home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Liren Large Software Subsidy 13 / 13.iso / p / p105 / 1.ddi / DIODE.DOC < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1989-01-23  |  8.5 KB  |  187 lines
  1.               Modeling the Diode for Micro-Cap III
  2.              (c) copyright Spectrum Software 1988-89
  3.                           January 1989
  4.  
  5. Input parameters for the Diode Model:
  6.  
  7. IS        Saturation current (Amperes).
  8. RS        Bulk resistance (ohms).
  9. N         Forward Emission coefficient.
  10. TT        Transit time (seconds).
  11. CJO       Zero-bias capacitance (Farads).
  12. VJ        Built-in potential (Volts).
  13. M         Grading coefficient.
  14. EG        Energy gap (eV).
  15. XTI       Temperature exponent for IS.
  16. KF        Flicker noise coefficient.
  17. AF        Flicker noise exponent.
  18. BV        Breakdown voltage (Volts).
  19. RL        Junction leakage resistance (ohms).
  20.  
  21.  
  22. *  Saturation current (IS): To estimate the saturation current
  23. for the diode, a one-point measurement is needed.  This is
  24. labeled as Vd1(IS, RS) and Id1(IS, RS) in PEP.  These values can be
  25. obtained from the Forward current vs Forward voltage curve given
  26. in databooks.  Note that these data must be obtained from the low
  27. end of the curve.  Typically, you should pick VF below 0.7 volts.
  28. Do not attempt to pick a large value for Vd1 for this estimation.
  29. It will give a very small value for IS which is impractical.  If
  30. RS is computed, IS can be affected.  Refer to the equation in the
  31. Reference Manual for this relationship.
  32.  
  33. *  Bulk resistance (RS): To estimate the bulk resistance of the
  34. diode, you need two sets of data points from the IF vs VF curve. 
  35. These parameters are labeled as Vd1(IS, RS), Id1(IS, RS),
  36. Vd2(RS), and Id2(RS).  Vd1 and Id1 are the same data used for
  37. estimating IS and Vd1 must be kept low.  Vd2 and Id2 are obtained
  38. from the high end of the IF vs VF curve.  Typically, at this
  39. point you should see a slight curvature of the I-V curve.  Vd2
  40. should be in the range of 0.8 to 1.1 volts.
  41.  
  42. *  Emission coefficient (N): Use a default value of 1.0 for N. 
  43. You can change this parameter directly from PEP or MC3.
  44.  
  45. *  Transit time (TT): This parameter is computed from the Reverse
  46. Recovery time graph.  At times, the required data are given in a
  47. table format.  The parameters required for this estimation are:
  48. Trr(TT), IF(TT) and IR(TT) in PEP.  Usually, the graph gives a
  49. ratio of IF/IR.  It is recommended that you select IF/IR = 1.0. 
  50. Using this ratio, you can obtain Trr from the graph.  If you have
  51. chosen IF/IR=1.0, then the equation used to estimate Trr becomes:
  52. TT = 1.44 * Trr.
  53.  
  54. *  Zero-bias capacitance (CJO):  CJO can be computed from the
  55. Junction Capacitance graph.  To estimate CJO, two other
  56. parameters must be computed first, they are, M and VJ.  A one-
  57. point measurement is needed for this estimation (CJ at VR). 
  58. Choosing VR equal to 10 volts is recommended.  At 10 volts,
  59. obtain the value of CJ from the graph directly.  Although, VR is
  60. the reverse voltage the diode, you must enter a positive number
  61. in PEP.  The program will take care of the sign change.  The
  62. equation used for this estimation is:
  63.          CJ = CJO / (1 - (-VR)/VJ)^M
  64.  
  65. *  Grading coefficient (M): The grading coefficient can be
  66. computed using two sets of data points from the Junction
  67. Capacitance curve.  They are labeled as: Vd1(M), Id1(M), Vd2(M)
  68. and Id2(M) in PEP.  These parameters should be taken from the
  69. linear portion of the curve.  In addition, Vd1 and Vd2 must be
  70. larger than VJ for the approximation to hold.  Cj1 must be
  71. greater than Cj2 and Vr2 must be greater than Vr1.  It is quite
  72. difficlt to curve-fit these data to obtain an accurate value for
  73. M.  After several tries, if you are still unable to obtain a
  74. reasonable value, use the default value of 0.5 or using an
  75. intuitive value of 0.33 if the slope is quite gentle and 0.50 if
  76. the slope is quite steep.  A value of 0.33 denotes a linearly-
  77. graded junction and 0.5 denotes an abrupt junction.
  78.  
