_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра МВЭ

отчет

по лабораторной работе №2

по дисциплине «Основы проектирования электронной компонентной базы»

Тема: Определение параметров SPICE-моделей

Студент гр.
Преподаватель

Санкт-Петербург

2022

Цель работы.

Ознакомление с базовыми сигнатурами работы в программном обеспечении OrCad, в частности, OrCad Model Editor; исследование приборов, используемых в современной электронике; построение ВАХ. Расчет ВАХ SPICE-моделей диода с параметрами, заданными по умолчанию. Сличение рассчитанных ВАХ посредством ПО Aim Spice и OrCad.

Оглавление

1. Определение параметров SPICE-моделей. Расчет ВАХ SPICE-моделей диода с параметрами, заданными по умолчанию. 2

2. Моделирование диода А931ВСЕХ 7

3. Моделирование диода по экспериментальным ВАХ 9

1. Определение параметров spice-моделей. Расчет вах spice-моделей диода с параметрами, заданными по умолчанию.

Листинг кода (для прямой ВАХ диода, используя файл с расширением .log*):

1: Untitled circuit

2: D1 1 2 Dmod

3: V1 1 0 3V

4: R 2 0 5k

5: .model Dmod D RS=100

6: .dc V1 3 0 0.01

Рисунок 1 – Прямая ВАХ диода с параметрами, заданными по умолчанию

Листинг кода (для обратной ВАХ диода, используя файл с расширением .log*):

1: Untitled circuit

2: D1 1 2 Dmod

3: V1 1 0 3V

4: R 2 0 5k

5: .model Dmod D RS=100

6: .dc V1 -2 0 0.01

* – файл с расширением .log был использован для лучшей визуализации модели построения графиков прямых и обратных ВАХ.

По причине того, что при моделировании проявляются существенные погрешности в виде линейной зависимости тока от напряжения на диоде, для минимизации этого факта использовалось значение , в то время как при построении прямой ветви ВАХ это значение [ ] не менялось.

Рисунок 2 – Обратная ветвь ВАХ диода с параметрами, заданными по умолчанию

1. Далее моделирование велось в программе «OrCad». Для корректного отображения прямой ветви ВАХ значение было изменено с 10 на 100. Как гласит мануал [2] по программе «AIM SPICE», есть ohmic resistance – омическое сопротивление. Для сличения графиков вольтамперных характеристик после окончания моделирования прямой ветви ВАХ посредством применения «AIM SPICE-а» параметры из файла с расширением .log были экстрагированы в «OrCad» в окно «Forward Current» в соответствующие графы (для прямого напряжения и, соответственно, прямого тока ; «fwd» от слова «forward» – вперед, передний). Результат проведения вышеописанных действий проиллюстрирован на рисунке 3.

Рисунок 3 – Окно «Forward current» с исходными данными из AIM-Spice и график прямой ВАХ

При выполнении задания «OrCad» был уличен в неприятном деянии в виде ошибки при переполнении ячеек и свыше 99. Таким образом значение приращения (increment value), или иными словами, ­­­­шаг, был уменьшен до 0.05 в том числе для сохранения точности проведения эксперимента.

2. Подобно изысканиям в предыдущем пункте аналогичные действия, но уже с обратной ветвью вольтамперной характеристики, будут проделаны в этом пункте, о чем скажет рисунок 4.

Рисунок 4 – Окно «Reverse leakage» с исходными данными из AIM-Spice и график обратной ВАХ

При выполнении этого подпункта задания было выяснено, что в окне «Reverse leakage» автоматически ставится знак минус, иначе говоря, при экстракции параметров из подменю «Result from last Simulation» требовалось удалить знак минуса из соответствующих колонок.

Листинг рассчитанных программой PSpice Model Editor параметров:

.MODEL cmert D

+ IS=14.633

+ N=5

+ RS=99.894

+ IKF=2.7853

+ CJO=1.0000

+ M=.3333

+ VJ=.75

+ ISR=10.010

+ NR=4.9950

+ BV=100

+ IBV=100.00

+ TT=5.0000

Ниже на рисунке 5 будет приведена таблица с расчетом программой PSpice Model Editor. В таблице 1 будут указаны расшифровки тех или иных наименований.

Таблица 1. Расшифровка рассчитанных параметров программой PSpice Model Editor

Наименование	Транскрипция (англ. версия)	Транскрипция (русск. версия)	Единицы измерения
	Saturation current (level 1 only)	Ток насыщения (тепловой)	А
	Emission coefficient	Коэффициент эмиссии	-
	Ohmic resistance	Омическое сопротивление	Ом
	Corner for high injection current roll-off	Ток перехода к высокому уровню инжекции	А
	Zero bias junction capacitance	Барьерная емкость перехода при нулевом смещении	Ф
	Grading coefficient	Коэффициент резкости перехода	-
	Junction potential	Контактная разность потенциалов	В
	Recombination saturation current	Рекомбинационный ток насыщения	А
	Recombination emission coefficient	Коэффициент рекомбинационной эмиссии	-
	Reverse breakdown voltage	Пробивное обратное напряжение	В
	Transit time	Время пролета носителей через базу диода	с
	Energy gap	Ширина запрещенной зоны	эВ
	Current at breakdown voltage	Ток пробоя	А
	Parameter measurement temperature	Температура при измерении параметров

Рисунок 5 – Таблица с рассчитанными данными программой PSpice Model Editor

Рисунок 6 – Сравнительный график двух вольтамперных характеристик: с учетом экстракции рассчитанных параметров из OrCad и без их учета

Анализируя рисунок 6, вывод рисуется неоднозначный. С одной стороны, вспоминая то, как отличаются экспериментальные и теоретические графики ВАХ на примере диода Д7Ж, изучаемого в лабораторном практикуме по дисциплине «Твердотельная электроника» (отличие экспериментальной и теоретической ВАХ заключается в сильной разнице между токами и соответствующим этим токам напряжениям), и положить, что за эксперимент взяты параметры AIM-SPICE, а за теорию – AIM-SPICE + OrCad, то можно сделать вывод о различиях характеристик с позиции отличающегося количества параметров, таким образом, полусимулякр-OrCad (полу- потому, что OrCad внес изменения в оригинал SPICE модели) с точки зрения точности справился лучше. Но, с другой стороны, если лимитировать вышесказанное, модель диода AIM-SPICE + OrCad открывается позже, отсюда и различия токов и напряжения на характеристике, изображенной наи рисунке 6.

Формула для тока насыщения [1]:

(1)

Рисунок 7 – Обратная ВАХ диода (ток утечки) с параметрами, рассчитанными в программе PSpice Model Editor на исходных данных