Périphériques semi-conducteurs dans SPICE

L'ÉPICE (S Imulation P programme, je C intégré ircuit E mphesis) programme de simulation électronique fournit des éléments de circuit et des modèles pour les semi-conducteurs. Les noms des éléments SPICE commencent par d, q, j ou m correspondent respectivement aux éléments diode, BJT, JFET et MOSFET. Ces éléments sont accompagnés des « modèles » correspondants. Ces modèles disposent de listes étendues de paramètres décrivant l'appareil. Cependant, nous ne les énumérons pas ici. Dans cette section, nous fournissons une très brève liste de modèles d'épices simples pour les semi-conducteurs, juste assez pour commencer. Pour plus de détails sur les modèles et une liste complète des paramètres de modèle, voir Kuphaldt.[TRK] Cette référence donne également des instructions sur l'utilisation de SPICE.

Modèles :

Diode

Diode : L'instruction de diode commence par un nom d'élément de diode qui doit commencer par « d » suivi de caractères facultatifs. Voici quelques exemples de noms d'éléments de diode :d1, d2, dtest, da, db, d101, etc. Deux numéros de nœud spécifient la connexion de l'anode et de la cathode, respectivement, à d'autres composants. Les numéros de nœud sont suivis d'un nom de modèle, faisant référence à une déclaration « .model ».

La ligne de déclaration de modèle commence par « .model », suivi du nom du modèle correspondant à une ou plusieurs déclarations de diode. Vient ensuite un « d » indiquant qu'une diode est en cours de modélisation. Le reste de la déclaration de modèle est une liste de paramètres de diode facultatifs de la forme ParameterName=ParameterValue. Aucun n'est illustré dans l'exemple ci-dessous. Pour une liste, voir la référence, "diodes".[TRK]

Forme générale :d[name] [anode] [cathode] [model] .model [modelname] d ( [parmtr1=x] [parmtr2=y] . . .) Exemple :d1 1 2 mod1 .model mod1 d

Les modèles de références de diodes spécifiques sont souvent fournis par le fabricant de diodes à semi-conducteurs. Ces modèles incluent des paramètres. Sinon, les paramètres par défaut sont appelés « valeurs par défaut », comme dans l'exemple.

Transistor à jonction bipolaire (BJT)

BJT, transistor bipolaire à jonction : L'instruction d'élément BJT commence par un nom d'élément qui doit commencer par « q » avec des caractères de désignation de symbole de circuit associés, exemple :q1, q2, qa, qgood. Les numéros de nœud BJT (connexions) identifient respectivement le câblage du collecteur, de la base et de l'émetteur. Un nom de modèle suivant les numéros de nœud est associé à une déclaration de modèle.

Forme générale :q[nom] [collecteur] [base] [émetteur] [modèle] .model [nom du modèle] [npn ou pnp] ([parmtr1=x] . . .) Exemple :q1 2 3 0 mod1 .model mod1 pnp Exemple :q2 7 8 9 q2n090 .model q2n090 npn ( bf=75 )

La déclaration de modèle commence par « .model », suivi du nom du modèle, suivi de « npn » ou « pnp ». La liste facultative de paramètres suit et peut continuer sur quelques lignes commençant par le symbole de continuation de ligne « + », plus. Le paramètre direct défini ci-dessus est défini sur 75 pour le modèle hypothétique q2n090. Des modèles de transistors détaillés sont souvent disponibles auprès des fabricants de semi-conducteurs.

Transistor à effet de champ (FET)

FET, transistor à effet de champ La déclaration d'élément de transistor à effet de champ commence par un nom d'élément commençant par « j » pour JFET associé à certains caractères uniques, par exemple :j101, j2b, jalpha, etc. Les numéros de nœud suivent pour les bornes de drain, de grille et de source, respectivement. Les numéros de nœud définissent la connectivité à d'autres composants du circuit. Enfin, un nom de modèle indique le modèle JFET à utiliser.

Forme générale :j[name] [drain] [gate] [source] [model] .model [modelname] [njf ou pjf] ( [parmtr1=x] . . .) Exemple :j1 2 3 0 mod1 .model mod1 pjf j3 4 5 0 mod2 .model mod2 njf ( vto=-4.0 )

Le « .model » dans la déclaration de modèle JFET est suivi du nom du modèle pour identifier ce modèle dans la ou les déclarations d'élément JFET qui l'utilisent. Le nom du modèle est suivi de pjf ou njf pour les JFET à canal p ou n, respectivement. Une longue liste de paramètres JFET peut suivre. Nous montrons seulement comment régler Vp, tension de pincement, à -4,0 V pour un modèle JFET à canal n. Sinon, ce paramètre vto est défini par défaut sur -2,5 V ou 2,5 V pour les appareils à canal n ou p, respectivement.

Transistor à effet de champ à oxyde métallique (MOSFET)

MOSFET, transistor à effet de champ à oxyde métallique Le nom de l'élément MOSFET doit commencer par « m » et est le premier mot de l'instruction de l'élément. Voici les quatre numéros de nœud pour le drain, la grille, la source et le substrat, respectivement. Vient ensuite le nom du modèle. Notez que la source et le substrat sont tous deux connectés au même nœud « 0 » dans l'exemple. Les MOSFET discrets sont conditionnés en trois terminaux, la source et le substrat sont le même terminal physique. Les MOSFET intégrés sont quatre terminaux ; le substrat est une quatrième borne. Les MOSFET intégrés peuvent avoir de nombreux dispositifs partageant le même substrat, séparés des sources. Cependant, les sources peuvent toujours être connectées au substrat commun.

Forme générale :m[name] [drain] [gate] [source] [substrat] [model] .model [modelname] [nmos ou pmos] ( [parmtr1=x] . . . ) Exemple :m1 2 3 0 0 mod1 m5 5 6 0 0 mod4 .model mod1 pmos .model mod4 nmos ( vto=1 )

L'instruction du modèle MOSFET commence par « .model » suivi du nom du modèle suivi de « pmos » ou « nmos ». Les paramètres facultatifs du modèle MOSFET suivent. La liste des paramètres possibles est longue. Voir le volume 5, « MOSFET » pour plus de détails. [TRK] Les fabricants de MOSFET fournissent des modèles détaillés. Sinon, les valeurs par défaut sont en vigueur.

Les informations SPICE minimales sur les semi-conducteurs sont fournies dans cette section. Les modèles présentés ici permettent de simuler des circuits de base. En particulier, ces modèles ne prennent pas en compte le fonctionnement à grande vitesse ou à haute fréquence. Des simulations sont présentées dans le Volume 5, Chapitre 7, « Utilisation de SPICE... ».

AVIS :

• Les semi-conducteurs peuvent être simulés par ordinateur avec SPICE.
• SPICE fournit des instructions et des modèles d'éléments pour la diode, le BJT, le JFET et le MOSFET.