Creating a Simulation Model

以下参数用于描述二极管在正向偏置区域的直流电流-电压特性：

要提取这些参数，需要提供正向二极管电流（IF）与正向二极管电压（VF）的关系曲线。该曲线可来自制造商数据手册，或对实际器件进行测量获得。

下图展示了一个来自数据手册的此类曲线示例，以及一个示例测试电路，可通过该电路进行直接测量以获得所需源数据。

 
二极管在正向偏置区域的 I-V 特性示例曲线与电路。

数据以从源曲线获取的一系列数据点形式输入到向导中。

以下参数用于描述二极管在反向偏置区域工作时的电容：

要提取这些参数，需要提供反向偏置电容（Cd）与反向二极管电压（VR）的关系曲线。该曲线可来自制造商数据手册，或对实际器件进行测量获得。

图中展示了一个来自数据手册的此类曲线示例，以及一个示例测试电路，可通过该电路进行直接测量以获得所需源数据。若没有电容表，也可以使用后者。

 
二极管在反向偏置区域的电容示例曲线与电路。

数据以从源曲线获取的一系列数据点形式输入到向导中。

上图中的示例电路基于以下方程：

I = C * (dv/dt)

对该方程求解 C 得到：

C = I/(dv/dt)

该电路由电源 V1 产生一个电压斜坡。通过计算该斜坡电压的斜率，可以得到方程中的 dv/dt 部分。将测得的二极管电流除以斜坡电压的斜率，即可得到二极管电容曲线。

以下参数用于描述器件在击穿后的反向偏置电流流动：

要提取这些参数，向导需要输入以下两个数值：

• 反向击穿电压的数值。

• 反向击穿点处流过二极管的电流数值。

这些数值可来自制造商数据手册，或对实际器件进行测量获得。数据手册通常以表格形式给出二极管的电气（直流）特性，因此只需找到这些数值并按其报告值原样输入即可。

如果源数据是图形形式——这在直接对实际器件测量时很常见——你需要在二极管开始击穿的点“读出”这两个数值。下图展示了此类曲线示例。

以图形方式获取反向击穿点处的电流与电压数值。

尽管在图中显示时这些数值可能为负，但在向导相应字段中输入时，应仅以正值输入。

以下参数用于在将二极管从正向偏置切换到反向偏置时，对二极管的反向恢复时间进行建模：

要提取该参数，向导需要输入二极管的反向恢复时间（Trr），其取值点为正向电流等于反向电流时（即 IR/IF=1）。该数据通常以简单数值的形式出现在开关二极管的制造商数据手册中。

下图展示了该信息在制造商数据手册中的呈现方式。图中关注的数值——需要输入到向导中的条目——为 4ns。

获取二极管的反向恢复时间。

使用对实际器件直接测量获得的数据时，可以对以下特性进行建模。

• Forward-Bias Parameters

  以下参数用于描述 BJT 在正向偏置区域的直流电流-电压特性：

  IS		传输饱和电流（单位：安培）。
  BF		理想最大正向电流放大系数（beta）。
  NF		正向电流发射系数。
  RB		零偏置基极电阻（单位：欧姆）。
  RC		集电极电阻（单位：欧姆）。
  RE		发射极电阻（单位：欧姆）。
  IKF		正向 beta 在大电流下滚降的拐点（单位：安培）。
  ISE		B-E 漏电饱和电流（单位：安培）。
  NE		B-E 漏电发射系数。
  VAF		正向 Early 电压（单位：伏特）。

  以下各节详细说明了所需的测量数据，输入这些数据后，向导即可提取这些参数。

  • Base-Emitter Voltage versus Base Current

    这些数据用于 RC 参数的初始提取。下图给出了基极-发射极电压（VBE）与基极电流（IB）的示例曲线，以及可用于获取数据的示例测试电路。该电路向基极强制注入电流，同时测量开路的基极-发射极电压。

