SPICE Diode

SPICE-диод.

Тип: AcausalElectricPowerSystems.SPICE.Semiconductors.Diode

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Electrical/SPICE/Semiconductors/SPICE Diode

Описание

Блок SPICE Diode представляет собой диод, совместимый с моделью SPICE.

SPICE – это инструмент для симуляции электронных схем. Вы можете преобразовать некоторые подсхемы SPICE в эквивалентные модели с помощью блока Environment Parameters и блоков из библиотеки SPICE.

Уравнения

Переменные для уравнений блока SPICE Diode включают:

Переменные, которые вы определяете, задавая параметры для блока SPICE Diode. Видимость некоторых параметров зависит от значения, которое вы задали для других параметров. Для получения дополнительной информации см. раздел Параметры.
Переменные с поправкой на геометрию, которые зависят от нескольких значений, заданных вами с помощью параметров блока SPICE Diode. Для получения дополнительной информации см. раздел Переменные с поправкой на геометрию.
Температура, , которая по умолчанию равна 300.15 K . Вы можете использовать другое значение, указав параметры для блока SPICE Diode или указав параметры как для блока SPICE Diode, так и для блока Environment Parameters. Для получения дополнительной информации см. раздел Температура диода.
Переменные, зависящие от температуры. Для получения дополнительной информации см. раздел Зависимость от температуры.
Внутренняя проводимость, , которая по умолчанию равна 1e–12 1/Ohm . Вы можете использовать другое значение, указав параметр для блока Environment Parameters. Для получения дополнительной информации см. раздел Внутренняя проводимость.
Термонапряжение, . Для получения дополнительной информации см. раздел Термонапряжение.

Переменные с поправкой на геометрию

Несколько переменных в уравнениях для модели SPICE-диода учитывают геометрию устройства, которое представляет блок. Эти переменные с поправкой на геометрию зависят от переменных, которые вы определяете, задавая параметры блока SPICE Diode. Переменные с поправкой на геометрию зависят от этих переменных:

– площадь устройства;
– количество параллельно подключенных устройств;
Соответствующая нескорректированная переменная.

В таблице приведены переменные с поправкой на геометрию и определяющие их уравнения.

Переменная

Описание

Уравнение

Емкость перехода с геометрической поправкой на нулевое смещение

Ток обратного пробоя с поправкой на геометрию

Ток насыщения с поправкой на геометрию

Регулируемое по геометрии последовательное сопротивление

Температура диода

Вы можете использовать эти опции для определения температуры диода, :

Постоянная температура – блок использует температуру, которая не зависит от температуры схемы, когда для параметра Model temperature dependence using блока SPICE Diode установлено значение Fixed temperature. Для этой модели блок устанавливает равным .
Температура устройства – блок использует температуру, которая зависит от температуры схемы, когда для параметра Model temperature dependence using блока SPICE Diode установлено значение Device temperature. Для этой модели блок определяет температуру как

где

– это температура контура;
Если в схеме нет блока Environment Parameters, равна 300.15 K.
Если в схеме есть блок Environment Parameters, равна значению, которое вы задаете для параметра Temperature в настройках блока Environment Parameters. По умолчанию значение параметра Temperature равно 300,15 K.
– смещение температуры локального контура.

Внутренняя проводимость

Внутренняя проводимость, , по умолчанию имеет значение 1e–12 1/Ohm. Чтобы указать другое значение:

Если в схеме диода нет блока Environment Parameters, добавьте его.
В настройках блока Environment Parameters укажите желаемое значение для параметра GMIN.

Тепловое напряжение

Тепловое напряжение, , определяется уравнением

где

– коэффициент эмиссии.
– температура диода. Дополнительную информацию см. в разделе Температура диода;
– постоянная Больцмана;
– элементарный заряд электрона.

Уравнения ток-напряжение

Эти уравнения определяют связь между током диода, , и напряжением диода, . В зависимости от ситуации, параметры модели сначала корректируются с учетом температуры. Для получения дополнительной информации см. в разделе Температура диода.

где

– прямой ток;
– обратный ток;
– нормальный ток;
– ток рекомбинации;
– коэффициент высокой инжекции;
– коэффициент генерации;
– ток высокого уровня пробоя;
– ток пробоя низкого уровня;
– тепловое напряжение. Для получения дополнительной информации см. раздел Тепловое напряжение;
– ток насыщения;
– ток рекомбинации;
– ток прямого колена;
– потенциал спая;
– коэффициент эмиссии;
– коэффициент обратной эмиссии;
– коэффициент эмиссии обратного пробоя;
– коэффициент идеальности обратного пробоя низкого уровня;
– коэффициент градации;
– напряжение обратного пробоя;
– ток обратного пробоя;
– низкоуровневый ток колена обратного пробоя.

