Электроника:Полупроводники/Диоды и выпрямители/Модели диодов в SPICE

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak)
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Модели диодов в SPICE[1]

Программа SPICE позволяет создавать модели диодов, для дальнейшего использования в моделировании цепей. Модель диода основывается на задании отдельных характеристик устройств, которые описанны в технической документации прибора, а также на характеристиках производственного процесса, которая не указывается в этой техдокументации. В нашем моделировании мы воспользуемся некоторой информацией, взятой из таблицы характеристик для модели 1N4004:

Рис. 1. Выдержка из технического паспорта для 1N4004.
Рис. 1. Выдержка из технического паспорта для 1N4004.

Табличные данные из технического описания на диод 1N4004

Параметр Значение Параметр Значение
Максимальный средний выпрямленный ток ID (А) 1 Прямое падение напряжения VF (В) 1
Пиковое повторяющееся обратное напряжение VRRM (В) 400 Прямой ток IF (А) 1
Пиковый прямой импульсный ток IFSM (А) 30 Максимальный обратный ток IR (мкА) 5
Общая емкость CT (пФ) 15 Максимальное обратное напряжение VR (В) 400

Объявление диода начинается с названия диодного элемента, которое должно начинаться с буквы «d» и кроме этой первой буквы должен быть хоть один дополнительный символ. Примеры названий диодных компонентов: d1, d2, dtest, da, db, d101. Затем указываются два номера узла, определяющих соединение анода и катода соответственно с другими компонентами. За номерами узлов следует название модели, относящееся к последующему оператору «.model».

Строка оператора для модели начинается с команды «.model», за которым следует название модели, используемая при объявлении диодов. Далее следует буква «d», указывающая, что моделируется именно диод. Остальная часть – список дополнительных параметров диода в виде ИмяПараметра=ЗначениеПараметра. В моделировании ниже в первом примере параметры не используются, а вот во втором примере некоторые определены. Ниже в табличном виде есть список параметров для диодов.

Общий вид:
d[Название] [Анод] [Катод] [НазваниеМодели]
.model ([НазваниеМодели] d [Параметр1=Значение1] [Параметр2=Значение2]...)

Пример 1:
d1 1 2 mod1
.model mod1 d

Пример 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)

Модели SPICE для диодов

Самый простой подход к модели SPICE такой же, как и к техническому описанию: посетить веб-сайт производителя. В таблице ниже перечислены параметры модели для некоторых выборочных диодов. Альтернативной стратегией является построение модели SPICE на основе параметров, перечисленных в таблице ниже. Третья стратегия, не рассматриваемая здесь – измерение реального устройства (с последующим расчётом, сравнением и настройкой параметров для SPICE в соответствии с измерениями).

SPICE параметры диодов

Обозначение Название Параметр Единицы измерения Значение по умолчанию
IS IS Ток насыщения (диодное уравнение) А 1E-14
RS RS Паразитное сопротивление (последовательное сопротивление) Ом 0
n N Коэффициент эмиссии, от 1 до 2 1
tD TT Время переноса заряда с 0
CD(0) CJO Ёмкость перехода при нулевом смещении Ф 0
φ0 VJ Контактная разность потенциалов перехода В 1
m M Коэффициент плавности перехода 0,5
0,33 для линейно леггированнного перехода
0,5 для лавинного перехода
Eg EG Ширина запрещённой зоны эВ 1,11
Si (кремний) эВ 1,11
Ge (германий) эВ 0,67
Шоттки эВ 0,69
pi XTI Температурный экспоненциальный коэффициент тока насыщения 3,0
pin переход 3,0
Шоттки 2,0
kf KF Коэффициент фликер-шума 0
af AF Показатель степени в формуле фликер-шума 1
FC FC Коэффициент ёмкости обедненной области при прямом включении 0,5
BV BV Обратное напряжение пробоя В ∞
IBV IBV Обратный ток пробоя А 1E-3

Если параметры диода не указаны, как в модели из примера 1 выше, параметры принимают значения по умолчанию, перечисленные в таблице выше и ниже. Эти значения по умолчанию моделируют диоды интегральной схемы. Их, само собой, достаточно для поверхностной работы с дискретными устройствами. Для более ответственных проектов используйте модели SPICE, поставляемые производителем, компаниями-интеграторами SPICE и другими источниками.

