SPICE 모델

SPICE 회로 시뮬레이션 프로그램은 회로 시뮬레이션에서 다이오드 모델링을 제공합니다. 다이오드 모델은 제품 데이터 시트에 설명된 개별 장치의 특성과 나열되지 않은 제조 공정 특성을 기반으로 합니다. 아래 그림의 1N4004 데이터 시트에서 일부 정보를 추출했습니다.

데이터 시트 1N4004 발췌, [DI4] 뒤.

다이오드 문은 "d"와 선택적 문자로 시작해야 하는 다이오드 요소 이름으로 시작합니다. 다이오드 요소 이름의 예는 d1, d2, dtest, da, db, d101입니다. 두 개의 노드 번호는 각각 다른 구성 요소에 대한 양극과 음극의 연결을 지정합니다. 노드 번호 뒤에 모델 이름이 오고 이는 후속 ".model" 문을 참조합니다.

모델 설명 줄은 ".model"로 시작하고 그 뒤에 하나 이상의 다이오드 설명과 일치하는 모델 이름이 옵니다. 다음으로 "d"는 다이오드가 모델링되고 있음을 나타냅니다. 모델 문의 나머지는 ParameterName=ParameterValue 형식의 선택적 다이오드 매개변수 목록입니다. 아래 예제에서는 사용되지 않습니다. Example2에는 일부 매개변수가 정의되어 있습니다. 다이오드 매개변수 목록은 아래 표를 참조하십시오.

<사전> 일반 형식:d[이름] [양극] [음극] [모델 이름] .model ([모델명] d [parmtr1=x] [parmtr2=y] . . .) 예:d1 1 2 mod1 .모델 모드1 d 예 2:D2 1 2 Da1N4004 .모델 Da1N4004 D(IS=18.8n RS=0 BV=400 IBV=5.00u CJO=30 M=0.333 N=2)

다이오드용 SPICE 모델

SPICE 모델에 대해 취하는 가장 쉬운 접근 방식은 데이터 시트의 경우와 동일합니다. 제조업체의 웹 사이트를 참조하십시오. 아래 표는 일부 선택된 다이오드에 대한 모델 매개변수를 나열합니다. 대체 전략은 데이터 시트에 나열된 매개변수에서 SPICE 모델을 구축하는 것입니다. 여기에서 고려되지 않은 세 번째 전략은 실제 장치를 측정하는 것입니다. 그런 다음 SPICE 매개변수를 계산, 비교 및 ​​조정합니다.

다이오드 SPICE 매개변수

기호 이름 매개변수 단위 기본값 나_S IS포화 전류(다이오드 방정식)A1E-14R_S RSParsitic resistance (직렬 저항)Ω0nNE방출 계수, 1 ~ 2-1τ_D TT이동 시간0C_D (0)CJOZero 바이어스 접합 커패시턴스F0φ₀ VJ접합 전위V1mM접합 등급 계수-0.5--선형 경사 접합의 경우 0.33-급격 접합의 경우 0.5--E_g EG활성화 에너지:eV1.11--Si:1.11----Ge:0.67----Schottky:0.69--p_i XTIIS 온도 지수-3.0--pn 접합:3.0----쇼트키:2.0--k_f KFFlicker 노이즈 계수-0a_f AFFlicker 노이즈 지수-1FCFC순방향 바이어스 공핍 커패시턴스 계수-0.5BVBV역방향 항복 전압V∞IBVIBV역방향 항복 전류A1E-3

다이오드 매개변수가 위의 "예시" 모델과 같이 지정되지 않은 경우 매개변수는 위의 표 및 아래의 표에 나열된 기본값을 사용합니다. 이러한 기본값은 집적 회로 다이오드를 모델링합니다. 이것은 이산 장치를 사용한 예비 작업에 확실히 적합합니다. 보다 중요한 작업의 경우 제조업체[DIn], SPICE 공급업체 및 기타 소스에서 제공하는 SPICE 모델을 사용하십시오. [스미]

선택한 다이오드에 대한 SPICE 매개변수; sk=쇼트키 Ge=게르마늄; 기타 실리콘.