    
    VBE 与 IB 的示例曲线和电路。

    数据以从源曲线获取的一系列数据点形式输入到向导中。

  • Collector-Emitter Voltage versus Base Current

    这些数据用于 RE 参数的初始提取。下图给出了集电极-发射极电压（VCE）与基极电流（IB）的示例曲线，以及可用于获取数据的示例测试电路。该电路向基极强制注入电流，同时测量开路的集电极-发射极电压。

    
    VCE 与 IB 的示例曲线和电路。

    数据以从源曲线获取的一系列数据点形式输入到向导中。

  • Forward Gummel Plot

    这些数据主要用于提取 IS、BF、NF、RB、IKF、ISE 和 NE 参数，同时也用于优化 RC、RE 和 VAF 参数。下图给出了一个 Gummel 图示例，以及可用于获取数据的示例测试电路。Gummel 图展示了：

    • 基极电流与基极-发射极电压的关系（IB vs. VBE）。

    • 集电极电流与基极-发射极电压的关系（IC vs. VBE）。

    基极-集电极电压（VBC）保持为 0 伏。

    
    正向 Gummel 图与测试电路示例。

    数据以从源 Gummel 图获取的一系列数据点形式输入到向导中。必须输入原始的 IB 和 IC 数值——向导会对曲线数据应用 LN 函数。

  • Collector Current versus Base-Emitter Voltage

    这些数据用于 VAF 参数的初始提取。下图给出了集电极电流（IC）与基极-发射极电压（VBE）的示例曲线，以及可用于获取数据的示例测试电路。该电路用于在两种不同的基极-集电极电压（VBC）取值下生成两条 IC vs. VBE 曲线。曲线应尽可能在较低电流下测量，并且 VBC 尽可能接近 0 伏。

    
    VBE 与 IC 的示例曲线和电路。

    数据以一系列数据点形式输入到向导中的两张表里——每条源数据曲线对应一张表。每种情况下还必须输入所使用的 VBC 值。

• Reverse-Bias Parameters

  以下参数用于描述 BJT 在反向偏置区域的直流电流-电压特性：

  IS		传输饱和电流（单位：安培）。
  BR		理想最大反向电流放大系数（beta）。
  NR		反向电流发射系数。
  RB		零偏置基极电阻（单位：欧姆）。
  RC		集电极电阻（单位：欧姆）。
  RE		发射极电阻（单位：欧姆）。
  IKR		反向 beta 在大电流下滚降的拐点（单位：安培）。
  ISC		B-C 漏电饱和电流（单位：安培）。
  NC		B-C 漏电发射系数。
  VAR		反向 Early 电压（单位：伏特）。

  以下各节详细说明了所需的测量数据，输入这些数据后，向导即可提取这些参数。

  关于提取 RC 参数初始值所需的数据，请参见上一节 基极-发射极电压与基极电流。

  关于提取 RE 参数初始值所需的数据，请参见上一节 集电极-发射极电压与基极电流。

  • Reverse Gummel Plot

    这些数据主要用于提取 IS、BR、NR、RB、IKR、ISC 和 NC 参数，同时也用于优化 RC、RE 和 VAR 参数。下图显示了一个 Gummel 图示例，以及可用于获取数据的示例测试电路。Gummel 图展示了：

    • 基极电流与基极-集电极电压的关系（IB vs. VBC）。

    • 发射极电流与基极-集电极电压的关系（IE vs. VBC）。

    基极-发射极电压（VBE）保持为 0 伏。

    
    反向 Gummel 图与测试电路示例。

    数据以从源 Gummel 图获取的一系列数据点形式输入到向导中。必须输入原始的 IB 和 IE 数值——向导会对曲线数据应用 LN 函数。

  • Emitter Current versus Base-Collector Voltage

    这些数据用于 VAR 参数的初始提取。下图显示了发射极电流（IE）与基极-集电极电压（VBC）的示例曲线，以及可用于获取数据的示例测试电路。该电路用于在两种不同的基极-发射极电压（VBE）取值下生成两条 IE vs. VBC 曲线。曲线应尽可能在较低电流下测量，并且 VBE 尽可能接近 0 伏。

