Model SPICE

Model SPICE untuk Dioda

Pendekatan termudah untuk mengambil model SPICE adalah sama seperti untuk lembar data:lihat situs web produsen. Tabel di bawah mencantumkan parameter model untuk beberapa dioda yang dipilih. Strategi fallback adalah membangun model SPICE dari parameter yang tercantum pada lembar data. Strategi ketiga, yang tidak dipertimbangkan di sini, adalah melakukan pengukuran perangkat yang sebenarnya. Kemudian, hitung, bandingkan, dan sesuaikan parameter SPICE dengan pengukuran.

Parameter SPICE dioda

Jika parameter dioda tidak ditentukan seperti pada model "Contoh" di atas, parameter tersebut mengambil nilai default yang tercantum dalam Tabel di atas dan Tabel di bawah. Dioda sirkuit terpadu model default ini. Ini tentu cukup untuk pekerjaan awal dengan perangkat diskrit Untuk pekerjaan yang lebih kritis, gunakan model SPICE yang disediakan oleh pabrikan [DIn], vendor SPICE, dan sumber lainnya. [smi]

Parameter SPICE untuk dioda yang dipilih; sk=schottky Ge=germanium; silikon lain.

Jika tidak, dapatkan beberapa parameter dari lembar data.

Menurunkan Model SPICE dari Lembar Spesifikasi

Pertama pilih nilai untuk parameter bumbu N antara 1 dan 2. Hal ini diperlukan untuk persamaan dioda (n). Massobrio [PAGM] hlm 9, merekomendasikan “.. n, koefisien emisi biasanya sekitar 2.” Pada Tabel di atas, kita melihat bahwa penyearah daya 1N3891 (12 A), dan 10A04 (10 A) keduanya menggunakan sekitar 2. Empat yang pertama dalam tabel tidak relevan karena masing-masing adalah sinyal kecil schottky, schottky, germanium, dan silikon . Arus saturasi, IS, diturunkan dari persamaan dioda, nilai (V_D , saya_D ) pada grafik pada Gambar di atas, dan N=2 (n dalam persamaan dioda).

 ID =IS (e
VD /nVT 
 -1) VT =26 mV pada 25
o
 C n =2.0 VD =0,925 V pada 1 A dari grafik 1 A =IS (e
(0,925 V)/(2)(26 mV)
 -1) SayaS =18.8E-9 

Nilai numerik IS=18.8n dan N=2 dimasukkan di baris terakhir Tabel di atas untuk perbandingan dengan model pabrikan untuk 1N4004, yang sangat berbeda. RS default ke 0 untuk saat ini. Nanti ditaksir. Parameter statis DC yang penting adalah N, IS, dan RS. Rasyid [MHR] menyarankan bahwa TT, _D , waktu transit, diperkirakan dari biaya tersimpan pemulihan terbalik Q_RR , parameter lembar data (tidak tersedia di lembar data kami) dan I_F , meneruskan arus.

 ID =IS (e
VD /nVT 
 -1) D =TRR /IB 

Kami mengambil TT=0 default karena kurangnya Q_RR . Meskipun masuk akal untuk mengambil TT untuk penyearah serupa seperti 10A04 di 4.32u. 1N3891 TT bukan pilihan yang valid karena merupakan penyearah pemulihan yang cepat. CJO, kapasitansi sambungan bias nol diperkirakan dari V_R vs C_J grafik pada Gambar di atas. Kapasitansi pada tegangan terdekat ke nol pada grafik adalah 30 pF pada 1 V. Jika mensimulasikan respons transien kecepatan tinggi, seperti pada catu daya regulator switching, parameter TT dan CJO harus disediakan.

Koefisien gradasi persimpangan M terkait dengan profil doping persimpangan. Ini bukan item lembar data. Standarnya adalah 0,5 untuk persimpangan mendadak. Kami memilih M=0,333 yang sesuai dengan persimpangan bergradasi linier. Penyearah daya pada Tabel di atas menggunakan nilai M yang lebih rendah daripada 0,5.

Kami mengambil nilai default untuk VJ dan EG. Lebih banyak dioda yang menggunakan VJ=0,6 daripada yang ditunjukkan pada Tabel di atas. Namun penyearah 10A04 menggunakan default, yang kami gunakan untuk model 1N4004 kami (Da1N4001 pada Tabel di atas). Gunakan default EG=1.11 untuk dioda dan penyearah silikon. Tabel di atas mencantumkan nilai untuk dioda schottky dan germanium. Ambil XTI=3, koefisien suhu IS default untuk perangkat silikon. Lihat Tabel di atas untuk XTI untuk dioda schottky.

