SPICE NJFET

Совместимый с SPICE N-канал JFET

Библиотека:
Simscape/Электрический/Дополнительные компоненты/Полупроводники SPICE

Описание

Блок SPICE NJFET представляет СПАЙС-совместимый N-канальный полевой транзистор (NJFET). Если напряжение, приложенное к порту затвора, gx, меньше, чем напряжение, приложенное к порту источника, sx, ток между портом источника и портом стока, dx, уменьшается.

SPICE, или Simulation Program с упором на интегральные схемы, является инструментом симуляции для электронных схем. Можно преобразовать некоторые подсхемы SPICE в эквивалентные модели Simscape™ Electrical™ с помощью блоков Environment Parameters и SPICE-совместимых блоков из библиотеки дополнительных компонентов. Для получения дополнительной информации смотрите subcircuit2ssc.

Уравнения

Переменные для SPICE NJFET блочных уравнений включают:

Переменные, которые вы задаете, задавая параметры для блока SPICE NJFET. Видимость некоторых параметров зависит от значения, которое вы задаете для других параметров. Для получения дополнительной информации см. раздел « Параметры».
Скорректированные по геометрии переменные, которые зависят от нескольких значений, которые вы задаете используя параметры для блока SPICE NJFET. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Скорректированные по геометрии Переменные».
Температура, T, которая 300.15 K по умолчанию. Можно использовать другое значение, задавая параметры для блока SPICE NJFET или задавая параметры как для блока SPICE NJFET, так и для блока Environment Parameters. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Температура транзистора»
Температурно-зависимые переменные. Для получения дополнительной информации см. «Температурная зависимость».
Минимальная проводимость, GMIN, которая 1e-12 1/Ohm по умолчанию. Можно использовать другое значение, задав параметр для блока Environment Parameters. Для получения дополнительной информации см. «Минимальная проводимость».

Переменные с поправкой на геометрию

Несколько переменных в уравнениях для модели полевого транзистора N-канального соединения рассматривают геометрию устройства, которую представляет блок. Эти переменные с поправкой на геометрию зависят от переменных, которые вы задаете, задавая SPICE NJFET параметры блоков. Переменные с поправкой на геометрию зависят от этих переменных:

AREA - Площадь устройства
SCALE - Количество параллельно подключенных устройств
Связанная нескорректированная переменная

Таблица включает скорректированные по геометрии переменные и определяющие уравнения.

Переменная	Описание	Уравнение
_BETAd	Преобразование с поправкой на геометрию	$B E T A_{d} = B E T A * A R E A * S C A L E$
_CGDd	Регулируемая геометрией емкость затвора-стока с нулевым смещением	$C G D_{d} = C G D * A R E A * S C A L E$
_CGSd	Скорректированная по геометрии емкость затвора с нулевым смещением	$C G S_{d} = C G S * A R E A * S C A L E$
_ISd	Скорректированный по геометрии ток насыщения	$I S_{d} = I S * A R E A * S C A L E$
_RSd	Скорректированное по геометрии сопротивление источника	$R S_{d} = \frac{R S}{A R E A * S C A L E}$
_RDd	Скорректированное по геометрии сопротивление дренажа	$R D_{d} = \frac{R D}{A R E A * S C A L E}$

Температура транзистора

Можно использовать эти опции, чтобы задать температуру транзистора, T:

Фиксированная температура - блок использует температуру, которая независима от температуры схемы, когда Model temperature dependence using параметр в Temperature параметрах настройки SPICE NJFET блок установлен на Fixed temperature. Для этой модели наборы блоков T равными TFIXED.
Температура устройства - блок использует температуру, которая зависит от температуры схемы, когда Model temperature dependence using параметр в Temperature параметрах настройки SPICE NJFET блок установлен на Device temperature. Для этой модели блок определяет температуру как

$T = T_{C} + T O F F S E T$
Где:
- _TC - температура контура.
  Если в схеме нет Environment Parameters блока, _TC равно 300,15 K.
  Если есть Environment Parameters, блок в схеме, _TC равен значению, которое Вы определяете для Temperature параметра в SPICE параметрах настройки Environment Parameters блок. Значение по умолчанию для параметра Temperature 300.15 K.
- TOFFSET - смещенная температура локального контура.

Минимальная проводимость

Минимальная проводимость, GMIN, имеет значение по умолчанию 1e–12 1/Ohm. Чтобы задать другое значение:

Если в транзисторной схеме нет Environment Parameters блока, добавьте его.
В настройках SPICE блока Environment Parameters задайте желаемое значение GMIN для параметра GMIN.

