Система схемотехнического моделирования и проектирования Design Center

       

Диод


Схема замещения полупроводникового диода (рис. 4.1) состоит из идеального диода, изображенного в виде нелинейного зависимого источника тока I(V), емкости p–n-перехода C и объемного сопротивления RS [1, 33]. Параметры математической модели диода (см. разд. 3.2.6) приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1



Имя параметра

Параметр

Значение по умолчанию

Единица измерения

IS

Ток насыщения при температуре 27
С

10
 

А

RS

Объемное сопротивление

0

Ом

N

Коэффициент инжекции

1

ISR

Параметр тока рекомбинации

0

А

NR

Коэффициент эмиссии для тока ISR

2

IKF

Предельный ток при высоком уровне инжекции

 

А

TT

Время переноса заряда

0

с

CJO

Барьерная емкость при нулевом смещении

0

Ф

VJ

Контактная разность потенциалов

1

В

M

Коэффициент лавинного умножения

0,5

EG

Ширина запрещенной зоны

1,11

эВ

FC

Коэффициент нелинейности  барьерной емкости прямосмещенного перехода

0,5

BV

Обратное напряжение пробоя (положительная величина)

 

В

IBV

Начальный ток пробоя, соответствующий напряжению BV (положительная величина)

10

 А

NBV

Коэффициент неидеальности на участке пробоя

1

IBVL

Начальный ток пробоя низкого уровня

0

А

NBVL

Коэффициент неидеальности на участке пробоя низкого уровня

1

XTI

Температурный коэффициент тока насыщения

3

TIKF

Линейный температурный коэффициент IKF

0

C

TBV1

Линейный температурный коэффициент BV

0

C

TBV2

Квадратичный температурный коэффициент BV

0

C

TRS1

Линейный температурный коэффициент RS

0

C

TRS2

Квадратичный температурный коэффициент RS

0

C

KF

Коэффициент фликкер-шума

0

AF

Показатель степени в формуле фликкер-шума

1

T_MEASURD

Температура измерений

C

T_ABS

Абсолютная температура

C

T_REL_GLOBAL

Относительная температура

C

T_REL_LOCL

Разность между температурой диода и модели-прототипа

C

<




Рис. 4.2. ВАХ идеального диода





Рис. 4.1. Нелинейная модель полупроводникового диода
Вольт-амперные характеристики диода. Ток диода представляется в виде разности токов

 

Зависимость



аппроксимирует ВАХ диода при положительном напряжении на переходе V. Здесь

 –  нормальная составляющая тока;

 –  ток рекомбинации;

 – коэффициент инжекции

 

 –  коэффициент генерации.

Ток диода при отрицательном напряжении на переходе
 характеризует явление пробоя. Он имеет две составляющие



где 



 – температурный потенциал перехода (0,026 В при номинальной температуре 27
C);
 Дж/
C – постоянная Больцмана;
 Кл – заряд электрона; T

– абсолютная температура p–n-перехода. Вид ВАХ диода показан на рис. 4.2.

Емкость перехода C

равна



где
 – диффузионная емкость перехода,
 – барьерная емкость перехода,



 - дифференциальная проводимость перехода для текущих значений I и V.

Линеаризованная схема замещения диода. Схема приведена на рис. 4.3, а. Ее можно дополнить источниками шумовых токов, как показано на рис. 4.3, б. В диоде имеются следующие источники шума: объемное сопротивление RS, характеризующееся тепловым током
 со спектральной плотностью
; дробовой и фликкер-шум диода, характеризующийся током
 со спектральной плотностью
, где f

– текущая частота.





Рис. 4.3. Линеаризованная схема замещения диода (а) с включением источников внутреннего шума (б)

Температурные зависимости параметров. В математической модели диода они учитываются следующим образом:

IS(T) = IS·exp{EG(T)/[N·Vt(T)]T/Tnom–1)}(T/Tnom)
;

ISR(T)=ISR·exp{EG(T)/[N·Vt(T)](T/Tnom–1)}(T/Tnom)
;

IKF(T)=IKF [1+TIKF (T–Tnom)];

BV(T)=BV [1+TBV1(T–Tnom)+TBV2(T–Tnom)
];

RS(T)=RS [1+TRS1(T–Tnom)+TRS2(T–Tnom)
];

VJ(T) = VJ·T/Tnom–3Vt(T)ln(T/Tnom) –EG(Tnom)T/Tnom+EG(T);

CJO(T)= CJO{1+M[0,0004 (T–Tnom)+1–VJ(T)/VJ]};

KF(T) = KF·VJ(T)/VJ, AF(T) = AF·VJ(T)/VJ;



EG(T) = EGo –

aT
/(b + T),

где EG(Tnom) - ширина запрещенной зоны при номинальной температуре (1,11 эВ для кремния; 0,67 эВ для германия; 0,69 эВ для диодов с барьером Шотки при температуре 27
С). Значения параметров IS, Vt, VJ, CJO, KF, AF, EG берутся для номинальной температуры Tnom; для кремния EGo=1,16 эВ, а=0,000702, b=1108; XTI=3 для диодов с p–n-переходом и XTI=2 для диодов с барьером Шотки. Значение номинальной температуры Tnom устанавливается с помощью опции TNOM (по умолчанию Tnom=27
C).

Приведенные выше выражения описывают диоды с p–n-переходом, включая и стабилитроны. Диоды с барьером Шотки также характеризуются этими зависимостями, но они обладают пренебрежимо малым временем переноса TT~0 и более чем на два порядка большими значениями тока диода I

[33]. При этом ток насыщения определяется зависимостью IS = = K·T·exp(-
/Vt), где K – эмпирическая константа;
 – высота барьера Шотки.

Скалярный множитель Area. Указываемый при включении диода в схему (разд. 3.2.6), он позволяет в программе PSpice определить эквивалентный диод, характеризующий параллельное включение нескольких одинаковых приборов или прибор, занимающий большую площадь. С его помощью изменяются значения параметров IS, IRS, IBV, IBVL, RS и CJO

IS=IS·Area, ISR=ISR·Area, IBV=IBV·Area, IBVL=IBVL·Area, RS=RS/Area, CJO=CJO·Area.

По умолчанию скалярный множитель Area=1.

В качестве примера приведем описание параметров модели диода Д104А

.model   D104A   D (IS=5.81e-12   RS=8.1   N=1.15   TT=8.28nS

+   CJO=41.2pF    VJ=0.71   M=0.33   FC=0.5   EG=1.11   XTI=3)


Содержание раздела