SPICE параметры некоторых диодов: sk = Шоттки, Ge = германий, остальные = кремний

Элемент IS RS N TT CJO M VJ EG XTI BV IBV
По умолчанию 1E-14 0 1 0 0 0.5 1 1.11 3 ∞ 1m
1N5711 sk 315n 2.8 2.03 1.44n 2.00p 0.333 0.69 2 70 10u
1N5712 sk 680p 12 1.003 50p 1.0p 0.5 0.6 0.69 2 20
1N34 Ge 200p 84m 2.19 144n 4.82p 0.333 0.75 0.67 60 15u
1N4148 35p 64m 1.24 5.0n 4.0p 0.285 0.6 75
1N3891 63n 9.6m 2 110n 114p 0.255 0.6 250
10A04 10A 844n 2.06m 2.06 4.32u 277p 0.333 400 10u
1N4004 1A 76.9n 42.2m 1.45 4.32u 39.8p 0.333 400 5u
1N4004 тех.описание 18.8n 2 30p 0.333 400 5u

Или же введите некоторые параметры из технической документации, поставляемой вместе с прибором.

Создание моделей диодов в SPICE на основе технической документации

Сначала модели диода в SPICE для параметра N выберите значение (вещественное число с целой частью 1 или 2). Это требуется для диодного уравнения. Джузеппе Массобрио в своей книге «Моделирование полупроводниковых устройств с помощью SPICE» («Semiconductor Device Modeling With SPICE», 1988) на странице 9 рекомендует: «… n, коэффициент эмиссии, обычно составляет около 2». В таблице выше мы это и видим, что силовые выпрямители 1N3891 (12 A) и 10A04 (10 A) используют значения близкие к двум. Первые четыре строки в таблице не имеют особого значения, это 2 диода Шоттки, германиевый и кремниевый диоды соответственно. Ток насыщения, IS, выводится из уравнения диода, значения (VD, ID) показаны на графике (рисунок 1 выше), N = 2 (это n в уравнении диода).

ID = IS (eVD/nVT – 1) VT = 26 мВ (при температуре 25°C) n = 2,0 VD = 0,925 В (при 1 А на графике) 1 А = IS (e(0,925 В)/(2)(26 мВ) – 1) IS = 18,8E-9

В последней строке таблицы можно увидеть числовые значения IS = 18,8n и N = 2. Они введены для сравнения с моделью производителя для 1N4004, которая значительно отличается. На данный момент RS по умолчанию равен 0. Этот фактор мы оценим позже. Важными статическими параметрами постоянного тока являются N, IS и RS. Мухаммад Рашид в своей книге «SPICE для силовой электроники и электроэнергетики» («SPICE for Power Electronics and Electric Power», 2012) предлагает, чтобы TT (τD), время прохождения, можно приблизительно рассчитать из накопленного заряда обратного восстановления QRR, параметра из техдокументации (в нашем списке его нет) и IF, прямого тока:

ID = IS (eVD/nVT - 1) τD = QRR/IF

В нашем моделировании мы примем TT = 0 по умолчанию ввиду отсутствия QRR. Хотя имело смысл взять ТТ = 4.32u, как у аналогичного выпрямителя типа 10A04. TT для 1N3891 не подходит, потому что это выпрямитель с быстрым восстановлением. CJO, ёмкость перехода при нулевом смещении оценивается из графика зависимости VR от CJ на рисунке 1 выше. Ёмкость при напряжении, ближайшем к нулю на графике, составляет 30 пФ при 1 В. При моделировании высокоскоростной переходной характеристики, как в импульсных источниках питания для стабилизатора, необходимо указать параметры TT и CJO.

Коэффициент плавности перехода M связан с профилем легирования перехода. В приведённой выше техдокументации его тоже не найдёте. Значение по умолчанию -0,5 соответствует резкому переходу. Мы же возьмём M = 0,333, что соответствует линейно-плавному переходу. Мощные выпрямители в таблице выше используют более низкие значения M, чем 0,5. Мы берём значения по умолчанию для VJ и EG. Гораздо больше диодов используют VJ = 0,6, чем показано в таблице выше. Однако выпрямитель 10A04 использует значение по умолчанию, которое мы используем для нашей модели 1N4004 (Da1N4001 в моделировании выше). Для кремниевых диодов и выпрямителей используйте значение по умолчанию EG = 1,11. В таблице выше приведены значения для диодов Шоттки и германиевых диодов. Возьмите XTI = 3, температурный коэффициент для IS по умолчанию для кремниевых устройств. См. таблицу выше для XTI для диодов Шоттки.

В сокращённом техническом описании на рисунке выше указано IR = 5 мкА и VR = 400 В, что соответствует IBV = 5u и BV = 400 соответственно. Параметры 1n4004 для SPICE, полученные из таблицы данных, перечислены в последней строке таблицы выше для сравнения с моделью производителя, указанной над ней. BV необходим только в том случае, если в симуляции превышено напряжение обратного пробоя диода, как со стабилитроном. IBV, ток обратного пробоя, часто опускается, но может быть введён, если он указывается в связке с BV.

