PSpice16.5 AD 教程七（常见元器件模型参数）

上海市长宁区延安西路 726 号华敏、翰尊时代广场 13 层 H 座 T:021-51696680-8063 F: 021-52370712 邮箱：cadence@comtech.com.cn / qipingwang@comtech.com.cn www.comtech.com.cn PSpice A/D 教程七 （常见元器件模型参数） 教程： 二极管、三极管、场效应管的模型参数 电阻、电容、电感和磁心的模型参数 压控开关和流控开关的模型参数 上海市长宁区延安西路 726 号华敏、翰尊时代广场 13 层 H 座 T:021-51696680-8063 F: 021-52370712 邮箱：cadence@comtech.com.cn / qipingwang@comtech.com.cn www.comtech.com.cn 大家在编辑模型或创建模型时经常会遇到不了解一些基本半导体，比如半导体二 极管、三极管和场效应等，不知道 PSpice 模型中的各参数什么含义，应该如何设置 和修改。另外对于一些常用的器件：电阻、电容、电感等需要添加一些温度系数、电 压系数等时，应该如何来实现，这些都是本节要给大家讲解的内容。 一、二极管模型参数 当我们选择一个二极管，并对它进行模型编辑时，我们会看到该模型文件中包 含着很多参数，而当我们需要自己建模时也需要设置这些参数，如，我们打开二极管 库中型号为 1N4376 的二极管，看到它的模型文件： .MODEL D1N4376 D + IS=857.8900E-12 + N=1.88811 + RS=2.53577 + CJO=1.0000E-12 + M=.3333 + VJ=.75 + ISR=40.817E-9 + NR=6.32069 + BV=20.375 + IBV=10 + TT=662.00E-12 这些参数代什么含义？参看表一我们就清楚了。 表一 二极管模型参数 上海市长宁区延安西路 726 号华敏、翰尊时代广场 13 层 H 座 T:021-51696680-8063 F: 021-52370712 邮箱：cadence@comtech.com.cn / qipingwang@comtech.com.cn www.comtech.com.cn 二、三极管模型参数 双极型晶体三极管是由两个PN结组成，其工作方式可分为NPN型和PNP型两种， 两类晶体管都分为基区、发射区和集电区三个区，每个区分别引出了电极，称为基极 （B）、发射极（E）和集电极（C）。基区和发射区之间的PN结称为发射结；基区和 集电区之间的PN结称为集电结。不同型号的三极管使用共同的PSpice参数，只是不同 型号参数的数值是不相同的。如：在三极管库中型号为Q2N3227的三极管的PSpice模 型为： .model Q2N3227 NPN(Is=498.7f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=100 Bf=281 Ne=4.612 Ise=65.64n + Ikf=33.8m Xtb=1.5 Br=4.851m Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=1.5 Cjc=2.937p + Mjc=99.99m Vjc=.75 Fc=.5 Cje=3.184p Mje=.3171 Vje=.75 Tr=2.312u + Tf=385.5p Itf=0 Vtf=0 Xtf=0 Rb=10) * Motorola pid=2N2368 case=TO18 * 88-09-14 bam creation 个参数的具体含义见表二。 表二 三极管模型参数 上海市长宁区延安西路 726 号华敏、翰尊时代广场 13 层 H 座 T:021-51696680-8063 F: 021-52370712 邮箱：cadence@comtech.com.cn / qipingwang@comtech.com.cn www.comtech.com.cn 续表 上海市长宁区延安西路 726 号华敏、翰尊时代广场 13 层 H 座 T:021-51696680-8063 F: 021-52370712 邮箱：cadence@comtech.com.cn / qipingwang@comtech.com.cn www.comtech.com.cn 三、场效应管模型和参数 场效应晶体三极管也是一种半导体三极管，简称场效应管（FET）。