пряжения на переходе, поскольку барьерная емкость зависит от обратного напряжения U < 0 .

Диффузионная емкость, отражающая процессы накопления носителей за-

где tпр – время пролета носителей заряда через диод или время жизни неосновных носителей заряда в базе диода. Базой называется менее легированная область из двух областей полупроводниковой структуры диода.

В табл. 12.15 данного практикума приведена полная система параметров модели диода, используемая программным модулем Pspice A/D пакета OrCAD. Параметры модели разбиты на группы, каждая из групп параметров отражает то или иное свойство или характеристику диода: параметры, описывающие статический режим работы, т.е. ВАХ диода; параметры, описывающие динамический режим работы, т.е. его емкостные свойства, определяющие длительность переходных процессов; параметры, описывающие влияние температуры. В зависимости от типа диода по функциональному назначению или от точности, предъявляемой к результатам моделирования, ряд параметров может не использоваться, им присваиваются значения по умолчанию. При моделировании выпрямительного диода необходимо иметь параметры, описывающие прямую ветвь ВАХ и его емкостные свойства. При моделировании стабилитрона необходимо знать параметры, описывающие как прямую ветвь ВАХ, так и обратную – участок пробоя, который является в данном случае рабочим участком. При моделировании варактора необходимо знать как параметры ВАХ, так и параметры, описывающие его барьерную емкость.

Важной задачей, которую должен уметь решать разработчик аппаратуры, использующий пакет OrCAD, является алгоритм определения параметров модели прибора по его справочным данным, поскольку в его собственных библиотеках математических моделей диодов имеются модели не для всей номенклатуры приборов.

1.3. Алгоритм определения параметров нелинейной модели диода

Рассмотрим алгоритм определения основных параметров математической модели диода I0 , n, rs , ϕк и g по его ВАХ и ВФХ на примере СВЧ-диода с

барьером Шоттки BAT54W фирмы Philips Semiconductors.

График прямой ветви ВАХ диода в полулогарифмическом масштабе показан на рис. 1.5 сплошной линией. Из-за падения напряжения на последовательном сопротивлении rs связь между током диода I и напряжением на его за-

жимах Ud (см. рис. 1.4) описывается следующим выражением:

15

16

При изменении напряжения на DU1=0,05 В: n »16,784328 × 0,05 » 0,84 .

Обратный ток насыщения определяется по величине тока в точке пересечения прямой, аппроксимирующей ВАХ при низких уровнях тока, с осью ор-

динат. Из рис. 1.5 определяем значение I0 » 1´10−7 А.

Второй способ определения n и I0 заключается в решении системы из двух нелинейных уравнений, составленной на основании уравнения (1.8) (при IB=0), по известным координатам двух точек ВАХ диода при низких уровнях

жду падением напряжения на реальном диоде и идеальном p-n-переходе – DU2 при высоком уровне тока I2 (см. рис. 1.5):

rs = 0,2/0,1 = 2 Ом.

Причем по экспериментальной ВАХ диода можно не только определить значения параметров I0 , n, rs , но и найти их оптимальные значения, т.е. такие

значения, которые лучше всего приближают ВАХ, рассчитанную по выражению (1.13), к экспериментальной. Для этого необходимо минимизировать функцию ошибки, равную сумме квадратов нормированных разностей между значениями тока в точках экспериментальной Iэкс i (U) и рассчитанной по (1.13)

Iрас i (U) ВАХ диода:

рехода и могут быть определены с использованием двух точек на кривой ВФХ, которые соответствуют большим обратным напряжениям. ВФХ описывается выражением (1.11), а график ее показан на рис. 1.6.

17

При больших обратных напряжениях на диоде выражение в скобках можно упростить:

C, Ф

C1

C2 U1 U2

|U|, В

Рис. 1.6

Пример документа MathCAD для определения параметров нелинейной математической модели диода и их оптимальных значений по экспериментальной ВАХ с комментариями приведен ниже.

1. Чтение файла данных ivd.txt, содержащего ВАХ диода:

2. Решающий блок для вычисления n и I0 :

18

n:= 08. Io:= 5×10−9 – начальное приближение

4. Расчет последовательного сопротивления диода rs :

Rs = 1921126.

5. Для расчета ВАХ по (1.13) необходимо многократно решать данное нелинейное уравнение, что осуществляется с помощью функции root, предна-

IDCni:= f(Io, n,Rs, VDCi )

6. Графики ВАХ (рис. 1.7): экспериментальной – IDC, идеальной по вы- ражению (1.1) – Id, теоретической с учетом rs (1.13) – IDCn.

19