シミュレーションモデルの作成

以下のパラメータは、順方向バイアス領域におけるダイオードのDC電流-電圧特性を記述するために使用されます：

これらのパラメータを抽出するには、順方向ダイオード電流（IF）と順方向ダイオード電圧（VF）の関係グラフが必要です。このグラフは、メーカーのデータシートから入手するか、実デバイスで測定して取得できます。

以下の画像は、データシートから得たそのようなグラフの例と、必要な元データを得るために直接測定を行えるテスト回路例を示しています。

 
順方向バイアス領域におけるダイオードI-V特性の例（グラフと回路）。

データは、元のグラフから取得した一連のデータ点としてウィザードに入力します。

以下のパラメータは、逆方向バイアス領域で動作する際のダイオード容量を記述するために使用されます：

これらのパラメータを抽出するには、逆バイアス容量（Cd）と逆方向ダイオード電圧（VR）の関係グラフが必要です。このグラフは、メーカーのデータシートから入手するか、実デバイスで測定して取得できます。

画像は、データシートから得たそのようなグラフの例と、必要な元データを得るために直接測定を行えるテスト回路例も示しています。後者は、容量計が利用できない場合に使用できます。

 
逆方向バイアス領域におけるダイオード容量の例（グラフと回路）。

データは、元のグラフから取得した一連のデータ点としてウィザードに入力します。

上の画像の回路例は、次の式に基づいています：

I = C * (dv/dt)

この式をCについて解くと次のようになります：

C = I/(dv/dt)

この回路は、電源V1から電圧ランプを生成します。このランプ電圧の傾きを計算することで、式のdv/dtの部分を求めることができます。測定したダイオード電流をランプ電圧の傾きで割ることで、ダイオード容量曲線を得ることができます。

以下のパラメータは、ブレークダウン後の逆方向バイアス電流の流れを記述するために使用されます：

これらのパラメータを抽出するために、ウィザードは次の2つの値の入力を必要とします：

• 逆方向ブレークダウン電圧の値。

• 逆方向ブレークダウン点におけるダイオード電流の値。

これらの値は、メーカーのデータシートから入手するか、実デバイスで測定して取得できます。データシートには通常、ダイオードの電気的（DC）特性が表形式で記載されているため、該当する値を見つけて、記載どおりに正確に入力するだけです。

元データがグラフ（実デバイスから直接測定した場合に典型的）である場合は、ダイオードがブレークダウンを開始する点で、これら2つの値を「読み取る」必要があります。以下の画像はそのようなグラフの例を示しています。

逆方向ブレークダウン点における電流値と電圧値をグラフから取得する。

グラフ上の表示に対して値が負になる場合がありますが、ウィザードの各フィールドに入力する際は、正の値としてのみ入力してください。

以下のパラメータは、ダイオードを順方向から逆方向バイアスへ切り替える際の逆回復時間をモデル化するために使用されます：

このパラメータを抽出するために、ウィザードは、順方向電流が逆方向電流に等しくなる点（すなわちIR/IF=1）におけるダイオードの逆回復時間（Trr）の入力を必要とします。このデータは通常、スイッチングダイオードのメーカー・データシートに、単純な数値データとして記載されています。

以下の画像は、メーカーのデータシートにおけるこの情報の見え方を示しています。画像中で関心のある値（ウィザードに入力する値）は4nsです。

ダイオードの逆回復時間を取得する。

物理デバイスの直接測定で取得したデータを使用する場合、以下の特性をモデル化できます。

• Forward-Bias Parameters

  以下のパラメータは、順方向バイアス領域におけるBJTのDC電流-電圧特性を記述するために使用されます：

  IS		輸送飽和電流（A）。
  BF		理想最大順方向ベータ。
  NF		順方向電流の放出係数。
  RB		ゼロバイアス時のベース抵抗（Ω）。
  RC		コレクタ抵抗（Ω）。
  RE		エミッタ抵抗（Ω）。
  IKF		順方向ベータの高電流ロールオフのコーナー（A）。
  ISE		B-Eリーク飽和電流（A）。
  NE		B-Eリークの放出係数。
  VAF		順方向アーリー電圧（V）。

  以下のセクションでは、必要な測定データの詳細を示します。これらを入力することで、ウィザードがこれらのパラメータを抽出できるようになります。

  • Base-Emitter Voltage versus Base Current

    このデータは、RCパラメータの初期抽出に使用されます。下図は、ベース-エミッタ電圧（VBE）とベース電流（IB）の関係の例グラフ、およびデータ取得のために測定を行えるテスト回路例を示しています。この回路はベースに電流を強制的に流し、開放状態のベース-エミッタ電圧を測定します。

