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2023 | Book

Halbleiterdioden Read chapter Read first chapter

Parameterextraktion bei Halbleiterbauelementen

Simulation mit PSPICE

Author: Peter Baumann

Publisher: Springer Fachmedien Wiesbaden

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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About this book

Ergänzend zu Vorlesung, zu Rechenübungen und insbesondere zum Laborpraktikum im Lehrfach Elektronik werden Analyseverfahren zur Extraktion von SPICE-Modellparametern ausgewählter Halbleiterbauelemente vorgestellt. Für Bauelemente aus der DEMO-Version des Programms OrCAD-PSPICE wird aufgezeigt, wie man deren statische und dynamische elektrische Modellparameter mit PSPICE-Analysen wieder zurück gewinnen kann. Diese Parameterermittlung wird vorgestellt für Schaltdiode, Kapazitätsdiode, npn-Bipolartransistor, N-Kanal-Sperr- Schicht-Feldeffekttransistor, CMOS-Array-Transistoren, Operationsverstärker und Optokoppler. Im abschließenden neuen Kapitel wird die Ermittlung der Modell- Parameter von Sensoren zur Erfassung von Temperatur, Licht, Feuchte, Kraft, Schall, Gaskonzentration und pH-Wert behandelt.

Table of Contents

Frontmatter
Kapitel 1. Halbleiterdioden
Zusammenfassung
Dieses Kapitel befasst sich mit der Ermittlung von SPICE-Modellparametern der Schaltdiode 1N 4148, der Kapazitätsdiode MV 2201 und der Z-Diode 1N 750. Für die Extraktion der statischen Parameter, der Kapazitätskenngrößen und der Z-Spannung nebst Z-Strom wird das Programm MODEL EDITOR verwendet. Die Parameterextraktion zeigt die Rückgewinnung derjenigen Parameter, mit denen die im Programm PSPICE verwendeten Halbleiterdioden ursprünglich modelliert wurden.
Peter Baumann
Kapitel 2. Bipolartransistoren
Zusammenfassung
Gezeigt wird das Vorgehen in der Extraktion statischer und dynamischer Modellparameter am Beispiel des npn-Bipolartransistors 2N 2222. Teilweise kommt dabei das Dioden-Programm von MODEL-EDITOR zur Anwendung. Grundlage für die Ermittlung der Modellparameter sind das Großsignal- und Kleinsignalmodell des Transistors. Ausgewertet werden sowohl simulierte statische Kennlinien als auch die Frequenzabhängigkeit maximaler stabiler Leistungsverstärkungen.
Peter Baumann
Kapitel 3. Sperrschicht-Feldeffekttransistoren
Zusammenfassung
Die Parameterextraktion wird am N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistor 2N 3919 ausgeführt. Ausgangspunkt der Ermittlungen ist das dynamische Großsignalmodell. Die Extraktion der Modellparameter wie Abschnürspannung, Drain-Source-Sättigungsstrom und Transkonduktanz erfolgt über die Auswertung von Kennlinien. Die Kapazitätsparameter gehen aus der Frequenzabhängigkeit der maximalen stabilen Leistungsverstärkung hervor.
Peter Baumann
Kapitel 4. MOS-Feldeffekttransistoren
Zusammenfassung
Beschrieben wird die Extraktion der Modellparameter von N-Kanal- und P-Kanal-MOSFET aus dem CMOS-Array CA 3600. Einige Parameter wie die Schwellspannung oder die Steilheit lassen sich aus der Übertragungskennlinie gewinnen. Dabei wird der auch der Einfluss der Bulk-Elektrode erfasst. Die Bulk-Drain- und Bulk-Source-Kapazitäten werden über die Frequenzabhängigkeit der maximalen stabilen Leistungsverstärkung ermittelt.
Peter Baumann
Kapitel 5. Leistungs-MOS-Feldeffekttransistor
Zusammenfassung
Dargestellt wird die Extraktion der SPICE-Modellparameter des Leistungs-MOS-Feldeffekttransistors IRF 150. Statische Parameter wie die Schwellspannung folgen aus der Auswertung von Gleichstrom-Kennlinien. Die MOSFET-Kapazitäten können mit Messschaltungen bei der Frequenz von 1 MHz oder über die Auswertung der Frequenzabhängigkeit der maximalen stabilen Leistungsverstärkung in den drei Grundschaltungen extrahiert werden.
Peter Baumann
Kapitel 6. Operationsverstärker
Zusammenfassung
Die Parameterextraktion bezieht sich auf die Operationsverstärker μA 741 und LF 411. Einige Modellparameter werden über die simulierten Übertragungskennlinien für den Differenz- und Gleichtaktbetrieb gewonnen. Demonstriert wird die Anwendung der Übertragungsfunktions-Analyse. Dargestellt werden Gleichstrom-Modelle mit Eingangs- und Ausgangswiderständen sowie mit einer spannungsgesteuerten Spannungsquelle als auch Kleinsignal-HF-Modelle.
Peter Baumann
Kapitel 7. Optokoppler
Zusammenfassung
Am Beispiel des Optokopplers A4N 25 wird die Parameterextraktion für die Sende-Baugruppe mit der GaAs-IR-Diode und für die Empfänger-Baugruppe mit dem Si-npn-Fototransistor vorgenommen. Statische Modellparameter folgen aus den LED-Durchlass- und -Sperrkennlinien sowie aus dem Ausgangskennlinienfeld des Transistors. Die Sperrschichtkapazitäten werden mit dem Programm MODEL EDITOR und die Transitzeit über die frequenzabhängige Leistungsverstärkung ermittelt.
Peter Baumann
Kapitel 8. Sensoren
Zusammenfassung
Das abschließende Kapitel befasst sich mit der Parameterextraktion von Temperatur-, Feuchte-, Licht- und Folien-Kraftsensoren. Außerdem werden Sensoren betrachtet, bei denen die Elemente von Schwingkreisen zu erfassen sind. Dazu zählen piezoelektrische Summer und Ultraschallsensoren. Ausgehend von Datenblattangaben werden diejenigen Modellparameter berechnet, die für eine Simulation mit dem Programm PSPICE erforderlich sind.
Peter Baumann
Backmatter
Metadata
Title
Parameterextraktion bei Halbleiterbauelementen
Author
Peter Baumann
Copyright Year
2023
Electronic ISBN
978-3-658-40957-9
Print ISBN
978-3-658-40956-2
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-40957-9