它的功能和 双极型晶体管相同，可用作放大元件或开关元件，其外形与双极型晶体管相似，但是 其工作原理却与双极型晶体管不同，在双极型晶体管中是电子和空穴两种极性的载流 子同时参与导电，而在场效应管中仅靠多数载流子一种极性的载流子参与导电，故场 效应管业称为单极型晶体管。两种晶体管的控制特性也有很大区别。双极型晶体管是 电流控制型元件，通过控制基极电流从而控制集电极电流或发射极电流，而场效应管 是电压控制型元件，它是利用输入回路的电场效应来控制输出回路的电流，因而得名 场效应管。 场效应管从结构上可分为绝缘栅和结型两大类，且每大类按其导电沟道分还分为 N 沟道和 P 沟道两类。场效应管的 PSpice 模型中同样包含很多参数，如某结型场效 应管 N4857 的 PSpice 模型型参数如下： .MODEL N4857/PLP NJF + VTO = -3.1621E+000 + BETA = 5.01519E-003 + LAMBDA = 2.40112E-002 + RD = 1.48485E+000 + RS = 1.48485E+000 + IS = 9.11151E-016 + CGS = 1.05000E-011 + CGD = 1.40000E-011 + PB = 5.68050E-001 + FC = 5.00000E-001 各参数的具体含义可以参考表三和表四。 表三 MOS 场效应管的模型参数 上海市长宁区延安西路 726 号华敏、翰尊时代广场 13 层 H 座 T:021-51696680-8063 F: 021-52370712 邮箱：cadence@comtech.com.cn / qipingwang@comtech.com.cn www.comtech.com.cn 续表 上海市长宁区延安西路 726 号华敏、翰尊时代广场 13 层 H 座 T:021-51696680-8063 F: 021-52370712 邮箱：cadence@comtech.com.cn / qipingwang@comtech.com.cn www.comtech.com.cn 表四 结型场效应管模型参数 四、电阻模型参数 电阻是电路中使用最多的元件，一般我们使用电阻值考虑其阻值，所以在 analog.lib 库中选取的电阻是不可编辑器模型的，需要考虑电阻的温度参数和容差参 数时，我们需要在 breakout.lib 库中调用 Rbreak 元件，对其进行温度参数和容差参 数的设置。编辑时可以添加以下的参数： 电阻因子 R 缺省值为1 线性温度系数 Tc1 缺省值为0 二次温度系数 Tc2 缺省值为0 指数温度系数 Tce 缺省值为0 器件容差 Dev 缺省值为0 批容差 Lot 缺省值为0 其中，Tce未指定时电阻值与温度的关系为： Rnew=Value*R*[1+Tc1*(T-T0)+Tc2*(T-T0)2] Tce指定时电阻值与温度的关系为： Rnew=Value*R*1.01Tce*(T-T0) 上海市长宁区延安西路 726 号华敏、翰尊时代广场 13 层 H 座 T:021-51696680-8063 F: 021-52370712 邮箱：cadence@comtech.com.cn / qipingwang@comtech.com.cn www.comtech.com.cn 五、电容模型参数 电容也是最基本的电路元件，普通电容在 analog.lib 库中选取，当需要添加其 他参数时，同样需要在 breakout.lib 库中选择 CBreak 元件，该元件可以进行模型编 辑，可以添加的参数有： 电容因子 C 缺省值为1 线性电压系数 Vc1 缺省值为0 二次电压系数 Vc2 缺省值为0 线性温度系数 Tc1 缺省值为0 二次温度系数 Tc2 缺省值为0 器件容差 Dev 缺省值为0 批容差 Lot 缺省值为0 电容值与电压和温度的关系为： Cnew=Value*C* [1+Vc1*V+Vc2*V2]*[1+Tc1*(T-T0)+Tc2*(T-T0)2] 注：电容容值会受到电容电压和环境温度的影响，在电容的模型中充分考虑了这一点。 