부분 이 RS N TT CJO 남 VJ EG XTI BV IBV Default1E-1401000.511.113∞1m1N5711 sk315n2.82.031.44n2.00p0.333-0.6927010u1N5712 sk680p121.00350p1.0p0.50.60.69220-1N34 Ge200p84m2.19144n4.82p0.3330.750.67-6015u1N414835p64m1.245.0n4.0p0.2850.6-- 75-1N389163n9.6m2110n114p0.2550.6--250-10A04 10A844n2.06m2.064.32u277p0.333 --- 40010u1N4004 1A76.9n42.2m1.454.32u39.8p0.333 --- 4005u1N4004 데이터 sheet18.8n-2-30p0.333 ---4005u

그렇지 않으면 데이터 시트에서 일부 매개변수를 도출하십시오.

사양 시트에서 SPICE 모델 파생

먼저 1과 2 사이의 스파이스 매개변수 N 값을 선택합니다. 이는 다이오드 방정식(n)에 필요합니다. Massobrio [PAGM] pp 9, ".. n, 방출 계수는 일반적으로 약 2"를 권장합니다. 위의 표에서 전력 정류기 1N3891(12A) 및 10A04(10A)가 둘 다 약 2를 사용한다는 것을 알 수 있습니다. 표의 처음 4개는 각각 쇼트키, 쇼트키, 게르마늄 및 실리콘 소신호이므로 관련이 없습니다. . 포화 전류 IS는 다이오드 방정식에서 파생되며 (V_D , 나_D ) 위 그림의 그래프에서 N=2(다이오드 방정식에서 n).

 나D =나S (e
VD /nVT 
 -1) VT =25
o
에서 26mV C n =2.0VD =그래프에서 1A에서 0.925V 1 A =IS (e
(0.925V)/(2)(26mV)
 -1) 나S =18.8E-9 

IS=18.8n 및 N=2의 숫자 값은 1N4004에 대한 제조업체 모델과 비교하기 위해 위 표의 마지막 줄에 입력되어 상당히 다릅니다. RS의 기본값은 현재 0입니다. 나중에 추정됩니다. 중요한 DC 정적 매개변수는 N, IS 및 RS입니다. Rashid [MHR]은 TT, τ_D , 운송 시간은 역회복 저장된 전하 Q_RR에서 근사됩니다. , 데이터 시트 매개변수(데이터 시트에서는 사용할 수 없음) 및 I_F , 순방향 전류.

 나D =나S (e
VD /nVT 
 -1) τD =QRR /IF 

Q_RR이 없기 때문에 TT=0 기본값을 사용합니다. . 4.32u에서 10A04와 같은 유사한 정류기에 대해 TT를 사용하는 것이 합리적이지만. 1N3891 TT는 빠른 복구 정류기이므로 유효한 선택이 아닙니다. CJO, 제로 바이어스 접합 커패시턴스는 V_R에서 추정됩니다. 대 C_J 위 그림의 그래프. 그래프에서 0에 가장 가까운 전압의 커패시턴스는 1V에서 30pF입니다. 스위칭 레귤레이터 전원 공급 장치에서와 같이 고속 과도 응답을 시뮬레이션하는 경우 TT 및 CJO 매개변수를 제공해야 합니다.

접합 등급 계수 M은 접합의 도핑 프로파일과 관련이 있습니다. 이것은 데이터 시트 항목이 아닙니다. 기본값은 급격한 분기점의 경우 0.5입니다. 선형 구배 접합에 해당하는 M=0.333을 선택합니다. 위 표의 전력 정류기는 0.5보다 낮은 M 값을 사용합니다.