Заряд диода

В таблице приведены уравнения, определяющие связь между зарядом диода , и напряжением диода, . В зависимости от ситуации, параметры модели сначала корректируются с учетом температуры. Для получения дополнительной информации см. раздел Зависимость от температуры.

Диапазон напряжений

Уравнение

где

– коэффициент обедненной емкости при прямом смещении;
– потенциал спая;
– время прохождения;
– геометрически скорректированная емкость перехода с нулевым смещением. Для получения дополнительной информации см. раздел Переменные с поправкой на геометрию.
– коэффициент градации;
;
;
.

Зависимость от температуры

Связь между током насыщения с поправкой на геометрию и температурой диода:

где

– ток насыщения с поправкой на геометрию. Для получения дополнительной информации см. раздел Переменные с поправкой на геометрию;
– температура диода. Для получения дополнительной информации см. раздел Температура диода;
– температура извлечения параметров;
– температурная экспонента тока насыщения;
– коэффициент эмиссии;
– энергия активации;
– тепловое напряжение. Для получения дополнительной информации см. раздел Тепловое напряжение.

Зависимость между током рекомбинации и температурой диода:

где

– ток рекомбинации;
– коэффициент обратной эмиссии.

Зависимость между током прямого колена и температурой диода:

где

– ток прямого колена;
– линейный температурный коэффициент IKF.

Зависимость между напряжением пробоя и температурой диода:

где

– напряжение пробоя;
– линейный температурный коэффициент BV;
– квадратичный температурный коэффициент BV.

Зависимость между омическим сопротивлением и температурой диода:

где

– активное сопротивление;
– линейный температурный коэффициент RS;
– квадратичный температурный коэффициент RS.

Зависимость между потенциалом спая и температурой диода:

где

– потенциал спая;
– энергия активации для температуры, при которой измерялись параметры диода. Определяющее уравнение: .
– энергия активации для температуры диода. Определяющее уравнение: .

Связь между геометрически скорректированной емкостью перехода диода с нулевым переходом и температурой диода:

где

– геометрически скорректированная емкость перехода с нулевым переключением. Для получения дополнительной информации см. раздел Переменные с поправкой на геометрию;
– коэффициент градации.

Допущения и ограничения

Блок не поддерживает анализ шума.
Блок применяет начальные условия к конденсаторам переходов, а не к портам блока.

Порты

Ненаправленные

# – — отрицательный контакт (катод)
электричество

Details

Электрический порт, связанный с катодом.

Имя для программного использования

n

# + — положительный контакт (анод)
электричество

Details

Электрический порт, связанный с анодом.

Имя для программного использования

p

Параметры

Основные

# Device area, AREA — посадочное место
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

Площадь диода. Значение должно быть .

Единицы измерения	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
Значение по умолчанию	`1.0 m^2`
Имя для программного использования	`AREA`
Вычисляемый	Да

# Number of parallel devices, SCALE — количество параллельных устройств

Details

Количество параллельных диодов, которые представляет данный блок. Значение должно быть .

Значение по умолчанию	`1.0`
Имя для программного использования	`SCALE`
Вычисляемый	Да

# Saturation current, IS — ток насыщения
A/m^2

Details

Величина тока, к которому уравнение идеального диода приближается асимптотически для очень больших уровней обратного смещения. Значение должно быть .

Единицы измерения	`A/m^2`
Значение по умолчанию	`1e-14 A/m^2`
Имя для программного использования	`IS`
Вычисляемый	Да

# High-injection knee current, IKF — ток колена высокой инжекции
A/m^2

Details

Значение тока, при котором происходит спад сильного тока в прямом бета-диапазоне. Значение должно быть .

Единицы измерения	`A/m^2`
Значение по умолчанию	`Inf A/m^2`
Имя для программного использования	`IKF`
Вычисляемый	Да

# Recombination current parameter, ISR — ток рекомбинации
A/m^2

Details

Величина тока, возникающего в результате процесса рекомбинации электронов и дырок внутри перехода.

Единицы измерения	`A/m^2`
Значение по умолчанию	`0.0 A/m^2`
Имя для программного использования	`ISR`
Вычисляемый	Да

# Emission coefficient, N — коэффициент эмиссии

Details

Коэффициент эмиссии диода, или коэффициент идеальности. Значение должно быть .

Значение по умолчанию	`1.0`
Имя для программного использования	`N`
Вычисляемый	Да

# Emission coefficient for ISR, NR — коэффициент эмиссии для тока рекомбинации (ISR)

Details

Коэффициент эмиссии диода для тока рекомбинации. Значение должно быть .

Значение по умолчанию	`2.0`
Имя для программного использования	`NR`
Вычисляемый	Да

# Grading coefficient, M — коэффициент градации

Details

Коэффициент градации, . Значение должно находиться в промежутке .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок параметра Model junction capacitance.

Значение по умолчанию	`0.5`
Имя для программного использования	`M`
Вычисляемый	Да

# Junction potential, VJ — потенциал стыка
V | MV | kV | mV

Details

Потенциал стыка, . Значение должно быть .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок параметра Model junction capacitance.

Единицы измерения	`V` \| `MV` \| `kV` \| `mV`
Значение по умолчанию	`1.0 V`
Имя для программного использования	`VJ`
Вычисляемый	Да

# Ohmic resistance, RS — последовательное сопротивление
Ohm*m^2

Details

Сопротивление последовательного соединения диодов. Значение должно быть .

Единицы измерения	`Ohm*m^2`
Значение по умолчанию	`0.01 Ohm*m^2`
Имя для программного использования	`RS`
Вычисляемый	Да

Ёмкость p-n-перехода

# Model junction capacitance — включение емкости перехода

Details

Установите этот флажок, чтобы включить емкость перехода.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`model_junction_capacitance`
Вычисляемый	Нет

# Zero-bias junction capacitance, CJO — емкость перехода с нулевым смещением
F/m^2

Details

Значение емкости, расположенной параллельно экспоненциальному диоду. Значение должно быть .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок параметра Model junction capacitance.

Единицы измерения	`F/m^2`
Значение по умолчанию	`0.0 F/m^2`
Имя для программного использования	`CJO`
Вычисляемый	Да

# Capacitance coefficient, FC — коэффициент емкости

Details

Коэффициент соответствия, , который количественно определяет уменьшение барьерной емкости при приложении напряжения. Значение должно быть .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок параметра Model junction capacitance.

Значение по умолчанию	`0.5`
Имя для программного использования	`FC`
Вычисляемый	Да

# Transit time, TT — время переноса заряда
d | s | hr | ms | ns | us | min

Details

Время переноса заряда, , связанного с диффузионной емкостью. Значение должно быть .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок параметра Model junction capacitance.

Единицы измерения	`d` \| `s` \| `hr` \| `ms` \| `ns` \| `us` \| `min`
Значение по умолчанию	`0.0 s`
Имя для программного использования	`TT`
Вычисляемый	Да

# Specify initial condition — включение начального состояния

Details

Установите этот флажок, чтобы включить параметры задания начального состояния.

Блок SPICE Diode применяет начальное напряжение диода через конденсаторы перехода, а не через порты.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок параметра Model junction capacitance.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`capacitance_initial_condition`
Вычисляемый	Нет

# Initial condition voltage, V0 — начальное напряжение
V | MV | kV | mV

Details

Напряжение диода в начале симуляции.

Блок применяет начальное состояние к диодному переходу, поэтому начальное состояние эффективно только в том случае, если включено накопление заряда, т.е. когда один или оба параметра Zero-bias junction capacitance, CJO и Transit time, TT больше нуля.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажки параметров Model junction capacitance и Specify initial condition.

Единицы измерения	`V` \| `MV` \| `kV` \| `mV`
Значение по умолчанию	`0.0 V`
Имя для программного использования	`V0`
Вычисляемый	Да

Напряжение пробоя

# Model reverse breakdown — включение пробоя в обратном направлении

Details

Установите этот флажок, чтобы включить пробой в обратном направлении.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`model_reverse_breakdown`
Вычисляемый	Нет

# Reverse breakdown voltage, BV — пороговое напряжение обратного пробоя
V | MV | kV | mV

Details

Если напряжение падает ниже этого значения, блок моделирует быстрое увеличение проводимости, которое происходит при пробое диода. Значение должно быть .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок параметра Model reverse breakdown.

Единицы измерения	`V` \| `MV` \| `kV` \| `mV`
Значение по умолчанию	`Inf V`
Имя для программного использования	`BV`
Вычисляемый	Да

# Reverse breakdown current, IBV — ток обратного пробоя
A/m^2

Details

Ток диода, соответствующий напряжению, указанному для параметра Reverse breakdown voltage, BV. Значение должно быть .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок параметра Model reverse breakdown.

Единицы измерения	`A/m^2`
Значение по умолчанию	`1e-10 A/m^2`
Имя для программного использования	`IBV`
Вычисляемый	Да

# Low-level reverse breakdown knee current, IBVL — низкоуровневый ток колена обратного пробоя
A/m^2

Details

Низкоуровневый ток колена обратного пробоя.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок параметра Model reverse breakdown.

Единицы измерения	`A/m^2`
Значение по умолчанию	`0.0 A/m^2`
Имя для программного использования	`IBVL`
Вычисляемый	Да

# Reverse breakdown ideality factor, NBV — коэффициент идеальности обратного пробоя

Details

Коэффициент идеальности для параметра Reverse breakdown voltage, BV.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок параметра Model reverse breakdown.

Значение по умолчанию	`1.0`
Имя для программного использования	`NBV`
Вычисляемый	Да

# Low-level reverse breakdown ideality factor, NBVL — низкоуровневый коэффициент идеальности обратного пробоя

Details

Коэффициент идеальности для параметра Low-level reverse breakdown knee current, IBVL.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок параметра Model reverse breakdown.

Значение по умолчанию	`1.0`
Имя для программного использования	`NBVL`
Вычисляемый	Да

Температура

# Model temperature dependence using — включение зависимости от температуры
Device temperature | Fixed temperature

Details

Выберите одну из этих опций для моделирования температурной зависимости диода:

Device temperature – использование температуры устройства для моделирования температурной зависимости.
Fixed temperature – использование температуры, которая не зависит от температуры схемы, для моделирования температурной зависимости.

Для получения дополнительной информации см. раздел Температура диода.

Значения	`Device temperature` \| `Fixed temperature`
Значение по умолчанию	`Device temperature`
Имя для программного использования	`T_parameterization`
Вычисляемый	Нет

# Saturation current temperature exponent, XTI — экспонента температуры тока насыщения

Details

Порядок экспоненциального увеличения тока насыщения при повышении температуры. Значение должно быть .

Значение по умолчанию	`3.0`
Имя для программного использования	`XTI`
Вычисляемый	Да

# Activation energy, EG — энергия активации
Btu_IT | J | MJ | MWh | Wh | eV | kJ | kWh | mJ | mWh

Details

Энергия активации диода. Значение должно быть .

Единицы измерения	`Btu_IT` \| `J` \| `MJ` \| `MWh` \| `Wh` \| `eV` \| `kJ` \| `kWh` \| `mJ` \| `mWh`
Значение по умолчанию	`1.11 eV`
Имя для программного использования	`EG`
Вычисляемый	Да

Details

Линейный температурный коэффициент для параметра High-injection knee current, IKF.

Единицы измерения	`1/K` \| `1/degR` \| `1/deltaK` \| `1/deltadegC` \| `1/deltadegF` \| `1/deltadegR`
Значение по умолчанию	`0.0 1/K`
Имя для программного использования	`TIKF`
Вычисляемый	Да

Details

Линейный температурный коэффициент для параметра Ohmic resistance, RS.

Единицы измерения	`1/K` \| `1/degR` \| `1/deltaK` \| `1/deltadegC` \| `1/deltadegF` \| `1/deltadegR`
Значение по умолчанию	`0.0 1/K`
Имя для программного использования	`TRS1`
Вычисляемый	Да

Details

Квадратичный температурный коэффициент для Ohmic resistance, RS.

Единицы измерения	`1/K^2` \| `1/degR^2` \| `1/deltaK^2` \| `1/deltadegC^2` \| `1/deltadegF^2` \| `1/deltadegR^2`
Значение по умолчанию	`0.0 1/K^2`
Имя для программного использования	`TRS2`
Вычисляемый	Да

Details

Линейный температурный коэффициент для параметра Breakdown voltage, BV.

Единицы измерения	`1/K` \| `1/degR` \| `1/deltaK` \| `1/deltadegC` \| `1/deltadegF` \| `1/deltadegR`
Значение по умолчанию	`0.0 1/K`
Имя для программного использования	`TBV1`
Вычисляемый	Да

Details

Квадратичный температурный коэффициент для параметра Breakdown voltage, BV.

Единицы измерения	`1/K^2` \| `1/degR^2` \| `1/deltaK^2` \| `1/deltadegC^2` \| `1/deltadegF^2` \| `1/deltadegR^2`
Значение по умолчанию	`0.0 1/K^2`
Имя для программного использования	`TBV2`
Вычисляемый	Да

Details

Температура симуляции диода. Значение должно быть .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Model temperature dependence using значение Fixed temperature.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`300.15 K`
Имя для программного использования	`TFIXED`
Вычисляемый	Да

Details

Температура, при которой измеряются параметры диода. Значение должно быть .

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`300.15 K`
Имя для программного использования	`TMEAS`
Вычисляемый	Да

Details

Величина, на которую температура диода отличается от температуры цепи.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Model temperature dependence using значение Device temperature.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`0.0 K`
Имя для программного использования	`TOFFSET`
Вычисляемый	Да

SPICE Diode

Описание

Уравнения

Переменные с поправкой на геометрию

Температура диода

Внутренняя проводимость

Тепловое напряжение

Уравнения ток-напряжение

Заряд диода

Зависимость от температуры

Допущения и ограничения

Порты

Ненаправленные

Параметры

Основные

Ёмкость p-n-перехода

Напряжение пробоя

Температура

Смотрите также