Сравнение моделей диодов, взятых из разных источников

На рисунке ниже показана схема для сравнения модели производителя, модели, параметры которой взяты из таблицы характеристик и модели по умолчанию с использованием параметров по умолчанию. Три фиктивных источника питания по 0 В нужны, чтобы измерить силу тока на диодах (особенности моделирования в SPICE). Источник питания 1 В изменяется от 0 до 1,4 В с шагом 0,2 мВ (см. оператор .DC в списке соединений SPICE ниже). DI1N4004 – это модель диода от производителя, Da1N4004 – производная от него модель, некоторые параметры которой зададим мы.

Рис. 2. Схема для программы SPICE, в которой сравним модель диода от производителя (D1), модели, параметры которой зададим исходя из таблиц выше (D2) и модели диода с характеристиками по умолчанию (D3).
Рис. 2. Схема для программы SPICE, в которой сравним модель диода от производителя (D1), модели, параметры которой зададим исходя из таблиц выше (D2) и модели диода с характеристиками по умолчанию (D3).

Параметры списка соединений SPICE: (D1) – модель диода DI1N4004 от производителя, (D2) – наша модель диода Da1N40004, с некоторыми параметрами, взятыми из таблиц выше, (D3) – модель диода по умолчанию.

*SPICE circuit <03468.eps> from XCircuit v3.20
D1 1 5 DI1N4004
V1 5 0 0
D2 1 3 Da1N4004
V2 3 0 0
D3 1 4 Default
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 Default D
.end

Итоги сравнения приведены ниже – на графике (рисунок 3) и в виде таблицы, в которую занесены выходные данные. VD – это зависимость напряжения диода от тока диода для модели производителя, нашей расчётной модели диода, созданной на основе табличных характеристик и модели диода по умолчанию. В последнем столбце «График 1N4004» в итоговой таблице отображена зависимость напряжения от тока на рисунке выше, которую мы пытаемся сопоставить. Сравнение токов для трёх моделей с последним столбцом показывает, что модель по умолчанию хороша для низких токов, модель от производителя хороша для высоких токов, а наша расчётная модель на основе табличных характеристик лучше всего подходит для токов до 1 А. Мы подобрали почти идеальные характеристики для 1 А, поскольку расчёт IS как раз и основан на напряжении на диоде при токе в 1 А. Наша модель сильно завышает значения, если ток выше 1 А.

Рис. 3. Первое испытание модели от производителя, расчётной модели на основе табличных характеристик и модели по умолчанию.
Рис. 3. Первое испытание модели от производителя, расчётной модели на основе табличных характеристик и модели по умолчанию.

Сравнение модели от производителя, расчётной модели на основе табличных характеристик и модели по умолчанию с вольт-амперными характеристиками 1N4004 – перевод графика в табличные данные:

Индекс VD Модель производителя Модель по тех. описанию Модель по умолчанию 1N4004 график
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+09 12

Решение состоит в том, чтобы увеличить RS с нулевого значения по умолчанию. Изменение RS от 0 до 8 м в нашей модели по табличным характеристикам приводит к тому, что кривая пересекает 10 А (не показано на графике) в том же напряжении, что и для модели от производителя. Увеличение RS до 28,6 м смещает кривую ещё дальше вправо, как показано на рисунке 4 ниже. Это приводит к более точному сопоставлению нашей модели на основе табличных характеристик с графиком таблицы данных (рисунок 3 выше). В таблице ниже показано, что ток 1,224470e + 01 A при напряжении 1,4 В соответствует графику при 12 A. Однако ток при снижении до 0,925 В с 1,096870e + 00 повысился до 7,318536e-01.

Рис. 4. Вторая попытка улучшить расчётную модель на основе табличных характеристик по сравнению с моделью от производителя и моделью по умолчанию.
Рис. 4. Вторая попытка улучшить расчётную модель на основе табличных характеристик по сравнению с моделью от производителя и моделью по умолчанию.

Изменение модели Da1N4004 с RS = 0 на RS = 28,6 м снижает ток при VD = 1,4 В до 12,2 А:

.model Da1N4004 D (IS=18.8n RS=28.6m BV=400 IBV=5.00u CJO=30
+M=0.333 N=2.0 TT=0)
Индекс VD Модель производителя Модель по тех. описанию Модель по умолчанию
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+01 12

Задание для читателя: уменьшите N так, чтобы ток при VD = 0,925 В восстановился до 1 A. Это может увеличить ток (12,2 A) при VD = 1,4 В, что требует увеличения RS для уменьшения тока до 12 A.

Моделирование стабилитрона

Существует два подхода к моделированию стабилитрона: установить параметр BV равным напряжению стабилитрона в описании модели или смоделировать стабилитрон с помощью подсхемы, содержащей фиксатор уровней диода, настроенного на напряжение стабилитрона. Пример первого подхода, в котором устанавливается напряжение пробоя BV равным 15 для модели стабилитрона 1n4469 15 В (опционально IBV): 

.model D1N4469 D (BV = 15 IBV = 17 м)

Второй подход моделирует стабилитрон с помощью подсхемы. Фиксаторы D1 и VZ на рисунке ниже моделируют напряжение обратного пробоя 15 В для стабилитрона 1N4477A. Диод DR отвечает за прямую проводимость стабилитрона в подсхеме.

