SPICEモデル
SPICE回路シミュレーションプログラムは、回路シミュレーションでのダイオードのモデリングを提供します。ダイオードモデルは、製品データシートに記載されている個々のデバイスの特性と、記載されていない製造プロセスの特性に基づいています。下の図の1N4004データシートからいくつかの情報が抽出されています。
データシート1N4004の抜粋、[DI4]の後。
ダイオードステートメントは、「d」とオプションの文字で始まる必要があるダイオード要素名で始まります。ダイオード要素名の例には、d1、d2、dtest、da、db、d101が含まれます。 2つのノード番号は、他のコンポーネントへのアノードとカソードの接続をそれぞれ指定します。ノード番号の後にはモデル名が続き、後続の「.model」ステートメントを参照します。
モデルステートメントの行は「.model」で始まり、その後に1つ以上のダイオードステートメントに一致するモデル名が続きます。次に、「d」はダイオードがモデル化されていることを示します。モデルステートメントの残りの部分は、ParameterName =ParameterValueの形式のオプションのダイオードパラメータのリストです。以下の例では何も使用されていません。 Example2には、いくつかのパラメーターが定義されています。ダイオードパラメータのリストについては、以下の表を参照してください。
一般的な形式：d [name] [anode] [cathode] [modelname] .model（[modelname] d [parmtr1 =x] [parmtr2 =y]。。。） 例：d1 1 2 mod1 .model mod1 d 例2：D2 1 2 Da1N4004 .model Da1N4004 D（IS =18.8n RS =0 BV =400 IBV =5.00u CJO =30 M =0.333 N =2）
ダイオードのSPICEモデル
SPICEモデルの最も簡単なアプローチは、データシートの場合と同じです。製造元のWebサイトを参照してください。次の表に、選択したいくつかのダイオードのモデルパラメータを示します。フォールバック戦略は、データシートにリストされているパラメーターからSPICEモデルを構築することです。ここでは考慮されていない3番目の戦略は、実際のデバイスの測定を行うことです。次に、SPICEパラメータを計算し、比較して、測定値に合わせて調整します。
ダイオードSPICEパラメータ
上記の「例」モデルのようにダイオードパラメータが指定されていない場合、パラメータは上の表と下の表にリストされているデフォルト値を取ります。これらのデフォルトは、集積回路ダイオードをモデル化したものです。これらは、ディスクリートデバイスを使用した予備作業には確かに適切です。より重要な作業には、製造元[DIn]、SPICEベンダー、およびその他のソースから提供されたSPICEモデルを使用してください。 [smi]
選択したダイオードのSPICEパラメータ。 sk =ショットキーGe =ゲルマニウム;それ以外はシリコン。
それ以外の場合は、データシートからいくつかのパラメータを導き出します。
仕様書からのSPICEモデルの導出
まず、スパイスパラメータNの値を1から2の間で選択します。これは、ダイオードの式（n）に必要です。 Massobrio [PAGM] pp 9は、「.. n、排出係数は通常約2です」と推奨しています。上記の表では、電力整流器1N3891（12 A）と10A04（10 A）の両方が約2を使用していることがわかります。表の最初の4つは、それぞれショットキー、ショットキー、ゲルマニウム、およびシリコンの小信号であるため、関係ありません。 。飽和電流ISは、ダイオードの式、値（V D ）から導出されます。 、I D ）上の図のグラフで、N =2（ダイオード方程式ではn）。
I D =I S （e V D / nV T -1） V T =25 o で26mV C n =2.0 V D =グラフから1Aで0.925V 1 A =I S （e （0.925 V）/（2）（26 mV） -1） I S =18.8E-9
IS =18.8nとN =2の数値は、1N4004のメーカーモデルと比較するために、上記の表の最後の行に入力されていますが、これはかなり異なります。今のところ、RSのデフォルトは0です。後で見積もります。重要なDC静的パラメーターは、N、IS、およびRSです。 Rashid [MHR]は、TT、τ D 、通過時間は、逆回復蓄積電荷Q RR から概算されます。 、データシートパラメータ（データシートでは使用できません）およびI F 、順方向電流。
I D =I S （e V D / nV T -1）τ D =Q RR / I F
Q RR がないため、TT =0のデフォルトを使用します 。 4.32uの10A04のような同様の整流器にTTを使用するのは合理的ですが。 1N3891 TTは高速回復整流器であるため、有効な選択ではありません。 CJO、ゼロバイアス接合容量はV R から推定されます vs C J 上の図のグラフ。グラフのゼロ電圧に最も近い静電容量は、1Vで30pFです。スイッチングレギュレータ電源のように高速過渡応答をシミュレートする場合は、TTおよびCJOパラメータを指定する必要があります。
