N-Channel JFET

Полевой транзистор соединения N-канала

Библиотека:
Simscape / Электрический / Semiconductors & Converters

Описание

Блок N-Channel JFET использует уравнения Шичмена и Ходжеса, чтобы представлять N-Channel JFET с помощью модели со следующей структурой:

G является транзисторным логическим элементом, D является транзисторным дренажом, и S является транзисторным источником. Текущий дренаж, I _D, зависит от области операции и действует ли транзистор в нормальном или обратном режиме.

В режиме normal mode (V _DS ≥ 0), блок обеспечивает следующее отношение между дренажом текущий I _D и напряжением источника дренажа V _DS.

Область	Применимая область значений _GS V и V значения _DS	Соответствующий I _D уравнение
Off	_GS V – V_{t0 0}	I _D = 0
Линейный	0 <V _DS <_GS V – V_T0	I _D = β V _DS (2 (_GS V – V_T0) – V _DS) (1 + λ V _DS)
Насыщенный	0 <_GS V – V_t0V_DS	I _D = β (_GS V – V_T0)² (1 + λ V _DS)

В обратном режиме (V _DS <0), блок обеспечивает следующее отношение между дренажом текущий I _D и напряжением источника дренажа V _DS.

Область	Применимая область значений _GS V и V значения _DS	Соответствующий I _D уравнение
Off	V _GD – V_{t0 0}	I _D = 0
Линейный	0 <–VDS <V _GD – V_t0	I _D = β V _DS (2 (V _GD – V_T0) + V _DS) (1 – λ V _DS)
Насыщенный	0 <V _GD – V_{t0 -Vds}	I _D = β (V _GD – V_T0)² (1 – λ V _DS)

В предыдущих уравнениях:

_VGS является напряжением источника логического элемента.
_VGD является напряжением дренажа логического элемента.
_Vt0 является пороговым напряжением. Если вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization V_t0 является значением параметров Threshold voltage. В противном случае блок вычисляет _Vt0 от параметров таблицы данных, которые вы задаете.
β является параметром активной межэлектродной проводимости. Если вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization β является значением параметров Transconductance parameter. В противном случае блок вычисляет β от параметров таблицы данных, которые вы задаете.
λ является параметром модуляции длины канала. Если вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization λ является значением параметров Channel-length modulation. В противном случае блок вычисляет λ от параметров таблицы данных, которые вы задаете.

Токи в каждом из диодов удовлетворяют экспоненциальному диодному уравнению

$I_{G D} = I S \cdot (e^{\frac{q V_{G D}}{k T_{m 1}}} - 1)$

$I_{G S} = I S \cdot (e^{\frac{q V_{G S}}{k T_{m 1}}} - 1)$

где:

IS является текущим насыщением. Если вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization IS является значением параметров Saturation current. В противном случае блок вычисляет IS от параметров таблицы данных, которые вы задаете.
q является элементарным зарядом на электроне (1.602176e–19 Кулоны).
k является Постоянная Больцмана (1.3806503e–23 J/K).
_Tm1 является температурой измерения. Значение прибывает из параметра Measurement temperature.

Модели блока пропускают емкость перехода как фиксированную емкость затвор-сток _CGD и фиксированную емкость затвор-исток _CGS. Если вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization вы задаете эти значения непосредственно с помощью параметров Gate-source junction capacitance и Gate-drain junction capacitance. В противном случае блок выводит их из значений параметров Reverse transfer capacitance Crss и Input capacitance Ciss. Эти две параметризации связана можно следующим образом:

_CGD = Crss
_CGS = Ciss – Crss

Моделирование температурной зависимости

Поведение по умолчанию состоит в том, что зависимость от температуры не моделируется, и устройство симулировано при температуре, для которой вы обеспечиваете параметры блоков. Можно опционально включать моделирование зависимости транзистора статическое поведение на температуре в процессе моделирования. Температурная зависимость емкостей перехода не моделируется, этот являющийся намного меньшим эффектом.

Когда включая температурную зависимость, транзисторные уравнения определяющего остаются то же самое. Значение температуры измерения, _Tm1, заменяется температурой симуляции, _Ts. Активная межэлектродная проводимость, β, и пороговое напряжение, _Vt0, становится функцией температуры согласно следующим уравнениям:

$β_{T s} = β_{T m 1} {(\frac{T_{s}}{T_{m 1}})}^{B E X}$

_Vt0s = _Vt01 + α (_Ts – _Tm1)

где:

_Tm1 является температурой, при которой параметры транзистора заданы, как задано значением параметров Measurement temperature.
_Ts является температурой симуляции.
_βTm1 является активной межэлектродной проводимостью JFET при температуре измерения.
_βTs является активной межэлектродной проводимостью JFET при температуре симуляции. Это - значение активной межэлектродной проводимости, используемое в уравнениях JFET, когда температурная зависимость моделируется.
_Vt01 является пороговым напряжением при температуре измерения.
_Vt0s является пороговым напряжением при температуре симуляции. Это - пороговое значение напряжения, используемое в уравнениях JFET, когда температурная зависимость моделируется.
BEX является экспонентой температуры мобильности. Типичное значение BEX-1.5.
α является пороговым коэффициентом температуры напряжения логического элемента, d _Vth/dT.