Lembar data yang disingkat, Gambar di atas, mencantumkan I_R =5 A @ V_R =400 V, sesuai dengan IBV=5u dan BV=400 masing-masing. Parameter SPICE 1n4004 yang berasal dari lembar data tercantum di baris terakhir Tabel di atas untuk perbandingan dengan model pabrikan yang tercantum di atasnya. BV hanya diperlukan jika simulasi melebihi tegangan tembus terbalik dioda, seperti halnya dioda zener. IBV, arus breakdown terbalik, sering dihilangkan, tetapi dapat dimasukkan jika dilengkapi dengan BV.

Membandingkan Model Dioda dari Sumber Berbeda

Gambar di bawah menunjukkan rangkaian untuk membandingkan model pabrikan, model yang diturunkan dari lembar data, dan model default menggunakan parameter default. Tiga sumber 0 V dummy diperlukan untuk pengukuran arus dioda. Sumber 1 V disapu dari 0 ke 1,4 V dalam langkah 0,2 mV. Lihat pernyataan .DC di netlist pada Tabel di bawah ini. DI1N4004 adalah model dioda pabrikan, Da1N4004 adalah model dioda turunan kami.

Rangkaian SPICE untuk perbandingan model pabrikan (D1), model lembar data terhitung (D2), dan default model (D3).

Parameter netlist SPICE:(D1) model pabrikan DI1N4004, (D2) lembar data Da1N40004 diturunkan, (D3) model dioda default.

*Sirkuit SPICE <03468.eps> dari XCircuit v3.20 D1 1 5 DI1N4004 V1 5 0 0 D2 1 3 Da1N4004 V2 3 0 0 D3 1 4 Standar V3 4 0 0 V4 1 0 1 .DC V4 0 1400mV 0.2m .model Da1N4004 D (IS=18.8n RS=0 BV=400 IBV=5.00u CJO=30 +M=0,333 N=2,0 TT=0) .MODEL DI1N4004 D (IS=76.9n RS=42.0m BV=400 IBV=5.00u CJO=39.8p +M=0,333 N=1,45 TT=4,32u) .MODEL Default D .akhir 

Kami membandingkan tiga model pada Gambar di bawah ini. dan untuk data grafik datasheet pada Tabel di bawah ini. VD adalah tegangan dioda versus arus dioda untuk model pabrikan, model lembar data terhitung kami, dan model dioda default. Kolom terakhir "grafik 1N4004" berasal dari kurva tegangan versus arus datasheet pada Gambar di atas yang kami coba cocokkan. Perbandingan arus untuk tiga model dengan kolom terakhir menunjukkan bahwa model default bagus pada arus rendah, model pabrikan bagus pada arus tinggi, dan model lembar data terhitung kami adalah yang terbaik hingga 1 A. Kesepakatan hampir sempurna pada 1 A karena perhitungan IS didasarkan pada tegangan dioda pada 1 A. Model kami sangat melebihi keadaan arus di atas 1 A.

Uji coba pertama model pabrikan, model lembar data terhitung, dan model default.

Perbandingan model pabrikan, model lembar data terhitung, dan model default dengan grafik lembar data 1N4004 V vs I.

model model model 1N4004 indeks grafik default lembar data produsen VD 3500 7.000000e-01 1.612924e+00 1.416211e-02 5.674683e-03 0,01 4001 8.002000e-01 3.346832e+00 9.825960e-02 2.731709e-01 0.13 4500 9.000000e-01 5.310740e+00 6.764928e-01 1.294824e+01 0.7 4625 9.250000e-01 5.823654e+00 1.096870e+00 3.404037e+01 1.0 5000 1.000000e-00 7.395953e+00 4.675526e+00 6.185078e+02 2.0 5500 1.100000e+00 9.548779e+00 3.231452e+01 2.954471e+04 3.3 6000 1.200000e+00 1.174489e+01 2.233392e+02 1.411283e+06 5.3 6500 1.300000e+00 1.397087e+01 1.543591e+03 6.741379e+07 8.0 7000 1.400000e+00 1.621861e+01 1.066840e+04 3.220203e+09 12.

