Photodiode

Фотодиод с инцидентным входным портом потока

расширьте все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape / Электрический / Sensors & Transducers

  • Photodiode block

Описание

Блок Photodiode представляет фотодиод как управляемый текущий источник и экспоненциальный диод, соединенный параллельно. Управляемый текущий источник производит текущий Ip, который пропорционален излучающей плотности потока:

Ip = DeviceSensitivity · RadiantFluxDensity(1)

где:

  • DeviceSensitivity является отношением тока, произведенного для инцидентной излучающей плотности потока.

    • 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 амперов и деления его на значения параметров Flux density.

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

  • RadiantFluxDensity является инцидентной излучающей плотностью потока.

Чтобы смоделировать динамическое время отклика, используйте параметр Parameterization во вкладке Junction capacitance, чтобы включать диодную емкость перехода в модель.

Экспоненциальная диодная модель обеспечивает следующее отношение между диодом, текущим я и диодным напряжением V:

I=IS⋅(eqVNkTm1−1)

где:

  • q является элементарным зарядом на электроне (1.602176e–19 Кулоны).

  • k является Постоянная Больцмана (1.3806503e–23 J/K).

  • N является коэффициентом эмиссии.

  • IS является текущим насыщением, который равен значению параметров Dark current.

  • Tm1 является температурой, при которой диодные параметры заданы, как задано значением параметров Measurement temperature.

Когда (q V / N k Tm1)> 80, замены блока eqVNkTm1 с (q V / N k Tm1 – 79) e80, который совпадает с градиентом диода, текущего в (q V / N k Tm1) = 80, и экстраполирует линейно. Когда (q V / N k Tm1) <–79, замены блока eqVNkTm1 с (q V / N k Tm1 + 80) e–79, который также совпадает с градиентом и экстраполирует линейно. Типичные электрические схемы не достигают этих экстремумов. Блок обеспечивает эту линейную экстраполяцию, чтобы помочь сходимости при решении для ограничений в процессе моделирования.

Когда вы выбираете Use dark current and N для параметра Diode parameterization вы задаете диод в терминах параметров Emission coefficient N и Dark current. Когда вы выбираете Use dark current plus a forward bias I-V data point для параметра Diode parameterization вы задаете параметр Dark current и напряжение и текущую точку измерения на диоде кривая I-V. Блок вычисляет N от этих значений можно следующим образом:

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

где:

  • VF является значением параметров Forward voltage VF.

  • Vt = k Tm1 / q.

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

Экспоненциальная диодная модель предоставляет возможность включать емкость перехода:

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

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

  • Когда вы выбираете Use C-V curve data points для параметра Parameterization блок использует три значения емкости на кривой емкости C-V, чтобы оценить CJO, VJ и M и использует эти значения с заданным значением FC, чтобы вычислить емкость перехода, которая зависит от напряжения на переходе. Блок вычисляет CJO, VJ и M можно 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].

    Не возможно оценить FC надежно от табличных данных, таким образом, необходимо задать его значение с помощью параметра Capacitance coefficient FC. В отсутствие подходящих данных для этого параметра используйте типичное значение 0,5.

    Напряжения обратного смещения (заданный как положительные значения) должны удовлетворить VR3> VR2> VR1. Это означает, что емкости должны удовлетворить C1> C2> C3, когда обратное смещение расширяет область истощения и следовательно уменьшает емкость. Нарушение этих неравенств приводит к ошибке. Напряжения VR2 и VR3 должны хорошо быть вдали от потенциала Соединения VJ. Напряжение VR1 должно быть меньше потенциала Соединения VJ с типичным значением для VR1, являющегося 0,1 В.

Зависимое напряжением соединение задано в терминах устройства хранения данных 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 эквивалентны используемый в [2], за исключением того, что температурная зависимость VJ и FC не моделируется. Эта модель не включает термин емкости диффузии, который влияет на эффективность для приложений переключения высокой частоты.

Блок Photodiode содержит несколько опций для моделирования зависимости диодного отношения текущего напряжения на температуре в процессе моделирования. Температурная зависимость емкости перехода не моделируется, этот являющийся намного меньшим эффектом. Для получения дополнительной информации смотрите страницу с описанием Diode.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы осушить тепловой порт, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели, и затем из контекстного меню выбирают Simscape> Block choices> Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и отсоединяет параметры Thermal Port.

Используйте тепловой порт, чтобы симулировать эффекты выработанного тепла и температуры устройства. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов и на параметрах Thermal Port, смотрите Термальные эффекты Симуляции в Полупроводниках.

Переменные

Используйте раздел Variables интерфейса блока, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных в блоках до симуляции. Для получения дополнительной информации смотрите Приоритет Набора и Начальную Цель для Переменных в блоках.

Допущения и ограничения

  • Когда вы выбираете Use dark current plus a forward bias I-V curve data point для параметра Diode parameterization выберите напряжение около диодного поворота - на напряжении. Обычно это будет в диапазоне от 0,05 до 1 вольта. Используя значение за пределами этой области может привести к плохой оценке для N.

  • Вы, возможно, должны использовать ненулевые омические значения сопротивления и емкости перехода, чтобы предотвратить числовые проблемы симуляции, но симуляция может запуститься быстрее с этими обнуленными значениями.