Рис. 5. В подсхеме стабилитрона используется фиксатор (D1 и VZ) для моделирования стабилитрона.
Рис. 5. В подсхеме стабилитрона используется фиксатор (D1 и VZ) для моделирования стабилитрона.
 .SUBCKT DI-1N4744A 1 2
* Terminals A K
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 )
.END

Моделирование туннельного диода

Туннельный диод может быть смоделирован парой полевых транзисторов (JFET) в подсхеме SPICE.

Моделирование диода Ганна

Диод Ганна также может быть смоделирован парой полевых транзисторов JFET.

Итог

  • Диоды в SPICE объявляются в качестве диодного компонента со ссылкой на оператор .model. Оператор .model содержит параметры, описывающие диод. Если параметры не указаны, модель принимает значения по умолчанию.
  • Статические параметры постоянного тока включают N, IS и RS. Параметры обратного пробоя: BV, IBV.
  • Для точной динамической синхронизации требуются параметры TT и CJO.
  • Настоятельно рекомендуется использовать модели, предоставленные производителями.

См.также

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

Внешние ссылки

  1. ↑ www.allaboutcircuits.com - SPICE Models
Теория по электронике
Постоянный ток
Основные концепты электричества • Статическое электричество • Проводники, диэлектрики и поток электронов • Что такое электрические цепи? • Напряжение и электроток • Сопротивление • Напряжение и электроток в реальной цепи • Условный ток и поток электронов
Закон Ома • Закон Ома – Как напряжение, сила тока и сопротивление связаны друг с другом • Аналогия для закона Ома • Мощность в электрических цепях • Расчёт электрической мощности • Резисторы • Нелинейная проводимость • Построение цепи • Полярность перепада напряжения • Компьютерная симуляция электрических цепей
Правила электробезопасности • Важность правил электробезопасности • Воздействие электричества на психологическое состояние • Путь, который ток проходит перед ударом • Закон Ома (снова!) • Техника безопасности • Первая медицинская помощь при ударе током • Распространённые источники опасности • Проектирование электроцепей с учётом требований безопасности • Безопасное использование приборов для измерения электрических показателей • Данные о влиянии удара током на тело человека
Экспоненциальная запись и метрические приставки • Экспоненциальная запись • Арифметические операции для экспоненциальной записи • Метрические обозначения • Преобразование метрических приставок • Используем ручной калькулятор • Экспоненциальная форма в программе SPICE
Последовательные и параллельные электрические цепи • Что такое «последовательные» и «параллельные» электрические цепи • Простая последовательная цепь • Простая параллельная цепь • Электропроводность • Рассчитываем мощность • Правильно используем закон Ома • Анализ отказов компонентов цепи • Строим простые резистивные цепи
Схемы с делителями напряжения и правила Кирхгофа • Схемы с делителем напряжения • Правило напряжений Кирхгофа (ПНК) • Цепи – делители тока и формула делителя тока • Правило Кирхгофа для силы тока (ПКТ)
Комбинированные последовательно-параллельные схемы • Что такое последовательно-параллельная цепь • Методы анализа последовательно-параллельных резисторных цепей • Перерисовываем избыточно усложнённые схемы • Анализ отказов компонентов (продолжение) • Построение простых резисторных цепей
Измерения в электрических цепях постоянного тока • Что такое измеритель? • Как устроен вольтметр • Как вольтметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен амперметр • Как амперметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен омметр • Высоковольтный омметр • Мультиметры • Кельвиновское 4-проводное измерение сопротивления • Мостовые схемы • Как устроен ваттметр • Как самостоятельно сделать ручной калибратор
Сигналы электрического оборудования • Аналоговые и цифровые сигналы • Системы сигналов напряжения • Системы сигналов силы тока • Тахогенераторы • Теромопары • Измерения pH • Тензодатчики
Анализ сети постоянного тока • Что такое сетевой анализ? • Метод токов ветвей • Аналитический метод контурных токов • Метод узловых потенциалов • Введение в сетевые теоремы • Теорема Миллмана • Теорема о суперпозиции • Теорема Тевенена • Теорема Нортона • Эквивалентность схем Тевенена и Нортона • И вновь о теореме Миллмана • Теорема о передаче максимальной мощности • Δ-Y и Y-Δ преобразования
Батареи и системы питания • Поведение электронов при химических реакциях • Батарейные конструкции • Рейтинг батарей • Батареи специального назначения • Практические рекомендации при использовании батарей
Физика проводников и диэлектриков • Введение в физику проводников и диэлектриков • Размеры проводов• Допустимые токовые нагрузки на провода • Предохранители • Удельное сопротивление • Температурный коэффициент сопротивления • Сверхпроводимость • Пробивное напряжение диэлектрика