Solusinya adalah dengan meningkatkan RS dari default RS=0. Mengubah RS dari 0 ke 8m dalam model lembar data menyebabkan kurva berpotongan 10 A (tidak ditampilkan) pada tegangan yang sama dengan model pabrikan. Meningkatkan RS menjadi 28.6m menggeser kurva lebih jauh ke kanan seperti yang ditunjukkan pada Gambar di bawah. Ini memiliki efek lebih dekat mencocokkan model lembar data kami dengan grafik lembar data (Gambar di atas). Tabel di bawah menunjukkan bahwa arus 1.224470e+01 A pada 1,4 V sesuai dengan grafik pada 12 A. Namun, arus pada 0,925 V telah menurun dari 1,096870e+00 di atas menjadi 7.318536e-01.

Uji coba kedua untuk menyempurnakan model lembar data terhitung dibandingkan dengan model pabrikan dan model default.

Mengubah pernyataan model Da1N4004 RS=0 menjadi RS=28.6m menurunkan arus pada VD=1.4 V menjadi 12,2 A.

.model Da1N4004 D (IS=18.8n RS=28.6m BV=400 IBV=5.00u CJO=30 +M=0,333 N=2,0 TT=0) model model 1N4001 indeks grafik lembar data produsen VD 3505 7.010000e-01 1.628276e+00 1.432463e-02 0.01 4000 8.000000e-01 3.343072e+00 9.297594e-02 0.13 4500 9.000000e-01 5.310740e+00 5.102139e-01 0.7 4625 9.250000e-01 5.823654e+00 7.318536e-01 1.0 5000 1.000.000e-00 7.395953e+00 1.763520e+00 2.0 5500 1.100000e+00 9.548779e+00 3.848553e+00 3.3 6000 1.200000e+00 1.174489e+01 6.419621e+00 5.3 6500 1.300000e+00 1.397087e+01 9.254581e+00 8.0 7000 1.400000e+00 1.621861e+01 1.224470e+01 12. 

Latihan pembaca yang disarankan:turunkan N sehingga arus pada VD=0,925 V dikembalikan ke 1 A. Hal ini dapat meningkatkan arus (12,2 A) pada VD=1,4 ​​V yang memerlukan peningkatan RS untuk menurunkan arus menjadi 12 A.

Dioda Zener: Ada dua pendekatan untuk memodelkan dioda zener:atur parameter BV ke tegangan zener dalam pernyataan model, atau buat model zener dengan subsirkuit yang berisi penjepit dioda yang disetel ke tegangan zener. Contoh pendekatan pertama menetapkan tegangan tembus BV ke 15 untuk model dioda zener 15 V 1n4469 (IBV opsional):

 .model D1N4469 D ( BV=15 IBV=17m ) 

Pendekatan kedua memodelkan zener dengan subcircuit. Clamper D1 dan VZ pada Gambar di bawah memodelkan tegangan tembus terbalik 15 V dari dioda zener 1N4477A. Dioda DR menyumbang konduksi maju zener di sub-sirkuit.

.SUBCKT DI-1N4744A 1 2 * Terminal A K D1 1 2 DF DZ 3 1 DR VZ 2 3 13,7 .MODEL DF D ( IS=27.5p RS=0.620 N=1.10 + CJO=78,3p VJ=1,00 M=0,330 TT=50,1n ) .MODEL DR D ( IS=5.49f RS=0.804 N=1.77 ) .AKHIR 

Subcircuit dioda zener menggunakan penjepit (D1 dan VZ) untuk memodelkan zener.

Dioda terowongan: Dioda terowongan dapat dimodelkan oleh sepasang transistor efek medan (JFET) dalam subsirkuit SPICE. [KHM] Rangkaian osilator juga ditampilkan dalam referensi ini.

Dioda Gunn: Dioda Gunn juga dapat dimodelkan oleh sepasang JFET. [ISG] Referensi ini menunjukkan osilator relaksasi gelombang mikro.

TINJAUAN:

• Dioda dijelaskan dalam SPICE dengan pernyataan komponen dioda yang mengacu pada pernyataan .model. Pernyataan .model berisi parameter yang menjelaskan dioda. Jika parameter tidak disediakan, model akan mengambil nilai default.
• Parameter DC statis meliputi N, IS, dan RS. Parameter perincian terbalik:BV, IBV.
• Pengaturan waktu dinamis yang akurat memerlukan parameter TT dan CJO
• Model yang disediakan oleh produsen sangat direkomendasikan.

Teknologi Dioda Lainnya Pengantar Bipolar Junction Transistor (BJT)