  79. *  Built-in potential (VJ):  The built-in potential can be
  80. computed using two sets of data points from the Junction
  81. Capacitance curve.  They are labeled as: Vd1(VJ), Id1(VJ),
  82. Vd2(VJ) and Id2(VJ) in PEP.  Prior to computing VJ, you must
  83. obtain M since the equation used for computing VJ requires M.
  84. Vr1 must be taken near 0 volts and Vr2 must be below 10 volts.
  85. The computed value of VJ should not be greater than the energy
  86. gap of the diode.  If you have difficulty obtaining a reasonable
  87. value of VJ after several tries, use the default value of 0.75
  88. volts. Both M and VJ are difficult parameters to extract.
  89.  
  90. *  Temperature exponent for IS (XTI):  This parameter is entered
  91. directly in PEP or MC3.  A good value for silicon diodes is 3.0.
  92.  
  93. *  Flicker noise coefficient (KF):  This parameter is used in
  94. noise analysis in the AC module.  You can enter this parameter
  95. directly in PEP or MC3.  The default value is 0.
  96.  
  97. *  Flicker noise exponent (AF):  This parameter is used in noise
  98. analysis in the AC module.  You can enter this parameter directly
  99. in PEP or MC3.  The default value is 1.
  100.  
  101.  
  102. *  Breakdown voltage (BV):  This parameter is the breakdown
  103. voltage of the diode.  Unless you plan to operate the diode
  104. in the breakdown region (as for example in a Zener diode),
  105. it is recommended that you set BV to a value of 1000 or greater.
  106. Typical values for type of diodes are between 200 to 500 volts. 
  107. Although the actual breakdown voltage given in databooks has a
  108. lower value, during the operating point calculation the value may
  109. temporarily exceed the stated breakdown, producing false convergence.
  110. If the value is 1000 or larger, the model completely ignores the
  111. breakdown effect, even during the operating point calculation.
  112.  
  113. *  Junction leakage resistance (RL):  RL is used to model the
  114. leakage through the diode when the diode is reverse-biased.  The
  115. default value is 1E12 ohms.  This parameter can be entered
  116. directly from PEP or MC3.
  117.  
  118. Notes:
  119. ------
  120. - Zener diodes can be modeled by specifying BV as the zener
  121. voltage.  In this case, RS, should be set to a small value, for
  122. example, 0.01 ohms.  IS is assigned as the reverse saturation
  123. current current given is databooks.  If this value cannot be
  124. obtained, set IS to 1E-9.  Since the diode is operating in the
  125. reverse region, CJO can be of importance.  Use the above methods
  126. the estimate, CJO, VJ and M.  If the capacitance curve is not
  127. given, use a typical value of several hundred picofarads.
  128.  
  129. - For ideal diodes, TT can be set to a zero value.
  130.  
  131. - A larger RS will make the forward region slope gentle.  This
  132. can be used to limit the forward current through the diode. 
  133. However, be careful when choosing the value of RS.  It should not
  134. be too big.  If BV is small and RS is large, it might lead to
  135. false convergence when the program is calculating it's initial
  136. operating point for your circuit.
  137.  
  138. - Most data used in preparing Micro-Cap III library are obtained
  139. from the Typical value column.  At times, you might need to
  140. change the parameters to reflect your own needs.  Every effort
  141. has been made to model the devices accurately, but the user should
  142. always be aware that models only approximate the real devices.
  143.  
  144. - After you have computed CJO, you should check this value with
  145. the graph.  If the capacitance is smaller than the capacitance
  146. value close to zero, you should try another set of data for M and
  147. VJ.  CJO should be close to the capacitance at 0.1 volt.
  148.  
  149.           Flow Diagram for Diode parameters extraction
  150.  
  151.                              Enter N
  152.                                 |
  153.                            Compute RS
  154.                        Vd1, Id1, Vd2, Id2
  155.                                 |
  156.                            Compute IS
  157.                             Vd1, Id1
  158.                                 |
  159.            ----------->     Compute M
  160.            |           Cj1, Vr1, Cj2, Vr2
  161. Try again  |                    |
  162. if values  |               Compute VJ
  163. are not    |           Cj1, Vr1, Cj2, Vr2
  164. reasonable.|                    |
  165.            |               Compute CJO
  166.            |               Cj(Vr), Vr
  167.            -----------<         |
  168.                            Compute TT
  169.                            Trr, IF, IR
  170.                                 |
  171.                             Enter FC
  172.                                 |
  173.                             Enter BV
  174.                                 |
  175.                             Enter EG
  176.                                 |
  177.                             Enter RL
  178.                                 |
  179.                             Enter KF
  180.                                 |
  181.                             Enter AF
  182.                                 |
  183.                             Enter XTI
  184.  
  185. Instead of computing M and VJ, you can enter them directly.  All
  186. direct entries override the computed values.
  187.