Panduan Komprehensif Pemodelan Perangkat Semikonduktor dalam SPICE

Program simulasi elektronik SPICE (Simulation Program, Integrated Circuit Emphasis) menyediakan elemen rangkaian dan model untuk perangkat semikonduktor. Nama elemen SPICE yang dimulai dengan d, q, j, atau m masing-masing terkait dengan dioda, BJT, JFET, dan MOSFET. Elemen-elemen ini disertai dengan model yang sesuai. Model-model ini memiliki daftar parameter yang luas yang menggambarkan perangkat, meskipun kami tidak mencantumkan semuanya di sini. Dalam bagian ini, kami memberikan daftar singkat model SPICE sederhana untuk semikonduktor, cukup untuk memulai. Untuk detail lebih lanjut tentang model dan daftar parameter model yang luas, lihat Kuphaldt.[TRK] Referensi ini juga memberikan petunjuk penggunaan SPICE.

Model

Dioda: Pernyataan elemen dioda dimulai dengan nama elemen dioda yang harus dimulai dengan “d” ditambah karakter opsional. Beberapa contoh nama elemen dioda meliputi: d1, d2, dtest, da, db, d101, dan sebagainya. Dua nomor node menentukan koneksi anoda dan katoda, masing-masing, ke komponen lain. Nomor node diikuti oleh nama model yang merujuk pada pernyataan “.model”.

Baris pernyataan model dimulai dengan “.model”, diikuti oleh nama model yang cocok dengan satu atau lebih pernyataan dioda. Selanjutnya adalah “d” yang menunjukkan bahwa dioda sedang dimodelkan. Sisa pernyataan model adalah daftar parameter dioda opsional dalam bentuk NamaParameter=NilaiParameter. Tidak ada yang ditunjukkan dalam contoh di bawah. Untuk daftarnya, lihat referensi, “dioda”.[TRK]

Bentuk umum: d[nama] [anoda] [katoda] [model] .model [namamodel] d ( [parmtr1=x] [parmtr2=y] . . .) Contoh: d1 1 2 mod1 .model mod1 d

Model untuk nomor bagian dioda tertentu sering disediakan oleh produsen dioda semikonduktor. Model-model ini mencakup parameter. Jika tidak, parameter default ke nilai yang disebut “nilai default”, seperti dalam contoh.

Transistor Sambungan Bipolar (BJT)

BJT, transistor sambungan bipolar: Pernyataan elemen BJT dimulai dengan nama elemen yang harus dimulai dengan “q” dengan karakter penentu simbol rangkaian yang terkait, contoh: q1, q2, qa, qgood. Nomor node BJT (koneksi) mengidentifikasi kabeling kolektor, basis, emitor, masing-masing. Nama model yang mengikuti nomor node terkait dengan pernyataan model.

Bentuk umum: q[nama] [kolektor] [basis] [emitor] [model] .model [namamodel] [npn atau pnp] ([parmtr1=x] . . .) Contoh: q1 2 3 0 mod1 .model mod1 pnp Contoh: q2 7 8 9 q2n090 .model q2n090 npn ( bf=75 )

Pernyataan model dimulai dengan “.model”, diikuti oleh nama model, diikuti oleh salah satu “npn” atau “pnp”. Daftar parameter opsional berikutnya, dan dapat melanjutkan selama beberapa baris yang dimulai dengan simbol lanjutan baris “+”, plus. Ditunjukkan di atas adalah parameter forward β diatur ke 75 untuk model hipotetis q2n090. Model transistor detail sering tersedia dari produsen semikonduktor.

Transistor Efek Medan (FET)

FET, transistor efek medan Pernyataan elemen transistor efek medan dimulai dengan nama elemen yang dimulai dengan “j” untuk JFET yang terkait dengan karakter unik, contoh: j101, j2b, jalpha, dll. Nomor node berikutnya untuk terminal drain, gate, dan source, masing-masing. Nomor node menentukan konektivitas ke komponen rangkaian lain. Terakhir, nama model menunjukkan model JFET yang akan digunakan.

Bentuk umum: j[nama] [drain] [gate] [source] [model] .model [namamodel] [njf atau pjf] ( [parmtr1=x] . . .) Contoh: j1 2 3 0 mod1 .model mod1 pjf j3 4 5 0 mod2 .model mod2 njf ( vto=-4.0 )

“.model” dalam pernyataan model JFET diikuti oleh nama model untuk mengidentifikasi model ini pada pernyataan elemen JFET yang menggunakannya. Setelah nama model adalah pjf atau njf untuk JFET saluran p atau n, masing-masing. Daftar parameter JFET yang panjang dapat mengikutinya. Kami hanya menunjukkan cara mengatur Vp, tegangan pinch off, ke -4.0 V untuk model JFET saluran n. Jika tidak, parameter vto ini default ke -2.5 V atau 2.5 V untuk perangkat saluran n atau p, masing-masing.

Transistor Efek Medan Logam Oksida (MOSFET)

MOSFET, transistor efek medan logam oksida Nama elemen MOSFET harus dimulai dengan “m”, dan adalah kata pertama dalam pernyataan elemen. Berikutnya adalah empat nomor node untuk drain, gate, source, dan substrat, masing-masing. Selanjutnya adalah nama model. Perhatikan bahwa source dan substrat keduanya terhubung ke node yang sama “0” dalam contoh. MOSFET diskrit dikemas sebagai perangkat tiga terminal, source dan substrat adalah terminal fisik yang sama. MOSFET terintegrasi adalah perangkat empat terminal; substrat adalah terminal keempat. MOSFET terintegrasi dapat memiliki banyak perangkat yang berbagi substrat yang sama, terpisah dari sources. Meskipun, sources mungkin masih terhubung ke substrat umum.

Bentuk umum: m[nama] [drain] [gate] [source] [substrat] [model] .model [namamodel] [nmos atau pmos] ( [parmtr1=x] . . . ) Contoh: m1 2 3 0 0 mod1 m5 5 6 0 0 mod4 .model mod1 pmos .model mod4 nmos ( vto=1 )

Pernyataan model MOSFET dimulai dengan “.model” diikuti oleh nama model diikuti oleh “pmos” atau “nmos”. Parameter model MOSFET opsional mengikutinya. Daftar parameter yang mungkin panjang. Lihat Volume 5, “MOSFET” untuk detail. [TRK] Produsen MOSFET menyediakan model detail. Jika tidak, default berlaku.

Informasi SPICE semikonduktor minimum disediakan dalam bagian ini. Model yang ditunjukkan di sini memungkinkan simulasi rangkaian dasar. Secara khusus, model-model ini tidak mengakomodasi operasi kecepatan tinggi atau frekuensi tinggi. Simulasi ditunjukkan di Bab 7 Volume 5, “Menggunakan SPICE ...”.

TINJAUAN:

• Semikonduktor dapat disimulasikan komputer dengan SPICE.
• SPICE menyediakan pernyataan elemen dan model untuk dioda, BJT, JFET, dan MOSFET.