    
    VBE 対 IB の例グラフおよび回路。

    データは、元のグラフから得られた一連のデータ点としてウィザードに入力します。

  • Collector-Emitter Voltage versus Base Current

    このデータは、REパラメータの初期抽出に使用されます。下図は、コレクタ-エミッタ電圧（VCE）とベース電流（IB）の関係の例グラフ、およびデータ取得のために測定を行えるテスト回路例を示しています。この回路はベースに電流を強制的に流し、開放状態のコレクタ-エミッタ電圧を測定します。

    
    VCE 対 IB の例グラフおよび回路。

    データは、元のグラフから得られた一連のデータ点としてウィザードに入力します。

  • Forward Gummel Plot

    このデータは主に、IS、BF、NF、RB、IKF、ISE、NEの各パラメータを抽出するために使用されます。また、RC、RE、VAFパラメータの最適化にも使用されます。下図は、Gummelプロットの例と、データ取得のために測定を行えるテスト回路例を示しています。Gummelプロットは次を示します。

    • ベース電流 対 ベース-エミッタ電圧（IB 対 VBE）。

    • コレクタ電流 対 ベース-エミッタ電圧（IC 対 VBE）。

    ベース-コレクタ電圧（VBC）は0Vに保持されます。

    
    順方向Gummelプロットおよびテスト回路の例。

    データは、元のGummelプロットから得られた一連のデータ点としてウィザードに入力します。生のIBおよびIC値を入力する必要があります。ウィザードが曲線データにLN関数を適用します。

  • Collector Current versus Base-Emitter Voltage

    このデータは、VAFパラメータの初期抽出に使用されます。下図は、コレクタ電流（IC）とベース-エミッタ電圧（VBE）の関係の例グラフ、およびデータ取得のために測定を行えるテスト回路例を示しています。この回路は、ベース-コレクタ電圧（VBC）の異なる2つの値に対して、IC 対 VBEの2本の曲線を生成するために使用されます。曲線は、可能な限り低い電流で、かつVBCを実用上可能な限り0Vに近づけた条件で測定してください。

    
    VBE 対 IC の例グラフおよび回路。

    データは2つの表（元データ曲線ごとに1つ）に、一連のデータ点としてウィザードへ入力します。各ケースで使用したVBCの値も入力する必要があります。

• Reverse-Bias Parameters

  以下のパラメータは、逆バイアス領域におけるBJTのDC電流-電圧特性を記述するために使用されます。

  IS		輸送飽和電流（A）。
  BR		理想最大逆方向ベータ。
  NR		逆方向電流の放出係数。
  RB		ゼロバイアス時のベース抵抗（Ω）。
  RC		コレクタ抵抗（Ω）。
  RE		エミッタ抵抗（Ω）。
  IKR		逆方向ベータの高電流ロールオフのコーナー（A）。
  ISC		B-Cリーク飽和電流（A）。
  NC		B-Cリークの放出係数。
  VAR		逆方向アーリー電圧（V）。

  以下のセクションでは、必要な測定データの詳細を示します。これらを入力することで、ウィザードがこれらのパラメータを抽出できるようになります。

  RCパラメータの初期値を抽出するために必要なデータについては、前のセクション ベース-エミッタ電圧 対 ベース電流 を参照してください。

  REパラメータの初期値を抽出するために必要なデータについては、前のセクション コレクタ-エミッタ電圧 対 ベース電流 を参照してください。

  • Reverse Gummel Plot

    このデータは主に、IS、BR、NR、RB、IKR、ISC、NCの各パラメータを抽出するために使用されます。また、RC、RE、VARパラメータの最適化にも使用されます。下図は、Gummelプロットの例と、データ取得のために測定を行えるテスト回路例を示しています。Gummelプロットは次を示します。

    • ベース電流 対 ベース-コレクタ電圧（IB 対 VBC）。

    • エミッタ電流 対 ベース-コレクタ電圧（IE 対 VBC）。

    ベース-エミッタ電圧（VBE）は0Vに保持されます。

    
    逆方向Gummelプロットおよびテスト回路の例。

    データは、元のGummelプロットから得られた一連のデータ点としてウィザードに入力します。生のIBおよびIE値を入力する必要があります。ウィザードが曲線データにLN関数を適用します。