VJ 및 EG에 대한 기본값을 사용합니다. 더 많은 다이오드가 위의 표에 표시된 것보다 VJ=0.6을 사용합니다. 그러나 10A04 정류기는 1N4004 모델(위 표의 Da1N4001)에 사용하는 기본값을 사용합니다. 실리콘 다이오드 및 정류기에는 기본 EG=1.11을 사용합니다. 위의 표는 쇼트키 및 게르마늄 다이오드의 값을 나열합니다. 실리콘 장치의 기본 IS 온도 계수인 XTI=3을 사용합니다. 쇼트키 다이오드용 XTI는 위의 표를 참조하십시오.

위 그림의 축약된 데이터 시트에는 I_R이 나열되어 있습니다. =5μA @ V_R =400V, 각각 IBV=5u 및 BV=400에 해당합니다. 데이터 시트에서 파생된 1n4004 SPICE 매개변수는 위에 나열된 제조업체 모델과 비교하기 위해 위 표의 마지막 줄에 나열되어 있습니다. BV는 시뮬레이션이 제너 다이오드의 경우와 같이 다이오드의 역항복 전압을 초과하는 경우에만 필요합니다. IBV(Reverse Breakdown Current)는 생략되는 경우가 많지만 BV와 함께 제공되는 경우 입력할 수 있습니다.

다양한 소스의 다이오드 모델 비교

아래 그림은 제조업체 모델, 데이터시트에서 파생된 모델, 기본 매개변수를 사용하는 기본 모델을 비교하는 회로를 보여줍니다. 다이오드 전류 측정에는 3개의 더미 0V 소스가 필요합니다. 1V 소스는 0.2mV 단계로 0에서 1.4V로 스윕됩니다. 아래 표의 넷리스트에서 .DC 문을 참조하십시오. DI1N4004는 제조업체의 다이오드 모델이고 Da1N4004는 당사에서 파생된 다이오드 모델입니다.

제조업체 모델(D1), 계산된 데이터시트 모델(D2) 및 기본 비교를 위한 SPICE 회로 모델(D3).

SPICE 넷리스트 매개변수:(D1) DI1N4004 제조업체 모델, (D2) Da1N40004 데이터시트 파생, (D3) 기본 다이오드 모델.

*SPICE 회로 <03468.eps> from XCircuit v3.20 D1 1 5 DI1N4004 V1 5 0 0 D2 1 3 Da1N4004 V2 3 0 0 D3 1 4 기본값 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) .모델 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) .모델 기본값 D .끝 

아래 그림에서 세 가지 모델을 비교합니다. 및 아래 표의 데이터 시트 그래프 데이터에. VD는 제조업체 모델, 계산된 데이터시트 모델 및 기본 다이오드 모델에 대한 다이오드 전압 대 다이오드 전류입니다. 마지막 열 "1N4004 그래프"는 위의 그림에서 일치시키려는 데이터시트 전압 대 전류 곡선에서 가져온 것입니다. 세 가지 모델의 전류를 마지막 열과 비교하면 기본 모델은 낮은 전류가 좋고 제조업체의 모델은 높은 전류가 좋으며 우리가 계산한 데이터시트 모델은 1A까지 최고입니다. 일치가 거의 완벽합니다. IS 계산이 1A의 다이오드 전압을 기반으로 하기 때문에 1A입니다. 우리 모델은 1A 이상의 전류를 과도하게 나타냅니다.

제조업체 모델, 계산된 데이터시트 모델 및 기본 모델의 첫 번째 시험

제조업체 모델, 계산된 데이터시트 모델 및 기본 모델과 V 대 I의 1N4004 데이터시트 그래프 비교

<사전> 모델 모델 모델 1N4004 인덱스 VD 제조업체 데이터시트 기본 그래프 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.