接合部のグレーディング係数Mは、接合部のドーピングプロファイルに関連しています。これはデータシート項目ではありません。突然のジャンクションのデフォルトは0.5です。線形傾斜ジャンクションに対応するM =0.333を選択します。上記の表の電力整流器は、Mに0.5よりも低い値を使用しています。
VJとEGのデフォルト値を使用します。上記の表に示されているよりもはるかに多くのダイオードがVJ =0.6を使用しています。ただし、10A04整流器は、1N4004モデル（上記の表のDa1N4001）に使用するデフォルトを使用します。シリコンダイオードと整流器にはデフォルトのEG =1.11を使用します。上記の表は、ショットキーダイオードとゲルマニウムダイオードの値を示しています。シリコンデバイスのデフォルトのIS温度係数であるXTI =3を取ります。ショットキーダイオードのXTIについては、上記の表を参照してください。
簡略化されたデータシート（上の図）には、I R がリストされています。 =5 µA @ V R =400 V、それぞれIBV =5uおよびBV =400に対応します。データシートから導出された1n4004SPICEパラメータは、上記のメーカーのモデルと比較するために、上記の表の最後の行にリストされています。 BVが必要になるのは、ツェナーダイオードの場合のように、シミュレーションがダイオードの逆方向降伏電圧を超える場合のみです。逆ブレークダウン電流であるIBVは省略されることがよくありますが、BVが付属している場合は入力できます。
異なるソースからのダイオードモデルの比較
次の図は、メーカーモデル、データシートから派生したモデル、およびデフォルトパラメータを使用したデフォルトモデルを比較するための回路を示しています。ダイオード電流の測定には、3つのダミーの0Vソースが必要です。 1 Vソースは、0.2mVステップで0から1.4Vまで掃引されます。以下の表のネットリストの.DCステートメントを参照してください。 DI1N4004はメーカーのダイオードモデルであり、Da1N4004は当社の派生ダイオードモデルです。
メーカーモデル（D1）、計算されたデータシートモデル（D2）、およびデフォルトを比較するためのSPICE回路モデル（D3）。
SPICEネットリストパラメータ：（D1）DI1N4004メーカーのモデル、（D2）Da1N40004データシートから派生、（D3）デフォルトのダイオードモデル。
XCircuitv3.20の* SPICE回路<03468.eps> D1 1 5 DI1N4004 V1 5 0 0 D2 1 3 Da1N4004 V2 3 0 0 D3 14デフォルト V3 4 0 0 V4 1 0 1 .DC V4 0 1400mV 0.2m .model Da1N4004 D（IS =18.8n RS =0 BV =400 IBV =5.00u CJO =30 + M =0.333 N =2.0 TT =0） .MODEL DI1N4004 D（IS =76.9n RS =42.0m BV =400 IBV =5.00u CJO =39.8p + M =0.333 N =1.45 TT =4.32u） .MODELデフォルトD 。終わり
下の図の3つのモデルを比較します。以下の表のデータシートグラフデータに移動します。 VDは、メーカーのモデル、計算されたデータシートモデル、およびデフォルトのダイオードモデルのダイオード電圧とダイオード電流の関係です。最後の列「1N4004グラフ」は、上の図のデータシートの電圧対電流曲線からのものであり、これを一致させようとしています。 3つのモデルの電流を最後の列と比較すると、デフォルトモデルは低電流に適し、メーカーのモデルは高電流に適し、計算されたデータシートモデルは1Aまでのすべてに最適であることがわかります。合意はほぼ完全です。 ISの計算は1Aのダイオード電圧に基づいているため、1Aで。このモデルは1Aを超える電流を大幅に超えています。
メーカーモデル、計算されたデータシートモデル、デフォルトモデルの最初の試行。
メーカーモデル、計算されたデータシートモデル、およびデフォルトモデルとV対Iの1N4004データシートグラフの比較。
モデルモデルモデル1N4004 インデックスVDメーカーデータシートデフォルトグラフ 3500 7.000000e-01 1.612924e + 00 1.416211e-02 5.674683e-03 0.01 4001 8.002000e-01 3.346832e + 00 9.825960e-02 2.731709e-01 0.13 4500 9.000000e-01 5.310740e + 00 6.764928e-01 1.294824e + 01 0.7 4625 9.250000e-01 5.823654e + 00 1.096870e + 00 3.404037e + 01 1.0 5000 1.000000e-00 7.395953e + 00 4.675526e + 00 6.185078e + 02 2.0 5500 1.100000e + 00 9.548779e + 00 3.231452e + 01 2.954471e + 04 3.3 6000 1.200000e + 00 1.174489e + 01 2.233392e + 02 1.411283e + 06 5.3 6500 1.300000e + 00 1.397087e + 01 1.543591e + 03 6.741379e + 07 8.0 7000 1.400000e + 00 1.621861e + 01 1.066840e + 04 3.220203e + 0912。