Модель тока-напряжения источника управления ключами

В этой таблице показаны уравнения, которые определяют зависимость между током, _Igs и напряжением, _Vgs. При необходимости параметры модели сначала настраиваются на температуру. Для получения дополнительной информации см. «Температурная зависимость».

Применимая область значений _Vgs значений	Соответствующее _Igs уравнение
$V_{g s} > 80 * V_{t}$	$I_{g s} = I S_{d} * ((\frac{V_{g s}}{V_{t}} - 79) e^{80} - 1) + V_{g s} * G \min$
$80 * V_{t} \geq V_{g s}$	$I_{g s} = I S_{d} * (e^{V_{g s} / V_{t}} - 1) + V_{g s} * G \min$

Где:

_ISd - скорректированный по геометрии ток насыщения.
_Vt является тепловым напряжением, таким что $V_{t} = N D * k * T / q$ .
ND - коэффициент выбросов.
q - элементарный заряд электрона.
k - константа Больцмана.
T - температура транзистора. Для получения дополнительной информации см. «Транзисторная температура»
GMIN - минимальная проводимость транзистора. или больше информации, см. «Минимальная проводимость»

Модель напряжения тока стока-затвора

В этой таблице показана зависимость между током стока-затвора, _Igd и напряжением стока-затвора, _Vgd. При необходимости параметры модели сначала настраиваются на температуру.

Применимая область значений _Vgd значений	Соответствующее _Igd уравнение
$V_{g d} > 80 * V_{t}$	$I_{g d} = I S_{d} * ((\frac{V_{g d}}{V_{t}} - 79) e^{80} - 1) + V_{g d} * G \min$
$80 * V_{t} \geq V_{g d}$	$I_{g d} = I S_{d} * (e^{V_{g d} / V_{t}} - 1) + V_{g d} * G \min$

Модель тока-напряжения источника стока

В этой таблице показана связь между током стока-источника, _Ids и напряжением стока-источника, _Vds, в режиме normal mode ( $V_{d s} \geq 0$ ). При необходимости параметры модели сначала настраиваются на температуру.

Применимая область значений _Vgs и _Vgd значений	Соответствующее _Ids уравнение
$V_{g s} - V_{t o} \leq 0$	$I_{d s} = 0$
$0 < V_{g s} - V_{t o} \leq V_{d s}$	$I_{d s} = β_{d} {(V_{g s} - V_{t o})}^{2} (1 + λ V_{d s})$
$0 < V_{d s} < V_{g s} - V_{t o}$	$I_{d s} = β_{d} V_{d s} (2 (V_{g s} - V_{t o}) - V_{d s}) (1 + λ V_{d s})$

Где:

_Vto - пороговое напряжение.
_βd - преобразование, скорректированное по геометрии.
λ - модуляция канала.

Эта таблица показывает отношение между током стока-источника, _Ids и напряжением стока-источника, _Vds, в обратном режиме ( $V_{d s} < 0$ ). При необходимости параметры модели сначала настраиваются на температуру.

Применимая область значений _Vgs и _Vgd значений	Соответствующее _Ids уравнение
$V_{g d} - V_{t o} \leq 0$	$I_{d s} = 0$
$0 < V_{g d} - V_{t o} \leq - V_{d s}$	$I_{d s} = - β_{d} {(V_{g d} - V_{t o})}^{2} (1 - λ V_{d s})$
$0 < - V_{d s} < V_{g d} - V_{t o}$	$I_{d s} = β_{d} V_{d s} (2 (V_{g d} - V_{t o}) + V_{d s}) (1 - λ V_{d s})$

Модель заряда соединения

В этой таблице показана связь между зарядом источника управления, _Qgs и напряжением источника управления, _Vgs. При необходимости параметры модели сначала настраиваются на температуру.

Применимая область значений _Vgs значений	Соответствующее _Qgs уравнение
$V_{g s} < F C * V J$	$Q_{g s} = \frac{C G S_{d} * V J * (1 - {(1 - \frac{V_{g s}}{V J})}^{1 - M G})}{1 - M G}$
$V_{g s} \geq F C * V J$	$Q_{g s} = C G S_{d} * (F 1 + \frac{F 3 * (V_{g s} - F C * V J) + \frac{M G * (V_{g s}^{2} - {(F C * V J)}^{2})}{2 * V J}}{F 2})$

Где:

FC - коэффициент емкости.
VJ - потенциал соединения.
_CGSd является емкостью источника затвора с нулевым смещением.
MG - коэффициент профилирования.
$F 1 = \frac{V J * (1 - {(1 - F C)}^{1 - M G})}{1 - M G}$
$F 2 = {(1 - F C)}^{1 + M G}$
$F 3 = 1 - F C * (1 + M G)$

В этой таблице показана зависимость между зарядом стока-затвора, _Qgd и напряжением стока-затвора, _Vgd. При необходимости параметры модели сначала настраиваются на температуру.

