Halbleiterbauelemente in SPICE

Das GEWÜRZ (S Simulation P rogramm, ich integriertes C Schaltung E mphesis) bietet das elektronische Simulationsprogramm Schaltungselemente und Modelle für Halbleiter. Die Namen der SPICE-Elemente beginnen mit d, q, j oder m und entsprechen Dioden-, BJT-, JFET- bzw. MOSFET-Elementen. Diesen Elementen sind entsprechende „Modelle“ beigefügt. Diese Modelle verfügen über umfangreiche Parameterlisten, die das Gerät beschreiben. Wir listen sie hier jedoch nicht auf. In diesem Abschnitt bieten wir eine sehr kurze Auflistung einfacher Gewürzmodelle für Halbleiter, gerade genug, um loszulegen. Für weitere Details zu Modellen und eine umfangreiche Liste von Modellparametern siehe Kuphaldt.[TRK] Diese Referenz enthält auch Anweisungen zur Verwendung von SPICE.

Modelle:

Diode

Diode: Die Dioden-Anweisung beginnt mit einem Diodenelementnamen, der mit „d“ plus optionalen Zeichen beginnen muss. Einige beispielhafte Namen von Diodenelementen umfassen:d1, d2, dtest, da, db, d101 usw. Zwei Knotennummern spezifizieren die Verbindung der Anode bzw. Kathode mit anderen Komponenten. Den Knotennummern folgt ein Modellname, der sich auf eine „.model“-Anweisung bezieht.

Die Modellanweisungszeile beginnt mit „.model“, gefolgt vom Modellnamen, der einer oder mehreren Diodenanweisungen entspricht. Als nächstes steht ein „d“, das anzeigt, dass eine Diode modelliert wird. Der Rest der Modellanweisung ist eine Liste optionaler Diodenparameter der Form ParameterName=ParameterValue. Im folgenden Beispiel werden keine angezeigt. Eine Liste finden Sie in der Referenz „Dioden“.[TRK]

Allgemeine Form:d[name] [anode] [kathode] [model] .model [modelname] d ( [parmtr1=x] [parmtr2=y] . . .) Beispiel:d1 1 2 mod1 .model mod1 d

Modelle für bestimmte Dioden-Teilenummern werden oft vom Halbleiterdiodenhersteller bereitgestellt. Diese Modelle beinhalten Parameter. Andernfalls werden die Parameter wie im Beispiel auf sogenannte „Standardwerte“ voreingestellt.

Bipolar-Junction-Transistor (BJT)

BJT, Bipolartransistor: Die BJT-Elementanweisung beginnt mit einem Elementnamen, der mit „q“ beginnen muss, mit zugeordneten Schaltungssymbol-Bezeichnungszeichen, Beispiel:q1, q2, qa, qgood. Die BJT-Knotennummern (Anschlüsse) kennzeichnen die Beschaltung des Kollektors, der Basis bzw. des Emitters. Ein Modellname nach den Knotennummern ist mit einer Modellanweisung verknüpft.

Allgemeine Form:q[name] [collector] [base] [emitter] [model] .model [modelname] [npn oder pnp] ([parmtr1=x] . . .) Beispiel:q1 2 3 0 mod1 .model mod1 pnp Beispiel:q2 7 8 9 q2n090 .model q2n090 npn ( bf=75 )

Die Modellanweisung beginnt mit „.model“, gefolgt vom Modellnamen, gefolgt von „npn“ oder „pnp“. Die optionale Parameterliste folgt und kann einige Zeilen lang fortgesetzt werden, beginnend mit dem Zeilenfortsetzungssymbol „+“, plus. Oben gezeigt ist der Vorwärts-β-Parameter, der für das hypothetische q2n090-Modell auf 75 gesetzt ist. Detaillierte Transistormodelle sind oft von Halbleiterherstellern erhältlich.