解決策は、RSをデフォルトのRS =0から増やすことです。データシートモデルでRSを0から8mに変更すると、曲線はメーカーのモデルと同じ電圧で10 A（図示せず）と交差します。 RSを28.6mに増やすと、下の図に示すように、曲線がさらに右にシフトします。これには、データシートモデルをデータシートグラフにより厳密に一致させる効果があります（上の図）。次の表は、1.4Vでの電流1.224470e + 01Aが12Aでのグラフと一致することを示しています。ただし、0.925 Vでの電流は、上記の1.096870e +00から7.318536e-01に低下しています。
メーカーモデルおよびデフォルトモデルと比較して計算されたデータシートモデルを改善するための2回目の試行。
Da1N4004モデルステートメントRS =0をRS =28.6mに変更すると、VD =1.4Vでの電流が12.2Aに減少します。
.model Da1N4004 D（IS =18.8n RS =28.6m BV =400 IBV =5.00u CJO =30 + M =0.333 N =2.0 TT =0） モデルモデル1N4001 インデックスVDメーカーデータシートグラフ 3505 7.010000e-01 1.628276e + 00 1.432463e-02 0.01 4000 8.000000e-01 3.343072e + 00 9.297594e-02 0.13 4500 9.000000e-01 5.310740e + 00 5.102139e-01 0.7 4625 9.250000e-01 5.823654e + 00 7.318536e-01 1.0 5000 1.000000e-00 7.395953e + 00 1.763520e + 00 2.0 5500 1.100000e + 00 9.548779e + 00 3.848553e + 00 3.3 6000 1.200000e + 00 1.174489e + 01 6.419621e + 00 5.3 6500 1.300000e + 00 1.397087e + 01 9.254581e + 00 8.0 7000 1.400000e + 00 1.621861e + 01 1.224470e + 0112。
推奨される読者の演習：VD =0.925Vでの電流が1Aに戻るように、Nを減らします。これにより、VD =1.4 Vで電流（12.2 A）が増える可能性があり、電流を12Aに減らすにはRSを増やす必要があります。
>ツェナーダイオード： ツェナーダイオードをモデル化するには、2つのアプローチがあります。モデルステートメントでBVパラメータをツェナー電圧に設定するか、ツェナー電圧に設定されたダイオードクランパーを含むサブサーキットでツェナーをモデル化します。最初のアプローチの例では、1n4469 15 Vツェナーダイオードモデル（IBVオプション）のブレークダウン電圧BVを15に設定します。
.model D1N4469 D（BV =15 IBV =17m）
2番目のアプローチは、サブ回路を備えたツェナーをモデル化します。下の図のクランパーD1とVZは、1N4477Aツェナーダイオードの15V逆ブレークダウン電圧をモデル化しています。ダイオードDRは、サブ回路内のツェナーの順方向伝導を説明します。
.SUBCKT DI-1N4744A 1 2 *ターミナルAK D1 1 2 DF DZ 3 1 DR VZ 2 3 13.7 .MODEL DF D（IS =27.5p RS =0.620 N =1.10 + CJO =78.3p VJ =1.00 M =0.330 TT =50.1n） .MODEL DR D（IS =5.49f RS =0.804 N =1.77） 。終わり
ツェナーダイオードサブサーキットは、クランパー（D1およびVZ）を使用してツェナーをモデル化します。
トンネルダイオード： トンネルダイオードは、SPICEサブサーキット内の1対の電界効果トランジスタ（JFET）によってモデル化できます。 [KHM]発振回路もこのリファレンスに示されています。
ガンダイオード： ガンダイオードは、JFETのペアでモデル化することもできます。 [ISG]このリファレンスはマイクロ波緩和発振器を示しています。
レビュー：
- ダイオードは、.modelステートメントを参照するダイオードコンポーネントステートメントによってSPICEで記述されます。 .modelステートメントには、ダイオードを説明するパラメーターが含まれています。パラメータが指定されていない場合、モデルはデフォルト値を取ります。
- 静的DCパラメータには、N、IS、およびRSが含まれます。逆ブレークダウンパラメータ：BV、IBV。
- 正確な動的タイミングにはTTおよびCJOパラメーターが必要です
- メーカーが提供するモデルを強くお勧めします。
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