Применимая область значений _Vgd значений	Соответствующее _Qgd уравнение
$V_{g d} < F C * V J$	$Q_{g d} = \frac{C G D_{d} * V J * (1 - {(1 - \frac{V_{g d}}{V J})}^{1 - M G})}{1 - M G}$
$V_{g d} \geq F C * V J$	$Q_{g d} = C G D_{d} * (F 1 + \frac{F 3 * (V_{g d} - F C * V J) + \frac{M G * (V_{g d}^{2} - {(F C * V J)}^{2})}{2 * V J}}{F 2})$

Где _CGDd - скорректированная по геометрии емкость стока затвора с нулевым смещением.

Температурная зависимость

Блок обеспечивает это соотношение между IS тока насыщения и температурой транзистора T:

$I S (T) = I S_{d} * {(T / T_{m e a s})}^{\frac{X T I}{N D}} * e^{(\frac{T}{T_{m e a s}} - 1) * \frac{E G}{V_{t}}}$

Где:

_ISd - скорректированный по геометрии ток насыщения.
_Tmeas - температура извлечения параметра.
XTI - показатель температуры тока насыщения.
EG - энергетическая погрешность.
_Vt является тепловым напряжением, таким что $V_{t} = N D * k * T / q$ .
ND - коэффициент выбросов.

Связь между потенциалом соединения, VJ и T температуры транзистора

$V J (T) = V J * (\frac{T}{T_{m e a s}}) - \frac{3 * k * T}{q} * \log (\frac{T}{T_{m e a s}}) - (\frac{T}{T_{m e a s}}) * E G_{T_{m e a s}} + E G_{T}$

Где:

VJ - потенциал соединения.
$E G_{T_{m e a s}} = 1.16 e V - (7.02 e - 4 * T_{m e a s}^{2}) / (T_{m e a s} + 1108)$
$E G_{T} = 1.16 e V - (7.02 e - 4 * T^{2}) / (T + 1108)$

Отношение между емкостью соединения затвор-источник, CGS и температурой транзистора, T:

$C G S (T) = C G S_{d} * [1 + M G * (400 e - 6 * (T - T_{m e a s}) - \frac{V J (T) - V J}{V J})]$

Где _CGSd - скорректированная по геометрии емкость источника затвора с нулевым смещением.

Блок использует CGS(T) уравнение, чтобы вычислить емкость соединения затвор-сток путем подстановки _CGDd, емкости слива-затвора с нулевым смещением, для _CGSd.

Связь между транспроводимостью, β и T температуры транзистора

$β (T) = β_{d} * (\frac{T}{T_{m e a s}})$

Где _βd - скорректированная по геометрии транспроводимость.

Допущения и ограничения

Блок не поддерживает анализ шума.
Блок применяет начальные условия через конденсаторы соединений, а не через блочные порты.

Порты

Сохранение

расширить все

`gx` - Терминал управления ключами
электрический

Электрический порт сопоставлен с выводом транзистора.

`dx` - Дренажный терминал
электрический

Электрический порт сопоставлен с выводом стока транзистора.

`sx` - Исходный терминал
электрический

Электрический порт сопоставлен с выводом источника транзистора.

Параметры

расширить все

Главный

`Device area, AREA` - Площадь устройства
`1.0` `m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Площадь транзистора. Значение должно быть больше 0.

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

Количество параллельных транзисторов, которые представляет блок. Значение должно быть целым числом, больше 0.

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

Напряжение затвора-источника, выше которого транзистор производит ненулевой ток стока.

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

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

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

Модуляция канала.

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

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

`Drain resistance, RD` - Последовательное сопротивление
`0.01` `m^2*Ohm` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

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

`Source resistance, RS` - Последовательное сопротивление
`0.0001` `m^2*Ohm` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

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

`Emission coefficient, N` - Коэффициент выбросов
`1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Коэффициент излучения транзистора или коэффициент идеальности. Значение должно быть больше 0.

Емкость соединения

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

Опции для моделирования емкости соединения:

No - Не включать соединительную емкость в модель.
Yes - Задайте емкость соединения с нулевым смещением, потенциал соединения, коэффициент градиента, коэффициент емкости истощения смещения вперед и время транзита.

Зависимости

Выбор Yes отображает связанные параметры.

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

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