Для большей части JFETS можно использовать значение по умолчанию -1.5 для BEX. Некоторые таблицы данных заключают значение в кавычки для α, но как правило они обеспечивают температурную зависимость для влажного текущего дренажа, I_dss. В зависимости от метода параметризации блока у вас есть два способа задать α:

Если вы параметрируете блок из таблицы данных, необходимо обеспечить I_dss при второй температуре измерения. Блок затем вычисляет значение для α на основе этих данных.
Если вы параметрируете путем определения параметров уравнения, необходимо ввести значение для α непосредственно.

Если у вас есть больше данных, включающих дренаж, текущий в зависимости от напряжения источника логического элемента для фиксированного напряжения источника дренажа, построенного при больше чем одной температуре, то можно также использовать Simulink^® Программное обеспечение Design Optimization™, чтобы помочь настроить значения для α и BEX.

Кроме того, насыщение текущий термин, IS, в дренаже логического элемента и источнике логического элемента текущие уравнения зависит от температуры

$I S_{T s} = I S_{T m 1} \cdot {(T_{s} / T_{m 1})}^{X T I} \cdot \exp (- \frac{E G}{k T_{s}} (1 - T_{s} / T_{m 1}))$

где:

_ISTm1 является насыщением, текущим при температуре измерения.
_ISTs является насыщением, текущим при температуре симуляции. Это - текущее значение насыщения, используемое в диодных уравнениях логического элемента, когда температурная зависимость моделируется.
EG является энергетическим кризисом.
k является Постоянная Больцмана (1.3806503e–23 J/K).
XTI является насыщением текущая температурная экспонента.

Подобно α у вас есть два способа задать EG и XTI:

Если вы параметрируете блок из таблицы данных, необходимо задать текущий реверс логического элемента, I_gss, при второй температуре измерения. Блок затем вычисляет значение для EG на основе этих данных и принятия p-n номинальной стоимости соединения 3 для XTI.
Если вы параметрируете путем определения параметров уравнения, необходимо ввести значения для EG и XTI непосредственно. Эта опция дает вам наибольшую гибкость, чтобы совпадать с поведением устройства, например, если у вас есть график I_gss в зависимости от температуры. С этими данными можно 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 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.

Допущения и ограничения

Этот блок не позволяет вам задавать начальные условия на емкостях перехода. Если вы выбираете опцию Start simulation from steady state в блоке Solver Configuration, блок решает начальные напряжения, чтобы быть сопоставимым с расчетным устойчивым состоянием. В противном случае напряжения являются нулем в начале симуляции.
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.
Блок не составляет температурно-зависимые эффекты на емкостях перехода.
Когда вы задаете I_dss при второй температуре измерения, он должен быть заключен в кавычки для той же рабочей точки (то есть, тот же текущий дренаж и напряжение источника логического элемента) что касается значения I_dss на вкладке Main. Противоречивые значения для I_dss при более высокой температуре приведут к нефизическим значениям для α и нетипичных результатов симуляции.
Вы, возможно, должны настроить значение BEX, чтобы реплицировать отношение _D-VGS I (при наличии) для данного устройства. Значение BEX влияет, пересекают ли кривые _D-VGS I для различных температур друг друга, или нет, для областей значений I _D, и _GS V рассмотрел.

Порты

Сохранение

развернуть все

`G` — Вывод затвора
электрический

Электрический порт сохранения сопоставлен с транзисторным выводом затвора

`D` — Истощите терминал
электрический

Электрический порт сохранения, сопоставленный с транзистором, истощает терминал

`S` — Исходный терминал
электрический

Электрический порт сохранения сопоставлен с транзисторным исходным терминалом

Параметры

развернуть все

Основной

`Parameterization` — Блокируйте параметризацию
`Specify from a datasheet` (значение по умолчанию) | `Specify using equation parameters directly`

Выберите один из следующих методов для параметризации блока:

Specify from a datasheet — Обеспечьте параметры, которые блок преобразует в уравнения, которые описывают транзистор. Это - метод по умолчанию.
Specify using equation parameters directly — Предоставьте параметрам уравнения β, IS, V_t0 и λ.

`Gate reverse current, I_gss` — Текущий реверс логического элемента
-1 `nA` (значение по умолчанию)

Противоположный ток, который течет в диоде, когда дренаж и источник закорачиваются и большое отрицательное напряжение источника логического элемента, применяется.