测试几个LTspice 模型的精度

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了测试几个LTspice 模型的精度相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

简 介: 本文对于 LTspice 仿真软件中的典型器件进行测试。反过来测试期间的基本特性。

关键词 LTspice

LTspice模型 目 录
Contents
温度模型 三极管反向模型 结型场效应管 总 结

 

§01 LTspice模型


一、温度模型

1、二极管温度

  利用如下电路,测量温度对于二极管端口电压的影响。

▲ 图1.1.1 建立二极管的电压

  下面是 LTspice 软件给出的仿真数据。 根据:

d v d t = max ⁡ ( V ) − min ⁡ ( V ) max ⁡ ( T ) − min ⁡ ( T ) = 1.771    ( V / C ) dv \\over dt = \\max \\left( V \\right) - \\min \\left( V \\right) \\over \\max \\left( T \\right) - \\min \\left( T \\right) = 1.771\\,\\,\\left( V/C \\right) dtdv=max(T)min(T)max(V)min(V)=1.771(V/C)

▲ 温度变化对于二极管的输出电压的影响

  这个数值接近于 PN 结温度特性 也就是温度每升高 1 ℃, PN 结电压减少 2mV 左右。

  在 Accurate Temperature Sensing with an External P-N Junction 中给出了 三极管 B-E 之间的 P-N 结电压、电流与温度之间的关系。

I C = I S ( e V B E n ⋅ V T − 1 ) I_C = I_S \\left( e^V_BE \\over n \\cdot V_T - 1 \\right) IC=IS(enVTVBE1)

  其中 V T = k T / q V_T = kT/q VT=kT/q 。所以: V B E = n ⋅ k T q ln ⁡ ( I C I S ) V_BE = n \\cdot kT \\over q\\ln \\left( I_C \\over I_S \\right) VBE=nqkTln(ISIC) 反过来可以得到: T = q ⋅ V B E n k ⋅ ln ⁡ ( I C / I s ) T = q \\cdot V_BE \\over nk \\cdot \\ln \\left( I_C /I_s \\right) T=qnkln(IC/Is)VBE

  可以看到,在 I C I_C IC 一定的情况下, 温度与 P-N 结之间是正比的关系。这说明对于普通的二极管来将,端口电压随着温度的升高而下降是由于 温度对于 Is具有更大的影响。

  下面测试了二极管反向导通电流 I s I_s Is 随着温度的变化。

▲ 图1.1.3 反过来,测量二极管的反向导通电流随着温度的变化

  仿真结果给出了 二极管的模型中的反相电流对着温度增加而指数增加的情况。 从这一点来说,二极管的 P-N 的电压与温度之间的关系主要受到了 反向电流 I s I_s Is 的影响。

▲ 反向流过二极管的饱和电流随着温度的变化

下面是测试的 2N3904 的 BE 的 NP结的温度特性。

▲ 三极管BE PN结温度特性

二、三极管反向模型

  PN结中的玻尔兹曼常数 可以使用 三极管中的 B-E 之间的 P-N 节来进行测量 。下图给出了测量的电路。

▲ 图1.2.1 测量三极管的VBE的电压与电流之间的关系

  设置输入电压 V1 的变化 从 0 变化到 -2V,输出电压 V(out) 反映了 Q1 集电极的电流,在一定比例下它等于 BE 之间的 P-N 结之间的电流。如下图所示。

▲ 上述测量电路的电压测试波形

  将 Vout 换算成 电流,再与 Vbe 绘制在同一张图上。

▲ 图1.2.3 三极管B-E之间的P-N结的电压电流之间的关系

  将 Ibe 取 对数,然后再绘制对应的曲线。如下图所示, 可以看到当电压超过 0.3V 之后, PN结的电流的对数值与电压之间就呈现线性关系。这也反过来验证了 PN 届 之间的 电压电流公式。

▲ 取 LOG 之后的PN结电流与电压之间的关系

  通过这个模型,可以看到 LTspice 模型与实际三极管的特性还是很接近的。

三、结型场效应管

  下面测试结型场效应管的饱和电流与栅极电压之间的关系。

▲ 图1.3.1 测试电路

  如下是仿真结果,大体可以看到, 2N3819的截止电压大约为 -3V 左右。而且电流与栅极电压之间大体上呈现 平方关系。

▲ 结型场效应管电压与电流

 

  结 ※


  本文对于 LTspice 仿真软件中的典型器件进行测试。反过来测试期间的基本特性。


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