатора Qj как:

  • Для V < FC· VJ:

    Qj=CJ0⋅(VJ/(M−1))⋅((1−V/VJ)1−M−1)

  • Для V ≥ FC· VJ:

    Qj=CJ0⋅F1+(CJ0/F2)⋅(F3⋅(V−FC⋅VJ)+0.5(M/VJ)⋅(V2−(FC⋅VJ)2))

где:

  • F1=(VJ/(1−M))⋅(1−(1−FC)1−M))

  • F2=(1−FC)1+M))

  • F3=1−FC⋅(1+M)

Эти уравнения те же, что и в [2], за исключением того, что температурная зависимость VJ и FC не моделируется. Эта модель не включает термин диффузионной емкости, который влияет на эффективность для приложений переключения высокой частоты.

Блок Photodiode содержит несколько опций для моделирования зависимости зависимости ток-напряжение диода от температуры во время симуляции. Температурная зависимость соединительной емкости не моделируется, что является гораздо меньшим эффектом. Для получения дополнительной информации см. Diode страницу с описанием.

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.

Переменные

Используйте Variables раздел блочного интерфейса, чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для основных переменных до симуляции. Для получения дополнительной информации смотрите Задать приоритет и Начальный целевой объект для основных переменных.

Допущения и ограничения

  • Когда вы выбираете Use dark current plus a forward bias I-V curve data point для параметра Diode parameterization выберите напряжение вблизи напряжения включения диода. Обычно это находится в области значений от 0,05 до 1 В. Использование значения за пределами этой области может привести к плохой оценке для N.

  • 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.

Порты

Выход

расширить все

Порт физического сигнала сопоставлен с падающим потоком.

Сохранение

расширить все

Электрический порт сопоставлен с анодом.

Электрический порт сопоставлен с катодом.

Параметры

расширить все

Главный

Выберите один из следующих методов для параметризации чувствительности:

  • Specify measured current for given flux density - Задайте измеренный ток и соответствующую плотность потока. Это метод по умолчанию.

  • Specify current per unit flux density - Задайте чувствительность устройства непосредственно.

Ток, который блок использует, чтобы вычислить чувствительность устройства.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify measured current for given flux density для параметра Sensitivity parameterization.

Плотность потока, которую использует блок, чтобы вычислить чувствительность устройства.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify measured current for given flux density для параметра Sensitivity parameterization.

Ток на модуль плотности потока.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify current per unit flux density для параметра Sensitivity parameterization.

Выберите один из следующих методов для параметризации модели диода:

  • Use dark current plus a forward bias I-V data point - Задайте темный ток и точку на диоде I-V кривой. Это метод по умолчанию.

  • Use dark current and N - Задайте темный ток и коэффициент излучения.

Ток в смещенной вперед точке на диодной кривой I-V, которую блок использует для вычисления IS и N.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use dark current plus a forward bias I-V data point для параметра Diode parameterization.

Соответствующее напряжение в прямой смещенной точке на диодной кривой I-V, которую блок использует для вычисления IS и N.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use dark current plus a forward bias I-V data point для параметра Diode parameterization.

Ток через диод, когда он не подвержен воздействию света.

Коэффициент излучения диода или коэффициент идеальности.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use dark current and N для параметра Diode parameterization.

Сопротивление последовательного диодного соединения.

Температуру, при которой измеряли кривую I-V или темный ток.

Емкость соединения

Выберите одну из следующих опций для моделирования емкости соединения:

  • Fixed or zero junction capacitance - Моделируйте соединительную емкость как фиксированное значение.

  • Use C-V curve data points - Задайте измеренные данные в трех точках на диоде C-V кривой.

  • Use parameters CJ0, VJ, M & FC - Задайте емкость соединения с нулевым смещением, потенциал соединения, коэффициент градиента и коэффициент емкости истощения прямого смещения.

Фиксированное значение емкости соединения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Fixed or zero junction capacitance для параметра Parameterization.

Значение емкости, расположенной параллельно экспоненциальному диоду.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use parameters CJ0, VJ, M & FC для параметра Parameterization.

Вектор значений напряжения обратного смещения в трех точках на диодной кривой C-V, которые блок использует для вычисления CJ0, VJ и M.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use C-V curve data points для параметра Parameterization.

Вектор значений емкости в трех точках на диодной кривой C-V, которую блок использует для вычисления CJ0, VJ и M.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use C-V curve data points для параметра Parameterization.

Потенциал соединения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use parameters CJ0, VJ, M & FC для параметра Parameterization.