Конденсаторы • Электрическое поле и ёмкость • Конденсаторы и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на ёмкость конденсатора • Последовательное и параллельное соединение конденсаторов • Практические соображения - Конденсаторы
Магнетизм и электромагнетизм • Постоянные магниты • Электромангетизм • Единицы измерения магнитных величин • Магнитная проницаемость и насыщение • Электромагнитная индукция • Взаимная индукция
Катушки индуктивности • Магнитные поля и индуктивность • Катушки индуктивности и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на индуктивность • Катушки индуктивности в последовательных и параллельных соединениях • Практические соображения – Катушки индуктивности
Постоянные времени в RC и L/R цепях • Переходные процессы в электрических цепях • Переходные процессы в цепях с конденсатором • Переходные процессы в цепях с катушкой индуктивности • Расчёт напряжения и силы тока • Почему L/R, а не LR? • Комплексные расчёты напряжения и тока • Сложные схемы • Расчёт неизвестного времени
Переменный ток
Основы теории переменного тока • Что такое переменный ток? • Формы волн переменного тока • Измерение величин переменного тока • Расчёт простейшей цепи переменного тока • Фаза переменного тока • Принципы радио
Комплексные числа • Введение в комплексные числа • Векторы и волны переменного тока • Сложение простых векторов • Сложение сложных векторов • Полярная и алгебраическая запись комплексных чисел • Арифметика комплексных чисел • И ещё по поводу полярности переменного тока • Несколько примеров с цепями переменного тока
Реактанс и импеданс – Индуктивность • Резистор в цепи переменного тока (Индуктивность) • Катушка индуктивности в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-индуктивные цепи • Параллельные резистивно-индуктивные цепи • Особенности катушек индуктивности • Что такое «скин-эффект»?
Реактанс и импеданс – Ёмкость • Резистор в цепи переменного тока (Ёмкость) • Конденсатор в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-ёмкостные цепи • Параллельные резистивно-ёмкостные цепи • Особенности конденсаторов
Реактанс и импеданс – R/L/C-цепи • Обзор R, X и Z (сопротивление, реактанс и импеданс) • Последовательные R/L/C-цепи • Параллельные R/L/C-цепи • Последовательно-параллельные R/L/C-цепи • Реактивная проводимость и адмиттанс • R/L/C-цепи – что в итоге?
Резонанс • Электрический маятник • Простой параллельный резонанс (колебательный контур) • Простой последовательный резонанс • Применение резонанса • Резонанс в последовательно-параллельных цепях • Добротность и полоса пропускания резонансной цепи
Сигналы переменного тока смешанной частоты • Сигналы переменного тока смешанной частоты - Введение • Прямоугольные волновые сигналы • Другие волновые формы • Подробнее о спектральном анализе • Эффекты в электрических цепях
Фильтры • Что такое фильтр? • Низкочастотные фильтры • Высокочастотные фильтры • Полосовые фильтры • Полосно-заграждающие фильтры • Резонансные фильтры • Подводя итоги по фильтрам
Трансформаторы • Взаимная индуктивность и основные операции • Повышающие и понижающие трансформаторы • Электрическая изоляция • Фазировка • Конфигурации обмотки • Регулировка напряжения • Специальные трансформаторы и приложения • Практические соображения – Трансформаторы
Многофазные цепи переменного тока • Однофазные системы питания • Трёхфазные системы питания • Чередование фаз • Устройство многофазного двигателя • Трёхфазные Y- и дельта-конфигурации • Трёхфазные цепи с трансформатором • Гармоники в многофазных энергосистемах • Гармонические фазовые последовательности
Коэффициент мощности • Мощность в резистивных и реактивных цепях переменного тока • Истинная, реактивная и полная мощность • Расчёт коэффициента мощности • Практическая коррекция коэффициента мощности
Измерение цепей переменного тока • Вольтметры и амперметры переменного тока • Измерение частоты и фазы • Измерение мощности • Измерение качества электроэнергии • Мостовые схемы переменного тока • Измерительные преобразователи переменного тока
Двигатели переменного тока • Введение в двигатели переменного тока • Синхронные двигатели • Синхронный конденсатор • Двигатель с магнитным сопротивлением • Шаговые двигатели • Бесщёточный двигатель постоянного тока • Многофазные асинхронные двигатели Теслы • Асинхронные двигатели с фазным ротором • Однофазные асинхронные двигатели • Прочие специализированные двигатели • Сельсин-двигатели (синхронизированные двигатели) • Коллекторные двигатели переменного тока
Линии передачи • Кабель на 50 Ом? • Электрические цепи и скорость света • Характеристический импеданс • Линии передачи конечной длины • «Длинные» и «короткие» линии передачи • Стоячие волны и резонанс • Преобразование импеданса • Волноводы
Полупроводники
Усилители и активные устройства • От электрики к электронике • Активные и пассивные устройства • Усилители • Коэффициент усиления • Децибелы • Абсолютные дБ-шкалы • Аттенюаторы
