Методические указания к курсовой работе «разработка математических моделей электронных схем в различных режимах их работы»

Вид материала

Методические указания

Содержание Математичесеие модели прибороп Вольт-амперные характеристи­ки диода. TT*G; Cj - барьерная емкость перехода  CJO Линеаризованная схема замещения диода Рис.П 3. Линеаризованная схема замещения диода (а) с включением источников внутреннего шума (б)Температурные зависимости парамет Скалярный множитель Area IKF Линейный температурный коэффициент BV

Подобный материал:

• Методические указания к лабораторной работе по курсу Компьютерный анализ электронных, 270.05kb.
• Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Методы оптимизации», 123.01kb.
• Математические методы анализа и расчета электронных схем, 95.82kb.
• Методические указания по самостоятельной подготовке к практическим занятиям и выполнению, 426.22kb.
• Методические указания к лабораторной работе №5 по курсу "Системы передачи данных" Проектирование, 49.75kb.
• Методические указания к выполнению курсовых работ по дисциплине «финансы и кредит», 489.86kb.
• Методические указания к выполнению курсовой работы «Разработка приложений, предназначенных, 348.71kb.
• Программа дисциплины по кафедре "Вычислительной техники" линейно-импульсные электронные, 289.53kb.
• Методические указания к курсовой работе для специальностей 220100 Вычислительные машины,, 87.91kb.
• Л. В. Пелленен методические указания по подготовке и защите курсовой работы для студентов, 694.67kb.

Математичесеие модели прибороп

Диод

Схема замещения полупроводникового диода (рис.П1) состоит из идеального диода, изображенного в виде не­линейного зависимого источника тока I(V), емкости р-п-перехода С и объемного сопро­тивления R_S . Нелинейная модель полупро­водникового диода.


Вольт-амперные характеристи­ки диода.

Ток диода представля­ется в виде разности токов

I=I_fwd-I_rev

Зависимость

I_fwd=I_n*K_inj+I_rec*K_gen

аппроксимирует ВАХ диода при положительном на­пряжении на переходе V.

Здесь I_n =IS*(ехр[V/(NR*V_t)]-1)-нормальная составляющая тока;

I_r=ISR*(exp[V/(NR*V_t)]-1) - ток рекомбинации;

K_inj - коэффициент инжекции

Рис. П1.

 [IKF/(IKF+ I_n)]^0.5 при IKF > 0;

K_inj = 

 1 при IKF<0;

K_gen = [(1-V/VJ)²+0.005]^M/2 - коэффициент генерации.

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

I_rev= I_rev.high+I_rev.low

где

I_rev.high = IBV *exp [-(V+BV / (NBV*V_t)]

I_rev.low= IBVL*exp [-(V+BV / (NBVL*V_t)]

V_t=kT/q -температурный потенциал перехода (0,026 В при номинальной температуре 27°С); k = 1,38*10^-23 Дж/°С-постоянная Больцмана; q = 1,6-10^-19 Кл заряд электрона; Т- абсолютная темпера-

ратура р-n-перехода. Вид ВАХ диода

рис.П2 показан на рис.П2.


Емкость перехода С

С=С_t+С_j,

где С_t диффузионная емкость перехода; C_t= TT*G;

Cj - барьерная емкость перехода

 CJO*(1-V/VJ)^-M при V < FC*VJ;

Cj = 

 CJO*(1-FC)^-(1+M)*[1-FC*(1+M)+M*V/VJ] при V > FC*VJ;

G=d(K_inj *I)/dV - дифференциальная проводимость пе­рехода для текущих значений I и V.

Линеаризованная схема замещения диода.

Схе­ма приведена на рис.П3,а. Ее можно дополнить источниками шумовых токов, как показано на рис.П3,б. В диоде имеются следующие источники шума:

• объемное сопротивление RS, характеризующееся теп­ловым током I_шRS со
  

спектральной плотностью S_RS=4*k*T/(RS-Area);

• дробовой и фликкер-шум диода, ха­рактеризующийся током I_шd со спектральной плотностью S_ш=2*q*l+KF*I^AF/f, где f - текущая частота.
  

Рис.П 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*V_t(T)]T/Tnom-1)}*(T/Tnom)^XTI/N

ISR(T)=ISR*exp{EG(T)/[N*V_t(T)]T/Tnom-1)}*(T/Tnom)^XTI/N

IKF(T)=IKF*[1+TIKF*(T-Tnom)]

BV(T)=BV*[1+TBV1*(T-Tnom)+ TBV2*(T-Tnom)²]

RS(T)=RS*[1+TRS1*(T-Tnom)+ TRS2*(T-Tnom)²]

VJ(T)=VJ*T/Tnom-3*V_t(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)=E*Go-a*T²/(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, V_t, VJ, CJO, KF, AF, EG берутся для номинальной температуры Тnom; для кремния EGo=1,16 эВ,

а=7*10^-4, b=1108; XTI=3 для диодов с р-n-переходом и ХТI=2 для диодов с барьером Шотки.

Значение номинальной температуры Тnom устанав­ливается с помощью опции TNOM (по умолчанию Тпот=27°С).

Приведенные выше выражения описывают диоды с р-n-переходом, включая и стабилитроны. Диоды с барь­ером Шотки также характеризуются этими зависимос­тями, но они обладают очень малым временем переноса ТТ~0 и более чем на два порядка большими значениями тока диода I. При этом ток насыщения определяется зависимостью IS=K*Т*ехр(-_b/V;),

где К - эмпирическая константа; _b - высота барьера Шотки.


Скалярный множитель Area.

Указываемый при вклю­чении диода в схему, он позволяет в про­грамме 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*Aiva, RS=RS/Area, CJO=CJO*Area.

По умолчанию скалярный множитель Агеа=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)


Параметры математической модели диода приведены в табл.п.1.


Таблица 1

Имя Параметра	Параметр	Значение по умолчанию	Единица измерения
IS RS N ISR NR IKF ТТ CJO VJ М EG FC BV IBV NBV IBVL NBVL ХТ1 Т1КР TBV1 TBV2 TRS1 TRS2 KF AF T_MEASURD T_ABS T_REL_GLOBAL Т_REL_LOCL	Ток насыщения при температуре 27°С Объемное сопротивление Коэффициент инжекции Параметр тока рекомбинации Коэффициент эмиссии для тока ISR Предельный ток при высоком уровне инжекции Время переноса заряда Барьерная емкость при нулевом смещении Контактная разность потенциалов Коэффициент лавинного умножения Ширина запрещенной зоны Коэффициент нелинейности барьерной емкости прямосмещенного перехода Обратное напряжение пробоя (положительная величина) Начальный ток пробоя, соответствующий напряжению BV (положительная величина) Коэффициент неидеальности на участке пробоя Начальный ток пробоя низкого уровня Коэффициент неидеальности на участке пробоя низкого уровня Температурный коэффициент тока насыщения Линейный температурный коэффициент IKF Линейный температурный коэффициент BV Квадратичный температурный коэффициент BV Линейный температурный коэффициент RS Квадратичный температурный коэффициент RS Коэффициент фликкер-шума Показатель степени в формуле фликкер-шума Температура измерений Абсолютная температура Относительная температура Разность между температурой диода и модели-прототипа	10-14 0 1 0 2  0 0 1 0,5 1,11 0,5  10-10 1 0 1 3 0 0 0 0 0 0 1	А Ом А А с Ф В эВ В А А °С-1 °C-1 °C-2 °C-1 °C-2 °C °C °C °C