해결책은 기본 RS=0에서 RS를 높이는 것입니다. 데이터시트 모델에서 RS를 0에서 8m로 변경하면 곡선이 제조업체 모델과 동일한 전압에서 10A(표시되지 않음)와 교차합니다. RS를 28.6m로 높이면 아래 그림과 같이 곡선이 더 오른쪽으로 이동합니다. 이것은 우리의 데이터시트 모델을 데이터시트 그래프에 더 가깝게 일치시키는 효과가 있습니다(위 그림). 아래 표는 1.4V에서의 전류 1.224470e+01A가 12A에서의 그래프와 일치함을 보여줍니다. 그러나 0.925V에서의 전류는 위의 1.096870e+00에서 7.318536e-01로 저하되었습니다.

제조업체 모델 및 기본 모델과 비교하여 계산된 데이터시트 모델을 개선하기 위한 두 번째 시도

Da1N4004 모델 설명 RS=0을 RS=28.6m으로 변경하면 VD=1.4V에서 12.2A로 전류가 감소합니다.

.model Da1N4004 D (IS=18.8n RS=28.6m BV=400 IBV=5.00u CJO=30 +M=0.333 N=2.0 TT=0) 모델 모델 1N4001 인덱스 VD 제조업체 데이터시트 그래프 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 1.000000e-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. 

권장되는 독자 연습:VD=0.925V의 전류가 1A로 복원되도록 N을 줄입니다. 이렇게 하면 VD=1.4V에서 전류(12.2A)가 증가할 수 있으므로 전류를 12A로 줄이기 위해 RS를 증가시켜야 합니다.

제너 다이오드: 제너 다이오드를 모델링하는 방법에는 두 가지가 있습니다. BV 매개변수를 모델 문에서 제너 전압으로 설정하거나 제너 전압으로 설정된 다이오드 클램퍼를 포함하는 하위 회로로 제너를 모델링합니다. 첫 번째 접근 방식의 예는 1n4469 15V 제너 다이오드 모델(IBV 옵션)에 대해 항복 전압 BV를 15로 설정합니다.

 .모델 D1N4469 D ( BV=15 IBV=17m ) 

두 번째 접근 방식은 제너를 하위 회로로 모델링합니다. 아래 그림의 클램퍼 D1 및 VZ는 1N4477A 제너 다이오드의 15V 역 항복 전압을 모델링합니다. 다이오드 DR은 하위 회로에서 제너의 순방향 전도를 설명합니다.

.SUBCKT DI-1N4744A 1 2 * 터미널 A K D1 1 2 DF DZ 3 1 DR VZ 2 3 13.7 .모델 DF D ( IS=27.5p RS=0.620 N=1.10 + CJO=78.3p VJ=1.00 M=0.330 TT=50.1n ) .모델 DR D ( IS=5.49f RS=0.804 N=1.77 ) .끝 

제너 다이오드 하위 회로는 클램퍼(D1 및 VZ)를 사용하여 제너를 모델링합니다.

터널 다이오드: 터널 다이오드는 SPICE 하위 회로에서 한 쌍의 전계 효과 트랜지스터(JFET)로 모델링될 수 있습니다. [KHM] 이 참조에는 발진기 회로도 나와 있습니다.

건 다이오드: Gunn 다이오드는 한 쌍의 JFET로 모델링할 수도 있습니다. [ISG] 이 참조는 마이크로파 이완 발진기를 보여줍니다.

검토:

<울>

다이오드는 SPICE에서 .model 문을 참조하는 다이오드 구성 요소 문으로 설명됩니다. .model 문에는 다이오드를 설명하는 매개변수가 포함됩니다. 매개변수가 제공되지 않으면 모델은 기본값을 사용합니다.

정적 DC 매개변수에는 N, IS 및 RS가 포함됩니다. 역 분석 매개변수:BV, IBV.

정확한 동적 타이밍에는 TT 및 CJO 매개변수가 필요합니다.

제조업체에서 제공하는 모델을 적극 권장합니다.