Диод

Схема замещения полупроводникового диода (рис. 4.1) состоит из идеального диода, изображенного в виде нелинейного зависимого источника тока I(V), емкости p–n-перехода C и объемного сопротивления RS [1, 33]. Параметры математической модели диода (см. разд. 3.2.6) приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Имя параметра	Параметр	Значение по умолчанию	Единица измерения
IS	Ток насыщения при температуре 27 С	10	А
RS	Объемное сопротивление	0	Ом
N	Коэффициент инжекции	1
ISR	Параметр тока рекомбинации	0	А
NR	Коэффициент эмиссии для тока ISR	2
IKF	Предельный ток при высоком уровне инжекции		А
TT	Время переноса заряда	0	с
CJO	Барьерная емкость при нулевом смещении	0	Ф
VJ	Контактная разность потенциалов	1	В
M	Коэффициент лавинного умножения	0,5
EG	Ширина запрещенной зоны	1,11	эВ
FC	Коэффициент нелинейности барьерной емкости прямосмещенного перехода	0,5
BV	Обратное напряжение пробоя (положительная величина)		В
IBV	Начальный ток пробоя, соответствующий напряжению BV (положительная величина)	10	А
NBV	Коэффициент неидеальности на участке пробоя	1
IBVL	Начальный ток пробоя низкого уровня	0	А
NBVL	Коэффициент неидеальности на участке пробоя низкого уровня	1
XTI	Температурный коэффициент тока насыщения	3
TIKF	Линейный температурный коэффициент IKF	0	C
TBV1	Линейный температурный коэффициент BV	0	C
TBV2	Квадратичный температурный коэффициент BV	0	C
TRS1	Линейный температурный коэффициент RS	0	C
TRS2	Квадратичный температурный коэффициент RS	0	C
KF	Коэффициент фликкер-шума	0
AF	Показатель степени в формуле фликкер-шума	1
T_MEASURD	Температура измерений		C
T_ABS	Абсолютная температура		C
T_REL_GLOBAL	Относительная температура		C
T_REL_LOCL	Разность между температурой диода и модели-прототипа		C

Рис. 4.2. ВАХ идеального диода

Рис. 4.1. Нелинейная модель полупроводникового диода

Вольт-амперные характеристики диода. Ток диода представляется в виде разности токов

Зависимость

аппроксимирует ВАХ диода при положительном напряжении на переходе V. Здесь

– нормальная составляющая тока;

– ток рекомбинации;

– коэффициент инжекции

– коэффициент генерации.

Ток диода при отрицательном напряжении на переходе

характеризует явление пробоя. Он имеет две составляющие

где

– температурный потенциал перехода (0,026 В при номинальной температуре 27

C);

Дж/

C – постоянная Больцмана;

Кл – заряд электрона; T

– абсолютная температура p–n-перехода. Вид ВАХ диода показан на рис. 4.2.

Емкость перехода C

равна

где

– диффузионная емкость перехода,

– барьерная емкость перехода,

- дифференциальная проводимость перехода для текущих значений I и V.

Линеаризованная схема замещения диода. Схема приведена на рис. 4.3, а. Ее можно дополнить источниками шумовых токов, как показано на рис. 4.3, б. В диоде имеются следующие источники шума: объемное сопротивление RS, характеризующееся тепловым током

со спектральной плотностью

; дробовой и фликкер-шум диода, характеризующийся током

со спектральной плотностью

, где f

– текущая частота.

Рис. 4.3. Линеаризованная схема замещения диода (а) с включением источников внутреннего шума (б)

Температурные зависимости параметров. В математической модели диода они учитываются следующим образом:

IS(T) = IS·exp{EG(T)/[N·Vt(T)]T/Tnom–1)}(T/Tnom)

;

ISR(T)=ISR·exp{EG(T)/[N·Vt(T)](T/Tnom–1)}(T/Tnom)

;

IKF(T)=IKF [1+TIKF (T–Tnom)];

BV(T)=BV [1+TBV1(T–Tnom)+TBV2(T–Tnom)

];

RS(T)=RS [1+TRS1(T–Tnom)+TRS2(T–Tnom)

];

VJ(T) = VJ·T/Tnom–3Vt(T)ln(T/Tnom) –EG(Tnom)T/Tnom+EG(T);

CJO(T)= CJO{1+M[0,0004 (T–Tnom)+1–VJ(T)/VJ]};

KF(T) = KF·VJ(T)/VJ, AF(T) = AF·VJ(T)/VJ;

EG(T) = EGo –

aT

/(b + T),

где EG(Tnom) - ширина запрещенной зоны при номинальной температуре (1,11 эВ для кремния; 0,67 эВ для германия; 0,69 эВ для диодов с барьером Шотки при температуре 27

С). Значения параметров IS, Vt, VJ, CJO, KF, AF, EG берутся для номинальной температуры Tnom; для кремния EGo=1,16 эВ, а=0,000702, b=1108; XTI=3 для диодов с p–n-переходом и XTI=2 для диодов с барьером Шотки. Значение номинальной температуры Tnom устанавливается с помощью опции TNOM (по умолчанию Tnom=27

C).

Приведенные выше выражения описывают диоды с p–n-переходом, включая и стабилитроны. Диоды с барьером Шотки также характеризуются этими зависимостями, но они обладают пренебрежимо малым временем переноса TT~0 и более чем на два порядка большими значениями тока диода I

[33]. При этом ток насыщения определяется зависимостью IS = = K·T·exp(-

/Vt), где K – эмпирическая константа;

– высота барьера Шотки.

Скалярный множитель Area. Указываемый при включении диода в схему (разд. 3.2.6), он позволяет в программе PSpice определить эквивалентный диод, характеризующий параллельное включение нескольких одинаковых приборов или прибор, занимающий большую площадь. С его помощью изменяются значения параметров IS, IRS, IBV, IBVL, RS и CJO

IS=IS·Area, ISR=ISR·Area, IBV=IBV·Area, IBVL=IBVL·Area, RS=RS/Area, CJO=CJO·Area.

По умолчанию скалярный множитель Area=1.

В качестве примера приведем описание параметров модели диода Д104А

.model D104A D (IS=5.81e-12 RS=8.1 N=1.15 TT=8.28nS

+ CJO=41.2pF VJ=0.71 M=0.33 FC=0.5 EG=1.11 XTI=3)