
Лекции / ЛЕКЦИЯ11_09
.pdf
сунок 11.20) с введением характеристик дифференциальных сопротивленийна
участке прямого тока rпр и обратного тока (rобр).
UC
Рисунок 11.20 – Кусочно-линейная аппроксимация ВАХ p-n-перехода
Линеаризованная модель р-n-перехода может быть получена путем диффе-
ренцирования уравнения ВАХ относительно некоторого режима покоя UРТ, IРТ.
Применив выражение для ВАХ в виде):
æ |
U |
|
|
ö |
|
ç |
|
|
|
÷ |
|
mj |
|
- 1 |
, |
||
I = I S çe |
|
T |
÷ |
||
ç |
|
|
|
÷ |
|
è |
|
|
|
ø |
|
(IS – обратный ток насыщения, а m – коэффициент, зависящий от материала – для кремния равен m = 2), можно получить:
|
1 |
|
U |
|
|
I + I S |
|
dI = |
I S e |
mj |
T dU = |
dU . |
|||
mjT |
|
mjT |
|||||
|
|
|
|
|
|
Параметром линеаризованной модели является дифференциальное сопро-
тивление р-n-перехода:
r = dU dI
= |
mjT |
. |
|
I РТ + I S |
|||
U =U РТ |
|
||
I =IРТ |
|
|
При больших прямых токах IРТ >> IS имеем:

rПР » mjT .
I РТ
При обратном включении, когда IРТ = –I0,
rОБР = |
mjT |
. |
|
I S - I0 |
|||
|
|
Программный пакет для анализа электрических цепейMicroCAP фирмы
Spectrum Software по своим функциональным возможностям находится между про-
фессиональными программами моделирования аналого-цифровых устройств и
более дешёвыми вариантами с ограниченными возможностями. В учебном плане эффективен при освоении основ электротехники и схемотехники, элементной базы.
Для изучения узлов на нелинейных элементах необходимо иметь представление о физических процессах в полупроводниковом диоде моделии диода. Описание ВАХ диода в модели этого пакета выполняется согласно системе уравнений:
ì |
|
|
|
u |
+ |
|
|
u +U |
0 |
, |
u £ -U0 ; |
|||||
ï |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
R |
|
|
R |
|
|
||||||||||
ï |
|
|
|
ОБР |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
ï |
|
|
|
u |
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ï |
|
|
|
|
IS [ ejТ - 1], - uZ < u < UC ; |
|||||||||||
i = í |
|
|
|
|
+ |
|||||||||||
|
RОБР |
|||||||||||||||
ï |
|
|
|
|
u -U |
|
|
|
|
|
||||||
ï |
|
u |
|
+ IC + |
|
C |
, |
u ³ UC . |
||||||||
ï |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
R |
|
|
|
|
|
r |
f |
|
||||||||
ï ОБР |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
î |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
()
()
()
Здесь jТ = kT/qе = 26 мВ при Т = 300 К – тепловой потенциал p-n-перехода;
k = 1,38×10–23 Дж/К – постоянная Больцмана; qe = 1,6×10–19 Кл;
uZ – зенеровское напряжение;
rf – минимальное дифференциальное сопротивление перехода при напряжении на нём максимально допустимом .
Ток насыщения (обратный) IS определяется при конкретной температуре Т
по выражению:
|
|
T |
3 |
|
é |
-WЗ |
(1 / T )-(1 / T300 )ù |
|
|
|
|
æ |
ö |
|
ê |
|
ú |
|
|
||
|
|
k |
|
|
||||||
I s |
ç |
÷ |
e |
ë |
|
û |
, |
() |
||
|
|
|||||||||
= I 0 ç |
|
÷ |
|
|
|
|
||||
|
è T300 |
ø |
|
|
|
|
|
|
|
где I0 – ток насыщения (обратный) при температуре 300 К;
WЗ – ширина запрещённой зоны (для кремния – 1,11 эВ, германия – 0,67 эВ
и диодов с барьером Шотки 0,69 эВ);
UС – максимальное напряжение на переходе диода на прямой ветви(при
минимальном дифференциальном сопротивлении rf);
IС – ток диода при напряжении на нём UС.
Величины UС и IС связаны следующими выражениями: |
|
Uc = jт × ln[jт / (rf Is)] ; |
() |
IС = IS[exp(UC/jT) – 1]. |
() |
Основные параметры модели диода в MicroCAP приведены в таблице 11.1.
Таблица 11.1 – Основные параметры математической модели диода
Имя па- |
Параметр |
Значение по |
раметра |
|
умолчанию |
|
|
|
LEVEL |
Формат модели, описывающей диод (1: Stan- |
1 |
|
dard SPICE; 2: PSpice; 4: Juncap; 200: Jun- |
|
|
cap 2. |
|
|
Juncap – для описания характеристик диодов, |
|
|
сформированных источниками, каналами, |
|
|
или в объёме МОП-устройств). |
|
IS |
Ток насыщения при температуре 27 оС, А |
10–14 |
RS |
Объёмное сопротивление, Ом |
0 |
|
|
|
ТТ |
Время переноса заряда, с |
0 |
|
|
|
CJ0 |
Барьерная ёмкость при нулевом смещении, Ф |
0 |
|
|
|
VJ |
Контактная разность потенциалов, В |
1 |
|
|
|
М |
Коэффициент лавинного умножения |
0,5 |
|
|
|
EG |
Ширина запрещённой зоны, эВ |
1,11 |
|
|
|
FC |
Коэффициент нелинейности барьерной ёмко- |
0,5 |
|
сти прямосмещённого перехода |
|
|
|
|
BV |
Обратное напряжение пробоя (положитель- |
¥ |
|
ная величина), В |
|
|
|
|
IBV |
Начальный ток пробоя, соответствующий на- |
10–10 |
|
пряжению BV (положительная величина), А |
|
|
|
|
1 Бородин Б.А., Дроневич В.М., Егорова Р.В. и др. Справочник по полупроводниковым диодам / Под ред. И.Ф. Николаевского. – М.: Связь, 1979. – 432 с.
2