Теория твердотельных приборов • Введение в теорию твердотельных устройств • Квантовая физика • Валентность и кристаллическая структура • Зонная теория твёрдых тел • Электроны и «дырки» • P-N-переход • Полупроводниковые диоды • Транзисторы с биполярным переходом • Полевые транзисторы • Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) • Тиристоры • Методы производства полупроводников • Сверхпроводящие устройства • Квантовые устройства • Полупроводниковые приборы в SPICE
Диоды и выпрямители • Диоды и выпрямители – Введение • Проверка диодов мультиметром • Номинальные характеристики диодов • Схемы выпрямителей • Пиковый детектор • Схемы ограничителей напряжения • Схемы фиксаторов уровня • Умножители напряжения (удвоители, утроители, учетверители и т.д.) • Схемы коммутации индуктивных нагрузок • Диодные схемы коммутации • Что такое диод Зенера (стабилитрон)? • Диоды специального назначения • Прочие диодные технологии • Модели диодов в SPICE
Биполярные транзисторы • Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение • Транзистор с биполярным переходом (ТБП) как переключатель • Проверка транзистора с биполярным переходом (ТБП) с помощью мультиметра • Активный режим работы транзистора с биполярным переходом (ТБП) • Усилительный каскад с общим эмиттером • Усилительный каскад с общим коллектором • Усилительный каскад с общей базой • Каскодный усилитель • Методы смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Расчёт смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Взаимодействие входа и выхода в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Обратная связь в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Импеданс усилителя • Токовые зеркала в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Параметры и корпуса транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Особенности транзисторов с биполярным переходом (ТБП)
Полевые транзисторы • Полевые транзисторы (JFET) – Введение • Полевой транзистор (JFET) как переключатель • Проверка полевого транзистора (JFET) с помощью мультиметра • Активный режим работы полевого транзистора (JFET)
Полевые транзисторы с изолированным затвором • Полевые транзисторы с изолированным затвором – Введение • Обедняющие полевые транзисторы с изолированным затвором • Биполярные транзисторы с изолированным затвором
Тиристоры • Гистерезис • Газоразрядные лампы • Диод Шокли (динистор) • DIAC (симметричный динистор) • Управляемый кремниевый выпрямитель (SCR-тиристор) • TRIAC (симметричный тринистор, триак) • Оптотиристоры • Однопереходной транзистор • Управляемый кремниевый коммутатор (SCS-тиристор) • Тиристоры с полевым управлением
Операционные усилители • Операционные усилители (ОУ) – Введение • Несимметричные и дифференциальные усилители • «Операционный» усилитель • Отрицательная обратная связь • Делитель напряжения в цепи обратной связи • Аналогия для делителя напряжения в цепи обратной связи • Преобразование сигнала напряжения в сигнал тока • Схемы усреднителя и сумматора • Построение дифференциальных усилителей • Инструментальный (измерительный) усилитель • Схемы дифференциатора и интегратора • Положительная обратная связь • Практические аспекты ОУ • Модели операционных усилителей
Практические аналоговые полупроводниковые схемы • Электростатический разряд • Схемы источников питания • Схемы усилителей • Осцилляторные схемы • Радиосхемы • Вычислительные схемы • Измерительные схемы
Приводы двигателей постоянного тока • Широтно-импульсная модуляция
Электронные лампы • Электронные лампы – Введение • История электронных ламп – с чего всё началось • Триод • Тетрод • Силовой лучевой тетрод • Пентод • Комбинированные электронные лампы • Характеристики электронных ламп • Ионизированные (газовые) электронные лампы • Индикаторные электронные лампы • Микроволновые электронные лампы • Сравниваем электронные лампы и полупроводники
Цифровая электроника
Системы счисления • Числа и способы их выражения • Системы счисления • Сравниваем десятеричные и двоичные числа • Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления • Восьмеричные и шестнадцатеричные числа преобразовываем в десятеричные • Преобразование из десятеричной системы счисления
Двоичная арифметика • Числа и системы счисления • Двоичное сложение • Отрицательные двоичные числа • Двоичное вычитание • Двоичное переполнение • Наборы битов
Логические вентили • Цифровые сигналы и вентили • Вентили «НЕ» • «Буферные» вентили • Вентили с более чем одним входом • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «И-НЕ» и «И» • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «ИЛИ-НЕ» и «ИЛИ» • Схемы КМОП-вентилей • Специальные выходы в вентилях • Универсальность вентилей «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ» • Уровни напряжения для «высоких» и «низких» логических сигналов • Вентильные DIP корпусы
Переключатели • Типы переключателей • Как устроены контакты переключателей • «Нормальное» состояние контакта и последовательное замыкание/размыкание • «Дребезжание» контактов