Feldeffekttransistor (FET)

FET, Feldeffekttransistor Die Anweisung des Feldeffekttransistor-Elements beginnt mit einem Elementnamen, der mit „j“ für JFET beginnt, der einigen eindeutigen Zeichen zugeordnet ist, z. B.:j101, j2b, jalpha usw. Die Knotennummern folgen jeweils für die Drain-, Gate- und Source-Anschlüsse. Die Knotennummern definieren die Konnektivität zu anderen Schaltungskomponenten. Schließlich gibt ein Modellname das zu verwendende JFET-Modell an.

Allgemeine Form:j[name] [drain] [gate] [source] [model] .model [modelname] [njf or pjf] ( [parmtr1=x] . . .) Beispiel:j1 2 3 0 mod1 .model mod1 pjf j3 4 5 0 mod2 .model mod2 njf ( vto=-4.0 )

Auf das „.model“ in der JFET-Modellanweisung folgt der Modellname, um dieses Modell für die JFET-Elementanweisung(en), die es verwenden, zu identifizieren. Auf den Modellnamen folgt entweder pjf oder njf für p-Kanal- bzw. n-Kanal-JFETs. Eine lange Liste von JFET-Parametern kann folgen. Wir zeigen nur, wie Vp, Abschnürspannung, auf -4,0 V für ein n-Kanal-JFET-Modell eingestellt wird. Andernfalls ist dieser vto-Parameter standardmäßig auf -2,5 V bzw. 2,5 V für n-Kanal- bzw. p-Kanal-Geräte eingestellt.

Metalloxid-Feldeffekttransistor (MOSFET)

MOSFET, Metalloxid-Feldeffekttransistor Der Name des MOSFET-Elements muss mit „m“ beginnen und ist das erste Wort in der Elementanweisung. Im Folgenden sind die vier Knotennummern für Drain, Gate, Source bzw. Substrat aufgeführt. Als nächstes kommt der Modellname. Beachten Sie, dass Source und Substrat im Beispiel beide mit demselben Knoten „0“ verbunden sind. Diskrete MOSFETs sind als Geräte mit drei Anschlüssen verpackt, Source und Substrat sind die gleichen physischen Anschlüsse. Integrierte MOSFETs sind vier Endgeräte; das Substrat ist ein vierter Anschluss. Integrierte MOSFETs können zahlreiche Bauelemente aufweisen, die sich das gleiche Substrat teilen, getrennt von den Quellen. Die Quellen können jedoch immer noch mit dem gemeinsamen Substrat verbunden sein.

Allgemeine Form:m[name] [drain] [gate] [source] [substrat] [model] .model [modelname] [nmos oder pmos] ( [parmtr1=x] . . . ) Beispiel:m1 2 3 0 0 mod1 m5 5 6 0 0 mod4 .model mod1 pmos .model mod4 nmos ( vto=1 )

Die MOSFET-Modellanweisung beginnt mit „.model“, gefolgt vom Modellnamen, gefolgt von „pmos“ oder „nmos“. Es folgen optionale MOSFET-Modellparameter. Die Liste der möglichen Parameter ist lang. Weitere Informationen finden Sie in Band 5, „MOSFET“. [TRK] MOSFET-Hersteller stellen detaillierte Modelle zur Verfügung. Andernfalls gelten die Standardeinstellungen.

In diesem Abschnitt finden Sie die absoluten Mindestinformationen zu Halbleiter-SPICE. Die hier gezeigten Modelle ermöglichen die Simulation von Grundschaltungen. Insbesondere berücksichtigen diese Modelle keinen Hochgeschwindigkeits- oder Hochfrequenzbetrieb. Simulationen werden in Band 5, Kapitel 7, „Using SPICE ...“ gezeigt.

RÜCKBLICK:

• Halbleiter können mit SPICE am Computer simuliert werden.
• SPICE bietet Elementanweisungen und Modelle für Diode, BJT, JFET und MOSFET.