Guía Completa de Modelado de Dispositivos Semiconductores en SPICE

El programa de simulación electrónica SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) proporciona elementos de circuito y modelos para semiconductores. Los nombres de elementos SPICE comienzan con d, q, j, o m correspondientes a diodo, BJT, JFET y MOSFET, respectivamente. Estos elementos van acompañados de "modelos" correspondientes con extensas listas de parámetros que describen el dispositivo. Aquí proporcionamos una lista muy breve de modelos SPICE simples para semiconductores, suficiente para comenzar. Para más detalles ver referencia Kuphaldt.[TRK]

Modelos:

Diodo

Diodo: La declaración del diodo comienza con un nombre de elemento que debe iniciar con "d" más caracteres opcionales. Ejemplos: d1, d2, dtest, da, db, d101. Dos números de nodo especifican la conexión del ánodo y cátodo, respectivamente, a otros componentes. Los números de nodo son seguidos por un nombre de modelo, referenciando una declaración ".model".

La línea de declaración del modelo comienza con ".model", seguido del nombre del modelo coincidente con una o más declaraciones de diodo. Luego viene una "d" indicando que se modela un diodo. El resto es una lista de parámetros opcionales del formulario NombreParámetro=ValorParámetro. Ninguno se muestra en el ejemplo. Para lista completa ver referencia "diodos".[TRK]

Forma general: d[nombre] [ánodo] [cátodo] [modelo] .model [nombremodelo] d ( [param1=x] [param2=y] ... ) Ejemplo: d1 1 2 mod1 .model mod1 d

Modelos para números de parte específicos de diodos a menudo los proporciona el fabricante. Incluyen parámetros. De lo contrario, los parámetros default a "valores por defecto", como en el ejemplo.

Transistor Bipolar de Unión (BJT)

BJT: La declaración de elemento BJT comienza con un nombre que debe iniciar con "q" con caracteres designadores de símbolo de circuito, ejemplo: q1, q2, qa, qgood. Los números de nodo BJT (conexiones) identifican el cableado del colector, base, emisor respectivamente. Un nombre de modelo siguiendo los números de nodo se asocia con una declaración de modelo.

Forma general: q[nombre] [colector] [base] [emisor] [modelo] .model [nombremodelo] [npn o pnp] ([param1=x] ...) Ejemplo: q1 2 3 0 mod1 .model mod1 pnp Ejemplo: q2 7 8 9 q2n090 .model q2n090 npn ( bf=75 )

La declaración del modelo comienza con ".model", seguido del nombre del modelo, seguido por "npn" o "pnp". La lista opcional de parámetros sigue, y puede continuar por unas líneas comenzando con símbolo de continuación "+". Se muestra arriba el parámetro β directo establecido a 75 para el modelo hipotético q2n090. Modelos detallados de transistores a menudo están disponibles de fabricantes.

Transistor de Efecto Campo (FET)

FET: La declaración de elemento FET comienza con un nombre iniciando con "j" para JFET asociado a caracteres únicos, ejemplo: j101, j2b, jalpha. Los números de nodo siguen para drenaje, compuerta y fuente, respectivamente. Los números de nodo definen conectividad a otros componentes. Finalmente, un nombre de modelo indica el modelo JFET a usar.

Forma general: j[nombre] [drenaje] [compuerta] [fuente] [modelo] .model [nombremodelo] [njf o pjf] ( [param1=x] ... ) Ejemplo: j1 2 3 0 mod1 .model mod1 pjf j3 4 5 0 mod2 .model mod2 njf ( vto=-4.0 )

El ".model" en la declaración del modelo JFET es seguido por el nombre del modelo para identificar este modelo a las declaraciones de elemento JFET usándolo. Siguiendo el nombre del modelo viene pjf o njf para JFETs de canal p o n respectivamente. Una larga lista de parámetros JFET puede seguir. Solo mostramos cómo establecer Vp, voltaje de pellizco, a -4,0 V para un modelo JFET de canal n. De lo contrario, este parámetro vto default a -2,5 V o 2,5 V para dispositivos de canal n o p, respectivamente.

Transistor de Efecto Campo Metal-Óxido (MOSFET)

MOSFET: El nombre de elemento MOSFET debe comenzar con "m", y es la primera palabra en la declaración de elemento. Siguen cuatro números de nodo para drenaje, compuerta, fuente y sustrato, respectivamente. Luego el nombre del modelo. Nota que fuente y sustrato están ambos conectados al mismo nodo "0" en el ejemplo. Los MOSFETs discretos se empaquetan como dispositivos de tres terminales, la fuente y sustrato son el mismo terminal físico. Los MOSFETs integrados son dispositivos de cuatro terminales; el sustrato es un cuarto terminal. Los MOSFETs integrados pueden tener numerosos dispositivos compartiendo el mismo sustrato, separado de las fuentes. Aunque, las fuentes podrían seguir conectadas al sustrato común.

Forma general: m[nombre] [drenaje] [compuerta] [fuente] [sustrato] [modelo] .model [nombremodelo] [nmos o pmos] ( [param1=x] ... ) Ejemplo: m1 2 3 0 0 mod1 m5 5 6 0 0 mod4 .model mod1 pmos .model mod4 nmos ( vto=1 )

La declaración del modelo MOSFET comienza con ".model" seguido del nombre del modelo seguido por "pmos" o "nmos". Parámetros opcionales del modelo MOSFET siguen. La lista de parámetros posibles es larga. Ver Volumen 5, "MOSFET" para detalles. [TRK] Los fabricantes de MOSFET proporcionan modelos detallados. De lo contrario, defaults están en efecto.

La información mínima de SPICE para semiconductores se provee en esta sección. Los modelos mostrados permiten simulación de circuitos básicos. En particular, estos modelos no cuentan para operación de alta velocidad o alta frecuencia. Simulaciones se muestran en Volumen 5 Capítulo 7, "Usando SPICE...".

REVISIÓN:

• Los semiconductores pueden simularse por computadora con SPICE.
• SPICE proporciona declaraciones de elemento y modelos para diodo, BJT, JFET y MOSFET.