Guia Completo de Modelagem de Dispositivos Semicondutores no SPICE

O programa de simulação eletrônica SPICE (Simulation Program, Integrated Circuit Emphasis) fornece elementos de circuito e modelos para semicondutores. Os nomes de elementos SPICE começam com d, q, j ou m correspondentes a diodo, BJT, JFET e elementos MOSFET, respectivamente. Esses elementos são acompanhados por "modelos" correspondentes. Esses modelos têm listas extensas de parâmetros descrevendo o dispositivo. Embora não os listemos aqui. Nesta seção fornecemos uma listagem muito breve de modelos SPICE simples para semicondutores, apenas o suficiente para começar. Para mais detalhes sobre modelos e lista extensiva de parâmetros de modelo veja Kuphaldt.[TRK] Esta referência também dá instruções sobre uso do SPICE.

Modelos:

Diodo

Diodo: A declaração do diodo começa com um nome de elemento diodo que deve começar com "d" mais caracteres opcionais. Alguns nomes de exemplo incluem: d1, d2, dtest, da, db, d101, etc. Dois números de nó especificam a conexão do ânodo e cátodo, respectivamente, a outros componentes. Os números de nó são seguidos por um nome de modelo, referenciando uma declaração ".model".

A linha da declaração do modelo começa com ".model", seguido pelo nome do modelo correspondente a uma ou mais declarações de diodo. Em seguida vem um "d" indicando que um diodo está sendo modelado. O restante da declaração do modelo é uma lista de parâmetros opcionais do diodo na forma ParameterName=ParameterValue. Nenhum é mostrado no exemplo abaixo. Para uma lista, veja referência, "diodes".[TRK]

Forma geral: d[nome] [ânodo] [cátodo] [modelo] .model [nombremodelo] d ( [parmtr1=x] [parmtr2=y] . . .) Exemplo: d1 1 2 mod1 .model mod1 d

Modelos para números de peça específicos de diodo são frequentemente fornecidos pelo fabricante do diodo semicondutor. Esses modelos incluem parâmetros. Caso contrário, os parâmetros assumem os chamados "valores padrão", como no exemplo.

Transistor Bipolar de Junção (BJT)

BJT, transistor bipolar de junção: A declaração de elemento BJT começa com um nome de elemento que deve começar com "q" com caracteres designadores de símbolo de circuito associados, exemplo: q1, q2, qa, qgood. Os números de nó do BJT (conexões) identificam a fiação do coletor, base, emissor respectivamente. Um nome de modelo seguindo os números de nó é associado com uma declaração de modelo.

Forma geral: q[nome] [coletor] [base] [emissor] [modelo] .model [nombremodelo] [npn ou pnp] ([parmtr1=x] . . .) Exemplo: q1 2 3 0 mod1 .model mod1 pnp Exemplo: q2 7 8 9 q2n090 .model q2n090 npn ( bf=75 )

A declaração do modelo começa com ".model", seguido pelo nome do modelo, seguido por um de "npn" ou "pnp". A lista opcional de parâmetros segue, e pode continuar por algumas linhas começando com símbolo de continuação de linha "+", mais. Mostrado acima é o parâmetro beta direto definido como 75 para o modelo hipotético q2n090. Modelos detalhados de transistor estão frequentemente disponíveis de fabricantes de semicondutores.

Transistor de Efeito de Campo (FET)

FET, transistor de efeito de campo A declaração de elemento transistor de efeito de campo começa com um nome de elemento começando com "j" para JFET associado com alguns caracteres únicos, exemplo: j101, j2b, jalpha, etc. Os números de nó seguem para os terminais drain, gate e source, respectivamente. Os números de nó definem conectividade a outros componentes de circuito. Finalmente, um nome de modelo indica o modelo JFET a usar.

Forma geral: j[nome] [drain] [gate] [source] [modelo] .model [nombremodelo] [njf ou pjf] ( [parmtr1=x] . . .) Exemplo: j1 2 3 0 mod1 .model mod1 pjf j3 4 5 0 mod2 .model mod2 njf ( vto=-4.0 )

O ".model" na declaração do modelo JFET é seguido pelo nome do modelo para identificar este modelo à(s) declaração(ões) de elemento JFET usando-o. Seguindo o nome do modelo está pjf ou njf para JFETs de canal p ou canal n respectivamente. Uma longa lista de parâmetros JFET pode seguir. Apenas mostramos como definir Vp, tensão de pinch-off, para -4,0 V para um modelo JFET de canal n. Caso contrário, este parâmetro vto assume como padrão -2,5 V ou 2,5V para dispositivos de canal n ou canal p, respectivamente.

Transistor de Efeito de Campo Metal-Óxido (MOSFET)

MOSFET, transistor de efeito de campo metal-óxido O nome do elemento MOSFET deve começar com "m", e é a primeira palavra na declaração do elemento. Seguem os quatro números de nó para drain, gate, source e substrato, respectivamente. Em seguida está o nome do modelo. Note que source e substrato estão ambos conectados ao mesmo nó "0" no exemplo. MOSFETs discretos são encapsulados como dispositivos de três terminais, source e substrato são o mesmo terminal físico. MOSFETs integrados são dispositivos de quatro terminais; o substrato é um quarto terminal. MOSFETs integrados podem ter numerosos dispositivos compartilhando o mesmo substrato, separado das sources. Embora, as sources ainda possam estar conectadas ao substrato comum.

Forma geral: m[nome] [drain] [gate] [source] [substrato] [modelo] .model [nombremodelo] [nmos ou pmos] ( [parmtr1=x] . . . ) Exemplo: m1 2 3 0 0 mod1 m5 5 6 0 0 mod4 .model mod1 pmos .model mod4 nmos ( vto=1 )

A declaração do modelo MOSFET começa com ".model" seguido pelo nome do modelo seguido por "pmos" ou "nmos". Parâmetros opcionais de modelo MOSFET seguem. A lista de parâmetros possíveis é longa. Veja Volume 5, "MOSFET" para detalhes. [TRK] Fabricantes de MOSFET fornecem modelos detalhados. Caso contrário, padrões estão em vigor.

A informação mínima de SPICE para semicondutores é fornecida nesta seção. Os modelos mostrados aqui permitem simulação de circuitos básicos. Em particular, esses modelos não contam para operação de alta velocidade ou alta frequência. Simulações são mostradas no Volume 5 Capítulo 7, "Usando SPICE ...".

REVISÃO:

• Semicondutores podem ser simulados por computador com SPICE.
• SPICE fornece declarações de elemento e modelos para diodo, BJT, JFET e MOSFET.