  • Emitter Current versus Base-Collector Voltage

    このデータは、VARパラメータの初期抽出に使用されます。下図は、エミッタ電流（IE）とベース-コレクタ電圧（VBC）の関係の例グラフ、およびデータ取得のために測定を行えるテスト回路例を示しています。この回路は、ベース-エミッタ電圧（VBE）の異なる2つの値に対して、IE 対 VBCの2本の曲線を生成するために使用されます。曲線は、可能な限り低い電流で、かつVBEを実用上可能な限り0Vに近づけた条件で測定してください。

    
    IE 対 VBC の例グラフおよび回路。

    データは2つの表（元データ曲線ごとに1つ）に、一連のデータ点としてウィザードへ入力します。各ケースで使用したVBEの値も入力する必要があります。

メーカーのデータシートから取得したデータを使用する場合、以下の特性をモデル化できます。

• Forward-Bias Parameters

  以下のパラメータは、順バイアス領域におけるBJTのDC電流-電圧特性を記述するために使用されます。

  IS		輸送飽和電流（A）。
  BF		理想最大順方向ベータ。
  NF		順方向電流の放出係数。
  RE		エミッタ抵抗（Ω）。
  IKF		順方向ベータの高電流ロールオフのコーナー（A）。
  ISE		B-Eリーク飽和電流（A）。
  NE		B-Eリークの放出係数。

  以下のセクションでは、必要なデータの詳細を示します。これらを入力することで、ウィザードがこれらのパラメータを抽出できるようになります。

  • Base-Emitter Voltage versus Collector Current

    データシートでは通常、これらの曲線は「強制ベータ」または「飽和」条件で示されています。

    このデータは、IS、NF、RE、IKFパラメータを抽出するために使用されます。下図は、データシートから得られたベース-エミッタ電圧（VBE）とコレクタ電流（IC）の関係の例グラフを示しています。

    

    データは、元のグラフから得られた一連のデータ点としてウィザードに入力します。生のIC値を入力する必要があります。ウィザードが曲線データにLN関数を適用します。

    また、曲線の強制ベータ比（β = IC/IB）の値も入力する必要があります。上図の例プロットでは、この値がグラフ左上に示されているため、10を入力します。

  • DC Current Gain versus Collector Current

    このデータは、BF、NE、ISE、IKFパラメータを抽出するために使用されます。下図は、データシートから得られた直流電流増幅率（hFE）とコレクタ電流（IC）の関係の例グラフを示しています。
    データは、元のグラフから得られた一連のデータ点としてウィザードに入力します。精度のため、直流電流増幅率の値は、コレクタ電流の低・中・高の各領域で入力してください。
    

• Forward Early Voltage

  以下のパラメータは、Gummel-Poonトランジスタモデルにおけるベース幅変調の影響をモデル化するために使用されます。

  VAF

  順方向アーリー電圧（V）。

  このパラメータを抽出するには、出力アドミタンス（hOE）対コレクタ電流（IC）カーブ上の点を入力する必要があります。下の画像は、そのようなカーブの例を示しています。

  

  カーブ上の任意の値を読み取ります。上の画像の例では、IC = 1mA、hOE = 30μmhos と読み取れます。

  通常、データは表形式で示されます。下の画像にその例を示します。

  
  出力アドミタンスの表形式エントリ例。

  画像内で重要な値（およびウィザードに入力する値）は、コレクタ電流が 1mA、出力アドミタンスが 30μmhos です（通常は最大値を使用します）。

メーカーのデータシート、または実デバイスの直接測定で得たデータを使用する場合、次の特性をモデル化できます。

• Base-Emitter Capacitance

  ベース‐エミッタ接合の逆バイアス接合容量を記述するために、次のパラメータを使用します。

  CJE		B-E ゼロバイアス空乏容量（F）。
  MJE		B-E 接合の指数係数。
  VJE		B-E 内蔵電位（V）。

  これらのパラメータを抽出するには、逆バイアスされた B-E 接合容量（Cj）対電圧特性（VBE）のグラフが必要です。容量計がない場合は、下の画像のテスト回路例を使用してデータを取得できます。画像には、その回路から得られるグラフ例（それぞれ VBE と Cj を時間に対してプロット）も示しています。これらのグラフから、同一時刻に対応する VBE と Cj の値を容易に読み取れます。

  
  逆バイアス B-E 接合容量の回路例とグラフ。

  データは、元のグラフから得た一連のデータ点としてウィザードに入力します。

  上の画像の回路例は、次の式に基づいています。

  I = C * (dv/dt)

  この式を C について解くと次のようになります。

  C = I/(dv/dt)

  この回路は電源 V1 により電圧ランプを生成します。このランプ電圧の傾きを計算することで、式の dv/dt の部分を求められます。測定したダイオード電流をランプ電圧の傾きで割ることで、ダイオード容量カーブを得られます。上の画像の2つのグラフは、回路に対して次のように対応します。