六、电感模型参数 电感也是最基本的电路元件，普通电感在 analog.lib 库中选取，当需要添加其 他参数时，同样需要在 breakout.lib 库中选择 LBreak 元件，该元件可以进行模型编 辑，可以添加的参数有： 电感因子 L 缺省值为 1 线性电流系数 IL1 缺省值为 0 二次电流系数 IL2 缺省值为 0 线性温度系数 Tc1 缺省值为 0 二次温度系数 Tc2 缺省值为 0 器件容差 Dev 缺省值为0 批容差 Lot 缺省值为0 上海市长宁区延安西路 726 号华敏、翰尊时代广场 13 层 H 座 T:021-51696680-8063 F: 021-52370712 邮箱：cadence@comtech.com.cn / qipingwang@comtech.com.cn www.comtech.com.cn 电感值与电流和温度的关系为： Lnew=Value*L* [1+IL1*I+IL2*I2]*[1+Tc1*(T-T0)+Tc2*(T-T0)2] 注：电感感值会受到电感电流和温度的影响，影响的关系符合上述表达式。 七、磁心的模型参数 PSpice 中有专门的磁心库，如果库中没有包含所需的磁心，也可以在 Breakout.lib 中选取 KBreak 元件，对其进行模型编辑，添加如下参数值： 平均磁通横截面积 AREA 缺省值为0.1 平均磁路长度 PATH 缺省值为1 有效气隙长度 GAP 缺省值为0 叠层因子 PACK 缺省值为1 磁化强度饱和值 MS 缺省值为 1E+6 平均磁场参数 ALPHA 缺省值为1E-3 形状参数 A 缺省值为1E+3 磁畴壁折曲常数 C 缺省值为0.2 磁畴壁约束常数 K 缺省值为 500 八、压控开关的模型参数 在 Breakout 库中还包含 SBreak 的器件，就是压控开关，该开关的参数包括： 闭合状态控制电压 VON 缺省值为 1 断开状态控制电压 VOFF 缺省值为 1E6 闭合电阻 RON 缺省值为 1 断开电阻 ROFF 缺省值为 0 开关噪声是在假设频率带宽为 1Hz 时计算的。电压控制开关产生热噪声是由于在 偏置点相当于一个有限电阻，其每单位带宽的功率谱密度 ： i2=4kT/RS 注：模型参数中 RON 必须大于 0，ROFF 必须比 1/GMIN 小。ROFF 与 RON 之 比应该小于 1012 上海市长宁区延安西路 726 号华敏、翰尊时代广场 13 层 H 座 T:021-51696680-8063 F: 021-52370712 邮箱：cadence@comtech.com.cn / qipingwang@comtech.com.cn www.comtech.com.cn 在容许的精度范围内，相对于其它的电路元件，通过选择 RON 尽可能高，ROFF 尽可能低，可以使由于理想开关的高增益所带来的困难减到最小。 GMIN 见下图所示，可以再 simulation settings 中的 options 中找到。 九、流控开关的模型参数 和压控开关一样，在 Breakout 库中还包含 WBreak 的器件，就是流控开关，该开 关的参数包括： 闭合状态控制电流 ION 断开状态控制电流 IOFF 闭合电阻 RON 断开电阻 ROFF 注意事项同压控开关。 结束语： 有些元器件几乎每个电路都会用到，比如电阻，电容，三极管，二极管等，但是 当要用到具体一些个别参数时，很多师就会很茫然，因为越是简单的器件，越是 不知道设置，比如要对电阻进行温度分析，或是对某个三极管的电流放大倍数进行参 数扫描时，就需要知道这些器件的个别参数是如何设置的。这就是这篇教程的用意。 上海市长宁区延安西路 726 号华敏、翰尊时代广场 13 层 H 座 T:021-51696680-8063 F: 021-52370712 邮箱：cadence@comtech.com.cn / qipingwang@comtech.com.cn www.comtech.com.cn 如果有关于 PSpice 软件使用和购买等任何问题可联系： 联系人：吴少琴 科通数字技术公司 地址：上海市长宁区延安西路 726 号华敏、翰尊时代广场 13 层 H 座 邮编：200050 电话：021-51696680 邮箱：shaoqinwu@comtech.com.cn 72211021