Полупроводниковые приборы в SPICE

Добавлено 7 января 2017 в 08:50

Программа моделирования электронных схем SPICE («simulation program, integrated circuit emphesis») предоставляет для полупроводниковых приборов элементы схем и модели. Имена элементов в SPICE начинаются с букв d, q, j или m, что соответствует диоду, биполярному транзистору (BJT), полевому транзистору (JFET) и MOSFET транзистору. Эти элементы сопровождаются соответствующими «моделями». Эти модели обладают обширным перечнем параметров, описывающих устройство. В данной статье мы приводим очень краткий список простых моделей для полупроводниковых приборов, достаточный, чтобы начать работу. Для более подробной информации смотрите главу 7 «Использование программы моделирования схем SPICE» тома 5 данного учебника.

Диод: Объявление диода начинается с имени элемента диода, которое должно начинаться с "d" плюс дополнительные символы. Примеры имен элемента диода: d1, d2, dtest, da, db, d101 и так далее. Два номера узлов указывают подключение к другим компонентам анода и катода, соответственно. За номерами узлов следует название модели, ссылающееся на объявление ".model".

Строка объявления модели начинается с ".model", за которым следует название модели, соответствующее одному или более объявлений диода. Далее идет "d", указывающее, что диод моделируется. Остальная часть объявления модели является списком дополнительных параметров диода в виде НазваниеПараметра=ЗначениеПараметра. На данном этапе список параметров мы не приводим, для более подробной информации смотрите главу, посвященную диодам, данного учебника.

Основная форма:  d[имя] [анод] [катод] [модель]
                 .model  [название_модели] d ( [параметр1=x] [параметр2=y] . . .)
 
Пример:          d1 1 2 mod1
                 .model mod1 d

Модели для конкретных типов диодов часто поставляются самими производителями полупроводниковых диодов. Эти модели включают в себя параметры конкретных типов диодов. В противном случае используются параметры по умолчанию, как в примере выше.

Биполярный транзистор (BJT): Объявление элемента биполярного транзистора начинается с имени элемента, которое должно начинаться с "q" со связанными символами, указывающими на элемент схемы, например: q1, q2, qa, qgood. Номера узлов (подключения) биполярного транзистора определяют выводы коллектора, базы и эмиттера соответственно. Название модели, следующее за номерами узлов, связано с объявлением модели.

Основная форма:  q[имя] [коллектор] [база] [эмиттер] [модель]
                 .model [название_модели] [npn или pnp] ([параметр1=x] . . .)
 
Пример:          q1 2 3 0 mod1
                 .model mod1 pnp
Пример:          q2 7 8 9 q2n090
                 .model q2n090  npn ( bf=75 )

Объявление модели начинается с ".model", за которым следует название модели, затем либо "npn", либо "pnp". Далее следует дополнительный список параметров, который может продолжаться на несколько строк, начинающихся с символа продолжения строки "+". Как показано выше, параметр β установлен в значение 75 для гипотетической модели q2n090. Подробные модели транзисторов часто поставляются производителями полупроводниковых приборов.

Полевой транзистор (FET): Объявление элемента полевого транзистора начинается с имени элемента, которое должно начинаться с "j" с уникальным набором символов, например: j101, j2b, jalpha и так далее. Далее следуют номера узлов для стока, затвора и истока соответственно. Номера узлов определяют подключение к другим компонента схемы. И в конце, название модели указывает на используемую модель полевого транзистора.

Основная форма:  j[имя] [сток] [затвор] [исток] [модель]
                 .model [название_модели] [njf или pjf] ( [параметр1=x] . . .)
 
Пример:          j1 2 3 0 mod1
                 .model mod1 pjf
                 j3 4 5 0 mod2
                 .model mod2 njf ( vto=-4.0 )

После ".model" в объявление модели полевого транзистора (JFET) следует название модели, чтобы можно было идентифицировато эту модель в использующих ее объялениях элементов полевых транзисторов. После названия модели следует определение типа транзистора: pjf или njf для p-канальных и n-канальных полевых транзисторов, соответственно. Далее может следовать длинный список параметров полевого (JFET) транзистора. Мы только покажем, как установить V_p, напряжение отсечки, в значение –4.0 вольта для модели полевого транзистора с каналом n-типа. В противном случае, этот параметр vto будет равен значению по умолчанию: –2.5 вольта или 2.5 вольта для n-канального или p-канального транзистора, соответственно.

MOSFET, МОП транзистор: Название элемента MOSFET транзистора должно начинаться с m, и оно должно быть первым словом в объявлении элемента. Далее следует четыре номера узла для стока, затвора, истока и подложки соответственно. Затем идет название модели. Обратите внимание, что в примере и исток, и подложка подключены к одному узлу "0". Дискретные MOSFET транзисторы выпускаются в виде устройств с тремя выводами, исток и подложка подключаются к одному физическому выводу. Встроенные MOSFET транзисторы представляют собой устройства с четырьмя выводами, четвертый вывод – подложка. Встроенные MOSFET транзисторы могут использовать общую, на множество устройств подложку, отделенную от истоков. Хотя истоки по-прежнему могут быть подключены к общей подложке.

Основная форма:  m[имя] [сток] [затвор] [исток] [подложка] [модель]
                 .model [название_модели] [nmos или pmos] ( [параметр1=x] . . . )
 
Пример:          m1 2 3 0 0 mod1
                 m5 5 6 0 0 mod4
                 .model mod1 pmos
                 .model mod4 nmos ( vto=1 )

Объявление модели MOSFET транзистора начинается с ".model", за которым следует название модели, далее "pmos" или "nmos". Далее следует список дополнительных параметров модели MOSFET транзистора. Для более подробной информации смотрите том 5 данного учебника. Также подробные модели предоставляются производителями MOSFET транзисторов. В противном случае, используются значения параметров по умолчанию.

В данной статье представлен минимум информации об использовании полупроводниковых приборов в SPICE. Модели, показанные здесь, позволяют моделировать базовые схемы. В частности, эти модели не учитывают работу на высоких скоростях или на высоких частотах. Моделирование описано в томе 5 данного учебника, в главе 7 «Использование SPICE...».

Подведем итоги:

Полупроводниковые приборы могут быть промоделированы на компьютере с помощью SPICE.
SPICE обеспечивает возможность объявления элементов и моделей для диодов, биполярных, полевых и MOSFET транзисторов.

Подведем итоги:

Теги