  • 上段グラフ – VBE は V1。

  • 下段グラフ – Cj は q1[ie]/(dV1/dt)。

• Base-Collector Capacitance

  ベース‐コレクタ接合の逆バイアス接合容量を記述するために、次のパラメータを使用します。

  CJC		B-C ゼロバイアス空乏容量（F）。
  MJC		B-C 接合の指数係数。
  VJC		B-C 内蔵電位（V）。

  これらのパラメータを抽出するには、逆バイアスされた B-C 接合容量（Cj）対電圧特性（VBC）のグラフが必要です。容量計がない場合は、下の画像のテスト回路例を使用してデータを取得できます。画像には、その回路から得られるグラフ例（それぞれ VBC と Cj を時間に対してプロット）も示しています。これらのグラフから、同一時刻に対応する VBC と Cj の値を容易に読み取れます。

  
  逆バイアス B-C 接合容量の回路例とグラフ。

  データは、元のグラフから得た一連のデータ点としてウィザードに入力します。

  上の画像の回路例は、次の式に基づいています。

  I = C * (dv/dt)

  この式を C について解くと次のようになります。

  C = I/(dv/dt)

  この回路は電源 V1 により電圧ランプを生成します。このランプ電圧の傾きを計算することで、式の dv/dt の部分を求められます。測定したダイオード電流をランプ電圧の傾きで割ることで、ダイオード容量カーブを得られます。上の画像の2つのグラフは、回路に対して次のように対応します。

  • 上段グラフ – VBC は V1。

  • 下段グラフ – Cj は q1[ic]/(dV1/dt)。

• Collector-Substrate Capacitance

  コレクタ‐基板接合の逆バイアス接合容量を記述するために、次のパラメータを使用します。

  CJS		ゼロバイアス・コレクタ‐基板容量（F）。
  MJS		基板接合の指数係数。
  VJS		基板接合の内蔵電位（V）。

  これらのパラメータを抽出するには、逆バイアスされた C-S 接合容量（Cj）対電圧特性（VCS）のグラフが必要です。容量計がない場合は、下の画像のテスト回路例を使用してデータを取得できます。画像には、その回路から得られるグラフ例（それぞれ VCS と Cj を時間に対してプロット）も示しています。これらのグラフから、同一時刻に対応する VCS と Cj の値を容易に読み取れます。

  
  逆バイアス C-S 接合容量の回路例とグラフ。

  データは、元のグラフから得た一連のデータ点としてウィザードに入力します。

  上の画像の回路例は、次の式に基づいています。

  I = C * (dv/dt)

  この式を C について解くと次のようになります。

  C = I/(dv/dt)

  この回路は電源 V1 により電圧ランプを生成します。このランプ電圧の傾きを計算することで、式の dv/dt の部分を求められます。測定したダイオード電流をランプ電圧の傾きで割ることで、ダイオード容量カーブを得られます。上の画像の2つのグラフは、回路に対して次のように対応します。

  • 上段グラフ – VCS は V1。

  • 下段グラフ – Cj は q1[is]/(dV1/dt)。

• Transit Times

  BJT の遷移時間を記述するために、次のパラメータを使用します。

  TF		理想順方向遷移時間（秒）。
  TR		理想逆方向遷移時間（秒）。

  これらのパラメータを抽出するには、ウィザードにトランジスタのユニティ利得周波数（fT）を入力する必要があります。これは、トランジスタの電流利得が 1 になる周波数です。このデータは通常、メーカーのデータシートに単純な数値データとして記載されています。

  fT は通常、データシートの小信号特性の欄に記載され、電流利得帯域幅積（Current Gain-Bandwidth Product）またはユニティ利得帯域幅（Unity-Gain Bandwidth）とも呼ばれます。

  下の画像は、メーカーのデータシートにおけるこの情報の記載例を示しています。画像内で重要な値（ウィザードに入力する値）は 100MHz です。

  
  電流利得 - 帯域幅積の表形式エントリ例。

次のパラメータは測定データから抽出するのが難しく、メーカーのデータシートにも通常は記載されていません。これらはウィザードで抽出されず、BJT の結果モデルファイルにも追加されません。MDL ファイルに含まれていなくても、SPICE は BJT デバイスのシミュレーション時にこれらのパラメータを固有のデフォルト値で使用します。参照しやすいよう、以下にデフォルト値を示します。

もちろん、必要に応じて、これらのパラメータのいずれも MDL ファイルに手動で追加し、使用したい値を指定できます。