Электромеханические реле • Устройство реле • Контакторы • Реле с задержкой времени • Защитные реле • Твердотельные реле
Релейная логика • «Лестничные» диаграммы • Функции цифровой логики • Разрешающие и блокирующие схемы • Схемы управления двигателем • Отказоустойчивость • Программируемые логические контроллеры (ПЛК)
Булева алгебра • Булева алгебра – Введение • Логическая арифметика • Булевы алгебраические тождества • Булевы алгебраические свойства • Логические правила для упрощения • Примеры упрощения схем • Функция «Исключающее ИЛИ»: вентиль XOR • Законы де Моргана • Преобразование таблиц истинности в логические выражения
Карты Карно • Карты Карно – Введение • Диаграммы Венна и множества • Булевы соотношения на диаграммах Венна • Преобразование диаграмм Венна в карты Карно • Карты Карно, таблицы истинности и логические выражения • Упрощение логики с помощью карт Карно • Бо́льшие карты Карно с 4-мя переменными • Минтермы и макстермы в реализациях • Обозначения сумм и произведений • Поля «безразличия» на картах Карно • Бо́льшие карты Карно с 5-ю и 6-ю переменными
Функции комбинационной логики • Функции комбинационной логики – Введение • Неполный сумматор • Полный сумматор • Декодер • Кодер • Демультиплексоры • Мультиплексоры • Совместное использование множественных комбинационных схем
Мультивибраторы • Цифровая логика с обратной связью • SR-защёлка • Вентильная SR-защёлка • D-защёлка • Защёлки с запуском по фронту сигнала: триггеры • JK-триггер • Триггеры с асинхронными входами • Моностабильные мультивибраторы
Схемы последовательностей • Двоичная счётная последовательность • Асинхронные счётчики • Синхронные счётчики • Конечные автоматы
Сдвиговые регистры • Сдвиговые регистры – Введение • Сдвиговые регистры: последовательный вход, последовательный выход (SISO) • Сдвиговые регистры: параллельный вход, последовательный выход (PISO) • Сдвиговые регистры: последовательный вход, параллельный выход (SIPO) • Универсальные сдвиговые регистры: параллельный вход, параллельный выход (PIPO) • Кольцевые счётчики
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования • Цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразования – Введение • ЦАП R/2nR: цифро-аналоговый преобразователь с двоично-взвешенным входом • ЦАП R/2R: (цифро-аналоговый преобразователь) • Параллельные АЦП • Цифровые ступенчатые АЦП • АЦП с последовательным приближением • Отслеживающий АЦП • Скатные (интегрирующие) АЦП • Дельта-сигма АЦП • Практические аспекты схем АЦП
Цифровая связь • Цифровая связь – Введение • Сети и шины • Потоки данных • Типы электрических сигналов • Оптическая передача данных • Топология сети • Сетевые протоколы • Практические аспекты цифровой связи
Цифровое хранилище (память) • Почему «цифровое»? • Понятия и концепции цифровой памяти • Современная немеханическая память • Устаревшие немеханические технологии памяти • Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) • Память с движущимися частями: «Приводы»
Принципы цифровых вычислений • Двоичный сумматор • Таблицы поиска • Конечные автоматы • Микропроцессоры • Микропроцессорное программирование
Справочные материалы
Полезные уравнения и коэффициенты пересчёта • Уравнения и законы для цепей постоянного тока • Правила последовательных цепей • Правила параллельных цепей • Эквивалентные значения компонентов в последовательных и параллельных цепях • Уравнение ёмкости конденсатора • Уравнение катушки индуктивности • Уравнения постоянной времени • Уравнения цепей переменного тока • Уравнения для децибел • Метрические приставки и преобразования единиц измерения
Цветовая маркировка • Цветовая маркировка резисторов • Цветовая маркировка проводки • Инфографика цветовой маркировки проводки
Таблицы проводников и диэлектриков • Таблица калибров медной проволоки • Таблица допустимых нагрузок для медного провода • Коэффициенты удельного сопротивления • Таблица температурных коэффициентов сопротивления • Критические температуры для сверхпроводников • Диэлектрическая прочность изоляторов
Справочник по алгебре • Основные алгебраические тождества • Основные свойства арифметики • Свойства степеней • Извлечение корней • Важные константы • Логарифмы • Формулы сокращённого умножения • Квадратное уравнение • Прогрессии • Факториалы • Решение систем уравнений: метод подстановки и метод сложения
Справочник по тригонометрии • Тригонометрия прямоугольного треугольника • Тригонометрия произвольного треугольника • Тригонометрические формулы • Гиперболические функции
Справочник по исчислению • Формулы вычисления пределов • Производная числа • Общие производные • Производные показательных функций с основанием e • Производные простых тригонометрических функций • Правила вычисления производных • Первообразная (неопределённый интеграл) • Общие первообразные • Первообразные показательных функций от числа e • Правила вычисления первообразных • Определённые интегралы и основная теорема исчисления • Дифференциальные уравнения
