Математичне забезпечення схемотехнічного проектування
БІЛОукраїнський ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІНФОРМАТИКИ ТА РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
«Математичне забезпечення схемотехнічного проектування»
Математичне забезпечення схемотехнічного проектування має забезпечити проведення аналізу електричних характеристик ІВ з метою перевірки їх відповідності зазначеним у технічному завданні величинам. Аналіз електричних характеристик зводиться до розрахунку струмів у ланцюгах та потенціалів у вузлах схеми за заданих умов її функціонування. Основу математичного забезпечення схемотехнічного проектування становить математичне моделювання електричних характеристик елементів схеми, що визначають її характеристики, що англізуються.
У програмах схемотехнічного проектування використовуються звані електричні моделі елементів. В основі цих моделей лежать еквівалентні схеми, що описують можливі ланцюги протікання струму в елементах, а також характеристики цих кіл. Характеристики ланцюгів визначаються електричними параметрами елементів еквівалентної схеми, що стоять ланцюга. Електричні параметри (характеристики) елементів еквівалентної схеми (провідності, опору, ємності) можуть залежати від напруги на електродах елементів, що моделюються (діодів, транзисторів). Залежно характеристик елементів еквівалентної схеми від напруг на електродах моделюються елементів описуються математичними електричними моделями останніх.
Нижче буде описано електричні моделі елементів ІС, реалізовані в програмі PSPJCE. При описі моделей використовуються позначення параметрів, прийняті у цій програмі. Дм позначення висновків елементів, а також в індексах за параметрами моделей використовуються буквианглійського алфавіту, взяті з відповідних термінів, що вказуються у дужках за текстом англійською мовою.
Модель діода, реалізована у програмі PSPICE, застосовна для моделювання діодів на основі р-п-переходу та переходу метал-напівпровідник (діод Шоттки).
Модель описує статичні та динамічні характеристики та режими великого та малого сигналів при прямому та зворотному включенні діода. Змінюються шумові характеристики, а також температурні залежності параметрів моделі.
Еквівалентна схема, що моделює діод у режимі постійного струму, наведена на рис 1. Елементи даної схеми моделюють наступні характеристики діода:
Мал. I. Еквівалентна схема діода
Мал. 2. ВАХ діода в лінійному (а) та напівлогарифмічному масштабі
-генератор струму, керований напругою, ID – статичні характеристики (вольт-амперну характеристику р-п-переходу діода);
-Елемент накопичення заряду Qd - накопичення заряду поблизу р-п-переходу та областях анода та катода діода;
-постійний резистор RD омічний опір областей анода та катода діода
Вольт-амперна характеристика (ВАХ) генератора ID при прямому та зворотному включеннях р-п-переходу (рис.2,а) описується виразом
Де IN – нормальний (normal) струм діода, обумовлений дифузією (інжекцією) носіїв заряду у прямому включенні;
IB – струм діода, обумовлений лавинним розмноженням носіїв заряду при зенерівському пробої (breakdown) р-п - переходу у зворотному включенні.
У свою чергу ці струми описуються виразами, заснованими на експоненційній апроксимації залежності концентрації носіїв заряду від напруги, прикладеної до р-п - переходу (співвідношення Больцмана):
Де IS – початкове значення струмудіода;
VD - падіння напруги на р-п-переході, що не включає падіння напруги на резисторі RD;
N – коефіцієнт емісії (неідеальності) р-п-переходу;