    
    IE 与 VBC 的示例曲线和电路。

    数据以一系列数据点形式输入到向导中的两张表里——每条源数据曲线对应一张表。每种情况下还必须输入所使用的 VBE 值。

使用从制造商数据手册获取的数据时，可以对以下特性进行建模。

• Forward-Bias Parameters

  以下参数用于描述 BJT 在正向偏置区域的直流电流-电压特性：

  IS		传输饱和电流（单位：安培）。
  BF		理想最大正向电流放大系数（beta）。
  NF		正向电流发射系数。
  RE		发射极电阻（单位：欧姆）。
  IKF		正向 beta 在大电流下滚降的拐点（单位：安培）。
  ISE		B-E 漏电饱和电流（单位：安培）。
  NE		B-E 漏电发射系数。

  以下各节详细说明了所需的数据，输入这些数据后，向导即可提取这些参数。

  • Base-Emitter Voltage versus Collector Current

    数据手册通常在“强制 beta”或“饱和”条件下给出这些曲线。

    这些数据用于提取 IS、NF、RE 和 IKF 参数。下图显示了从数据手册获得的基极-发射极电压（VBE）与集电极电流（IC）的示例曲线。

    

    数据以从源曲线获取的一系列数据点形式输入到向导中。必须输入原始的 IC 数值——向导会对曲线数据应用 LN 函数。

    还需要输入该曲线的强制 beta 比值（β = IC/IB）。在上图示例曲线中，该值显示在图的左上角，因此应输入 10。

  • DC Current Gain versus Collector Current

    这些数据用于提取 BF、NE、ISE 和 IKF 参数。下图显示了从数据手册获得的直流电流增益（hFE）与集电极电流（IC）的示例曲线。
    数据以从源曲线获取的一系列数据点形式输入到向导中。为保证准确性，应在集电极电流的低、中、高取值处输入直流电流增益的数值。
    

• Forward Early Voltage

  以下参数用于在 Gummel-Poon 晶体管模型中对基区宽度调制效应进行建模：

  VAF

  正向 Early 电压（单位：伏）。

  要提取该参数，需要从输出导纳（hOE）与集电极电流（IC）的曲线上选取一个点。下图给出了此类曲线的示例。

  

  在曲线上读取任意一个数值。在上图示例中，我们可以读出 IC = 1mA 且 hOE = 30μmhos。

  通常，这些数据以表格形式给出，下图展示了一个示例。

  
  输出导纳的表格条目示例。

  图中关注的数值——也是需要在向导中填写的条目——为集电极电流 1mA，以及输出导纳 30μmhos（通常使用最大值）。

当使用来自制造商数据手册或对实体器件直接测量得到的数据时，可以对以下特性进行建模。

• Base-Emitter Capacitance

  以下参数用于描述基极-发射极结的反向偏置结电容：

  CJE		B-E 零偏置耗尽电容（单位：法拉）。
  MJE		B-E 结指数因子。
  VJE		B-E 内建电势（单位：伏）。

  要提取这些参数，需要一张反向偏置 B-E 结电容（Cj）与电压特性（VBE）的曲线图。如果没有电容表，可以使用下图所示的示例测试电路来获取数据。图中还展示了通过该电路得到的示例曲线——分别绘制 VBE 与 Cj 随时间变化的曲线。根据这些曲线，可以很容易读出同一时刻对应的 VBE 与 Cj 数值。

  
  反向偏置 B-E 结电容的示例电路与曲线图。

  在向导中以一系列从源曲线图获得的数据点形式输入数据。

  上图中的示例电路基于以下方程：

  I = C * (dv/dt)

  将该方程对 C 求解得到：

  C = I/(dv/dt)

  该电路由电源 V1 产生一个电压斜坡。通过计算该斜坡电压的斜率，可以得到方程中的 dv/dt 部分。将测得的二极管电流除以斜坡电压的斜率，即可得到二极管电容曲线。上图中的两条曲线与电路的对应关系如下：