Порты

Вывод

развернуть все

Порт физического сигнала сопоставлен с инцидентным потоком.

Сохранение

развернуть все

Электрический порт сохранения сопоставлен с анодом.

Электрический порт сохранения сопоставлен с катодом.

Параметры

развернуть все

Основной

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 использование блока, чтобы вычислить чувствительность устройства.

Зависимости

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

Плотность потока использование блока, чтобы вычислить чувствительность устройства.

Зависимости

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

Ток на модульную плотность потока.

Зависимости

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

Выберите один из следующих методов для диодной параметризации модели:

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

  • Use dark current and N — Задайте темный ток и коэффициент эмиссии.

Ток в прямосмещенной точке на диоде кривая I-V, что использование блока, чтобы вычислить IS и N.

Зависимости

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

Соответствующее напряжение в прямосмещенной точке на диоде кривая I-V, что использование блока, чтобы вычислить IS и N.

Зависимости

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

Ток через диод, когда это не отсоединено свету.

Диодный коэффициент эмиссии или фактор идеальности.

Зависимости

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

Серийное диодное сопротивление связи.

Температура, при которой были измерены кривая I-V или темный ток.

Емкость перехода

Выберите одну из следующих опций для моделирования емкости перехода:

  • Fixed or zero junction capacitance — Смоделируйте емкость перехода как фиксированное значение.

  • Use C-V curve data points — Задайте результаты измерений в трех точках на диоде кривая C-V.

  • Use parameters CJ0, VJ, M & FC — Задайте емкость перехода нулевого смещения, потенциал соединения, градуируя коэффициент и коэффициент емкости истощения прямого смещения.

Фиксированное значение емкости перехода.

Зависимости

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

Значение емкости помещается параллельно с экспоненциальным диодным термином.

Зависимости

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

Вектор из значений напряжения обратного смещения в трех точках на диоде кривая C-V, что использование блока, чтобы вычислить CJ0, VJ и M.

Зависимости

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

Вектор из значений емкости в трех точках на диоде кривая C-V, что использование блока, чтобы вычислить CJ0, VJ и M.

Зависимости

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

Потенциал соединения.

Зависимости

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

Коэффициент классификации.

Зависимости

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

Подходящий коэффициент, который определяет количество уменьшения емкости истощения с приложенным напряжением.

Зависимости

Этот параметр отображается 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 для температурной параметризации зависимости:

  • None — Simulate at parameter measurement temperature — Температурная зависимость не моделируется, или модель симулирована в T m1 температуры измерения (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 второй T m2 температуры измерения, и текущие значения и значения напряжения при этой температуре. Модель использует эти значения, наряду со значениями параметров в первом T m1 температуры измерения, чтобы вычислить значение энергетического кризиса.

  • Specify saturation current at second measurement temperature T2 — Если вы выбираете эту опцию, вы задаете второй T m2 температуры измерения и текущее значение насыщения при этой температуре. Модель использует эти значения, наряду со значениями параметров в первом T m1 температуры измерения, чтобы вычислить значение энергетического кризиса.

  • Specify the energy gap EG — Задайте значение энергетического кризиса непосредственно.

Задайте диод текущее значение I1, когда напряжением будет V1 при второй температуре измерения.

Зависимости

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

Задайте диодное напряжение значение V1, когда током будет I1 при второй температуре измерения.

Зависимости

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

Задайте насыщение текущее значение IS при второй температуре измерения.

Зависимости

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

Задайте значение для второй температуры измерения.

Зависимости

Этот параметр отображается 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 для энергетического кризиса 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, параметр Energy gap, EG, кажется, в диалоговом окне, позволяет вам задать пользовательское значение для EG.

Зависимости

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

Задайте пользовательское значение для энергетического кризиса, EG.

Зависимости

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

Выберите одну из следующих опций, чтобы задать насыщение текущее температурное значение экспоненты:

  • 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, параметр Saturation current temperature exponent, XTI, кажется, в диалоговом окне, позволяет вам задать пользовательское значение для XTI.

Задайте пользовательское значение для насыщения текущая температурная экспонента, XTI.

Зависимости

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

Задайте значение для температурного T s, в котором должно быть симулировано устройство.

Примеры модели

Microcontroller with GPIO, ADC and DAC Connections

Микроконтроллер с GPIO, ADC и связи DAC

Смоделируйте интерфейс между модулем микроконтроллера (MCU) и физической системой. Здесь GPIO микроконтроллера, ADC и связи DAC используются, чтобы управлять двигателем постоянного тока и соединенной загрузкой с ограниченным угловым перемещением. Угловое измерение загрузки через датчик потенциометра. Это измерение калибруется путем начального сползания положения ротора, пока фотодиод не обнаруживает световой импульс нулевого угла от LED. После того, как калиброванный MCU управляет 0.1 Гц 45 амплитудных синусоид степени.

Ссылки

[1] Х. Ахмед и П.Дж. Спридбери. Аналоговая и цифровая электроника для инженеров. 2-й Выпуск, издательство Кембриджского университета, 1984.

[2] Г. Массобрио и П. Антоньетти. Полупроводниковое моделирование устройства с SPICE. 2-й выпуск, McGraw-Hill, 1993.

Расширенные возможности

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

Смотрите также

| |

Введенный в R2008a

Документация Simscape Electrical

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте