Halfgeleiderapparaten in SPICE

De SPICE (S imulatie P programma, Ik geïntegreerde C ircuit E mphesis) elektronisch simulatieprogramma biedt circuitelementen en modellen voor halfgeleiders. De SPICE-elementnamen beginnen met d, q, j of m komen overeen met respectievelijk diode-, BJT-, JFET- en MOSFET-elementen. Deze elementen gaan vergezeld van overeenkomstige "modellen". Deze modellen hebben uitgebreide lijsten met parameters die het apparaat beschrijven. We vermelden ze hier echter niet. In deze sectie bieden we een zeer korte lijst van eenvoudige kruidenmodellen voor halfgeleiders, net genoeg om te beginnen. Voor meer details over modellen en een uitgebreide lijst met modelparameters, zie Kuphaldt.[TRK] Deze referentie geeft ook instructies over het gebruik van SPICE.

Modellen:

Diode

Diode: De diode-instructie begint met een diode-elementnaam die moet beginnen met "d" plus optionele tekens. Enkele voorbeelden van namen van diode-elementen zijn:d1, d2, dtest, da, db, d101, enz. Twee knooppuntnummers specificeren de verbinding van respectievelijk de anode en kathode met andere componenten. De knooppuntnummers worden gevolgd door een modelnaam, verwijzend naar een “.model”-statement.

De regel van de modelverklaring begint met ".model", gevolgd door de modelnaam die overeenkomt met een of meer diodeverklaringen. Het volgende is een "d" die aangeeft dat een diode wordt gemodelleerd. De rest van de modelverklaring is een lijst met optionele diodeparameters in de vorm ParameterName=ParameterValue. In het onderstaande voorbeeld worden er geen getoond. Voor een lijst, zie referentie, “diodes”.[TRK]

Algemene vorm:d[naam] [anode] [kathode] [model] .model [modelnaam] d ( [parmtr1=x] [parmtr2=y] . . .) Voorbeeld:d1 1 2 mod1 .model mod1 d

Modellen voor specifieke diode-onderdeelnummers worden vaak geleverd door de fabrikant van halfgeleiderdiodes. Deze modellen bevatten parameters. Anders worden de parameters standaard ingesteld op zogenaamde "standaardwaarden", zoals in het voorbeeld.

Bipolaire junctietransistor (BJT)

BJT, bipolaire junctietransistor: De BJT-elementinstructie begint met een elementnaam die moet beginnen met "q" met bijbehorende circuitsymbooltekens, bijvoorbeeld:q1, q2, qa, qgood. De BJT-knooppuntnummers (verbindingen) identificeren respectievelijk de bedrading van de collector, basis, emitter. Een modelnaam die volgt op de knooppuntnummers is gekoppeld aan een modelverklaring.

Algemene vorm:q[naam] [collector] [basis] [emitter] [model] .model [modelnaam] [npn of pnp] ([parmtr1=x] . . .) Voorbeeld:q1 2 3 0 mod1 .model mod1 pnp Voorbeeld:q2 7 8 9 q2n090 .model q2n090 npn ( bf=75 )

De modelverklaring begint met ".model", gevolgd door de modelnaam, gevolgd door een van "npn" of "pnp". De optionele lijst met parameters volgt en kan enkele regels voortduren, beginnend met het lijnvervolgsymbool “+”, plus. Hierboven wordt de forward β-parameter weergegeven die is ingesteld op 75 voor het hypothetische q2n090-model. Gedetailleerde transistormodellen zijn vaak verkrijgbaar bij fabrikanten van halfgeleiders.

Veldeffecttransistor (FET)

FET, veldeffecttransistor De veldeffecttransistorelementinstructie begint met een elementnaam die begint met "j" voor JFET geassocieerd met enkele unieke tekens, bijvoorbeeld:j101, j2b, jalpha, enz. De knooppuntnummers volgen voor respectievelijk de drain-, gate- en source-terminals. De knooppuntnummers definiëren de connectiviteit met andere circuitcomponenten. Ten slotte geeft een modelnaam het te gebruiken JFET-model aan.

Algemene vorm:j[naam] [afvoer] [poort] [bron] [model] .model [modelnaam] [njf of pjf] ( [parmtr1=x] . . .) Voorbeeld:j1 2 3 0 mod1 .model mod1 pjf j3 4 5 0 mod2 .model mod2 njf ( vto=-4.0 )

Het ".model" in de JFET-modelinstructie wordt gevolgd door de modelnaam om dit model te identificeren voor de JFET-elementinstructie(s) die het gebruiken. Na de modelnaam is pjf of njf voor respectievelijk p-channel of n-channel JFET's. Een lange lijst met JFET-parameters kan volgen. We laten alleen zien hoe u Vp, afknijpspanning, instelt op -4,0 V voor een n-kanaals JFET-model. Anders wordt deze vto-parameter standaard ingesteld op -2,5 V of 2,5 V voor respectievelijk n-kanaals of p-kanaals apparaten.

Metaaloxide-veldeffecttransistor (MOSFET)

MOSFET, metaaloxide veldeffecttransistor De naam van het MOSFET-element moet beginnen met "m" en is het eerste woord in de elementinstructie. Hieronder volgen de vier knooppuntnummers voor respectievelijk de afvoer, poort, bron en substraat. Het volgende is de modelnaam. Merk op dat de bron en het substraat beide zijn verbonden met hetzelfde knooppunt "0" in het voorbeeld. Discrete MOSFET's zijn verpakt als drie eindapparaten, de bron en het substraat zijn dezelfde fysieke terminal. Geïntegreerde MOSFET's zijn vier eindapparaten; het substraat is een vierde terminal. Geïntegreerde MOSFET's kunnen meerdere apparaten hebben die hetzelfde substraat delen, los van de bronnen. De bronnen kunnen echter nog steeds op het gemeenschappelijke substraat zijn aangesloten.

Algemene vorm:m[naam] [afvoer] [poort] [bron] [substraat] [model] .model [modelnaam] [nmos of pmos] ( [parmtr1=x] . . . ) Voorbeeld:m1 2 3 0 0 mod1 m5 5 6 0 0 mod4 .model mod1 pmos .model mod4 nmos (vto=1)

De MOSFET-modelinstructie begint met ".model" gevolgd door de modelnaam gevolgd door "pmos" of "nmos". Optionele MOSFET-modelparameters volgen. De lijst met mogelijke parameters is lang. Zie Deel 5, “MOSFET” voor details. [TRK] MOSFET-fabrikanten bieden gedetailleerde modellen. Anders zijn de standaardinstellingen van kracht.

De absolute minimale SPICE-informatie over halfgeleiders wordt in deze sectie gegeven. De hier getoonde modellen maken simulatie van basiscircuits mogelijk. Deze modellen houden met name geen rekening met hoge snelheid of hoge frequenties. Simulaties worden getoond in Volume 5 Hoofdstuk 7, "SPICE gebruiken ...".

BEOORDELING:

• Halfgeleiders kunnen met SPICE worden gesimuleerd.
• SPICE biedt elementstatements en modellen voor de diode, BJT, JFET en MOSFET.