  • 上方曲线 – VBE 为 V1。

  • 下方曲线 – Cj 为 q1[ie]/(dV1/dt)。

• Base-Collector Capacitance

  以下参数用于描述基极-集电极结的反向偏置结电容：

  CJC		B-C 零偏置耗尽电容（单位：法拉）。
  MJC		B-C 结指数因子。
  VJC		B-C 内建电势（单位：伏）。

  要提取这些参数，需要一张反向偏置 B-C 结电容（Cj）与电压特性（VBC）的曲线图。如果没有电容表，可以使用下图所示的示例测试电路来获取数据。图中还展示了通过该电路得到的示例曲线——分别绘制 VBC 与 Cj 随时间变化的曲线。根据这些曲线，可以很容易读出同一时刻对应的 VBC 与 Cj 数值。

  
  反向偏置 B-C 结电容的示例电路与曲线图。

  在向导中以一系列从源曲线图获得的数据点形式输入数据。

  上图中的示例电路基于以下方程：

  I = C * (dv/dt)

  将该方程对 C 求解得到：

  C = I/(dv/dt)

  该电路由电源 V1 产生一个电压斜坡。通过计算该斜坡电压的斜率，可以得到方程中的 dv/dt 部分。将测得的二极管电流除以斜坡电压的斜率，即可得到二极管电容曲线。上图中的两条曲线与电路的对应关系如下：

  • 上方曲线 – VBC 为 V1。

  • 下方曲线 – Cj 为 q1[ic]/(dV1/dt)。

• Collector-Substrate Capacitance

  以下参数用于描述集电极-衬底结的反向偏置结电容：

  CJS		零偏置集电极-衬底电容（单位：法拉）。
  MJS		衬底结指数因子。
  VJS		衬底结内建电势（单位：伏）。

  要提取这些参数，需要一张反向偏置 C-S 结电容（Cj）与电压特性（VCS）的曲线图。如果没有电容表，可以使用下图所示的示例测试电路来获取数据。图中还展示了通过该电路得到的示例曲线——分别绘制 VCS 与 Cj 随时间变化的曲线。根据这些曲线，可以很容易读出同一时刻对应的 VCS 与 Cj 数值。

  
  反向偏置 C-S 结电容的示例电路与曲线图。

  在向导中以一系列从源曲线图获得的数据点形式输入数据。

  上图中的示例电路基于以下方程：

  I = C * (dv/dt)

  将该方程对 C 求解得到：

  C = I/(dv/dt)

  该电路由电源 V1 产生一个电压斜坡。通过计算该斜坡电压的斜率，可以得到方程中的 dv/dt 部分。将测得的二极管电流除以斜坡电压的斜率，即可得到二极管电容曲线。上图中的两条曲线与电路的对应关系如下：

  • 上方曲线 – VCS 为 V1。

  • 下方曲线 – Cj 为 q1[is]/(dV1/dt)。

• Transit Times

  以下参数用于描述 BJT 的渡越时间：

  TF		理想正向渡越时间（单位：秒）。
  TR		理想反向渡越时间（单位：秒）。

  要提取这些参数，向导需要输入晶体管的单位增益频率（fT）。这是晶体管电流增益降为 1 时的频率。该数据通常以简单数值的形式出现在制造商数据手册中。

  fT 通常列在数据手册的小信号特性部分，也称为电流增益-带宽积（Current Gain-Bandwidth Product）或单位增益带宽（Unity-Gain Bandwidth）。

  下图展示了该信息在制造商数据手册中的典型呈现方式。图中关注的数值——需要在向导中输入的条目——为 100MHz。

  
  电流增益 - 带宽积的表格条目示例。

以下参数很难从测量数据中提取，并且通常不会出现在制造商数据手册中。向导既不会提取这些参数，也不会将其添加到生成的 BJT 模型文件中。尽管它们不在 MDL 文件中，SPICE 在仿真 BJT 器件时仍会使用这些参数——采用其固有的默认值。为便于查阅，下面列出了这些默认值。

当然，你也可以将这些参数中的任意一个手动添加到 MDL 文件中，并按需指定希望使用的数值。