Использование программы SPICE для моделирования электрических схем • Программа моделирования электрических цепей SPICE — Введение • История программы SPICE • Основы программирования в SPICE • Интерфейс командной строки • Компоненты электрических схем • Опции для проведения анализа • Странные особенности программы SPICE • Примеры электрических цепей и списков связей
Устранение неполадок – теория и практика • Вопросы, которые следует задать, прежде чем продолжить • Общие советы по устранению неполадок • Конкретные методы устранения неполадок • Вероятные сбои в проверенных системах • Вероятные сбои в непроверенных системах • Возможные ментальные ловушки
Схематические обозначения элементов цепи • Провода и соединения • Источники питания • Типы резисторов • Типы конденсаторов • Катушки индуктивности • Взаимные катушки индуктивности • Переключатели с ручным управлением • Управляемые процессом переключатели • Переключатели с электрическим приводом (реле) • Соединители • Диоды • Биполярные транзисторы • Переходные транзисторы с полевым эффектом (JFET) • Транзисторы с полевым эффектом с изолированным затвором (IGFET или MOSFET) • Гибридные транзисторы • Тиристоры • Интегральные схемы • Электронные лампы
Периодическая таблица химических элементов • Таблица Менделеева
Эксперименты
Введение • Электроника как точная наука • Обустраиваем домашнюю лабораторию
Основные концепции и испытательное оборудование • Использование вольтметра • Использование омметра • Очень простая схема • Использование амперметра при измерении силы тока • Закон Ома • Нелинейное сопротивление • Рассеяние мощности • Цепь с переключателем • Эксперимент по электромагнетизму • Эксперимент с электромагнитной индукцией
Электрические цепи постоянного тока • Электрические цепи постоянного тока – Введение • Последовательные источники питания • Параллельные источники питания • Делитель напряжения • Делитель тока • Потенциометр как делитель напряжения • Потенциометр как реостат • Прецизионный потенциометр • Ограничение диапазона реостата • Термоэлектричество • Мультиметр своими руками • Чувствительный детектор напряжения • Потенциометрический вольтметр • 4-проводное измерение сопротивления • Простейший компьютер • Картошка-батарейка • Зарядка и разрядка конденсатора • Индикатор скорости изменения
Электрические цепи переменного тока • Электрические цепи переменного тока – Введение • Трансформатор – блок питания • Сборка трансформатора • Переменный индуктор • Чувствительный аудиодетектор • Обнаружение магнитных полей переменного тока • Обнаружение электрических полей переменного тока • Альтернатор – автомобильный генератор • Асинхронный двигатель • Асинхронный двигатель побольше • Фазовый сдвиг • Погашение звука • Музыкальный синтезатор как генератор сигналов • ПК-осциллограф • Анализ волновых сигналов • Колебательный контур • Сигнальная связь
Дискретные полупроводниковые схемы • Дискретные полупроводниковые схемы – Введение • Коммутирующий диод • Полупериодный выпрямитель • Двухполупериодный мостовой выпрямитель • Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом • Цепь «выпрямитель/фильтр» • Регулятор напряжения • Транзистор как переключатель • Датчик статического электричества • Датчик импульсного света • Повторитель напряжения • Усилитель с общим эмиттером • Многокаскадный усилитель • Как построить схему токового зеркала • JFET – регулятор тока • Дифференциальный усилитель • Простой операционный усилитель • Аудио осциллограф • Ламповый аудио усилитель
Аналоговые интегральные схемы • Аналоговые интегральные схемы – Введение • Компаратор напряжения • Прецизионный повторитель напряжения • Неинвертирующий усилитель • Высокоимпедансный вольтметр • Интегратор • Аудио осциллограф на таймерной схеме 555 • Наклонный генератор на таймерной схеме 555 • ШИМ-контроллер мощности • Аудиоусилитель класса B
Цифровые интегральные схемы • Цифровые интегральные схемы – Введение • Основная функция вентилей • SR-защёлка на основе вентилей «ИЛИ-НЕ» • SR-защёлка на основе вентиля «И-НЕ» с входом разрешения • SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ» • Светодиодный секвенсор • Простейший кодовый замок • 3-битный двоичный счётчик • 7-сегментный дисплей
Таймерные схемы 555 • Интегральный таймер 555 • Триггер Шмитта на интегральном таймере 555 • Гистерезисный осциллограф на интегральном таймере 555 • Моностабильный мультивибратор на интегральном таймере 555 • Минимальное количество комплектующих для КМОП-схемы 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на синих светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на светодиодах обратного хода • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах

Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Электроника:Полупроводники/Диоды_и_выпрямители/Модели_диодов_в_SPICE&oldid=2291339