Коэффициент сортировки.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use parameters CJ0, VJ, M & FC для параметра Parameterization.

Коэффициент аппроксимации, который количественно определяет уменьшение емкости истощения при приложенном напряжении.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use C-V curve data points или Use parameters CJ0, VJ, M & FC для параметра Parameterization.

Температурная зависимость

Выберите один из следующих методов параметризации температурной зависимости:

  • None — Simulate at parameter measurement temperature - Температурная зависимость не моделируется, или модель моделируется при температуре измерения T м1 (как задано параметром Measurement temperature на вкладке Main). Это метод по умолчанию.

  • Use an I-V data point at second measurement temperature T2 - Если вы выбираете эту опцию, вы задаете вторую температуру измерения T м2, и значения тока и напряжения при этой температуре. Модель использует эти значения вместе со значениями параметров при первой температуре измерения T м1, чтобы вычислить значение энергетической погрешности.

  • Specify saturation current at second measurement temperature T2 - Если вы выбираете эту опцию, вы задаете вторую температуру измерения T м2, и текущего значения насыщения при этой температуре. Модель использует эти значения вместе со значениями параметров при первой температуре измерения T м1, чтобы вычислить значение энергетической погрешности.

  • Specify the energy gap EG - Задайте значение энергетической погрешности непосредственно.

Задайте значение I1 тока диода, когда напряжение V1 при второй температуре измерения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use an I-V data point at second measurement temperature T2 для параметра Parameterization.

Задайте напряжение диода V1 значения, когда ток I1 при второй температуре измерения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use an I-V data point at second measurement temperature T2 для параметра Parameterization.

Задайте значение IS тока насыщения при второй температуре измерения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify saturation current at second measurement temperature T2 для параметра Parameterization.

Задайте значение второй температуры измерения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use an I-V data point at second measurement temperature T2 или Specify saturation current at second measurement temperature T2 для параметра Parameterization.

Выберите значение энергетической погрешности из списка предопределенных опций или задайте пользовательское значение:

  • Use nominal value for silicon (EG=1.11eV) - Это значение по умолчанию.

  • Use nominal value for 4H-SiC silicon carbide (EG=3.23eV)

  • Use nominal value for 6H-SiC silicon carbide (EG=3.00eV)

  • Use nominal value for germanium (EG=0.67eV)

  • Use nominal value for gallium arsenide (EG=1.43eV)

  • Use nominal value for selenium (EG=1.74eV)

  • Use nominal value for Schottky barrier diodes (EG=0.69eV)

  • Specify a custom value - Если вы выбираете эту опцию, в диалоговом окне появляется параметр Energy gap, EG, позволяющий задать пользовательское значение для EG.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify the energy gap EG для параметра Parameterization.

Задайте пользовательское значение энергетической погрешности, EG.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify a custom value для параметра Energy gap parameterization.

Выберите одну из следующих опций, чтобы задать значение экспоненты текущей температуры насыщения:

  • Use nominal value for pn-junction diode (XTI=3) - Это значение по умолчанию.

  • Use nominal value for Schottky barrier diode (XTI=2)

  • Specify a custom value - Если вы выбираете эту опцию, в диалоговом окне появляется параметр Saturation current temperature exponent, XTI, позволяющий задать пользовательское значение для XTI.

Задайте пользовательское значение для показателя температуры тока насыщения, XTI.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify a custom value для параметра Saturation current temperature exponent parameterization.

Задайте значение температуры T с, при которой устройство должно быть моделировано.

Примеры моделей

Microcontroller with GPIO, ADC and DAC Connections

Микроконтроллер с соединениями GPIO, ADC и DAC

Моделируйте интерфейс между модулем микроконтроллера (MCU) и физической системой. Здесь соединения GPIO, ADC и DAC микроконтроллера используются для управления двигателем постоянного тока и подключенной нагрузкой с ограниченным перемещением угла. Измерение угла нагрузки осуществляется через датчик потенциометра. Это измерение калибруется начальным нарастанием положения ротора до тех пор, пока фотодиод не обнаружит световой импульс нулевого угла от светодиода. После калибровки MCU командует 0.1Hz синусоидой амплитуды 45 степеней.

Ссылки

[1] Х. Ахмед и П. Дж. Спредбери. Аналоговая и цифровая электроника для инженеров. 2nd Edition, Cambridge University Press, 1984.

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

Расширенные возможности

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

.

См. также

| |

Введенный в R2008a

Simscape Electrical документация

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте