Полевой транзистор соединения N-канала
Simscape / Электрический / Semiconductors & Converters
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 t0 V 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
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
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:
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
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.
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.
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.
[1] Х. Шичмен и Д. А. Ходжес, Моделирование и симуляция переключающих схем полевого транзистора с изолированным затвором. IEEE J. Твердотельные схемы, SC-3, 1968.
[2] Г. Массобрио и П. Антоньетти. Полупроводниковое моделирование устройства с SPICE. 2-й выпуск, McGraw-Hill, 1993. Глава 2.
