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

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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：

dvdt=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。

IC=IS(eVBEn⋅VT−1)I_C = I_S \left( {e^{{{V_{BE} } \over {n \cdot V_T }}} - 1} \right)IC=IS(en⋅VTVBE−1)

其中 VT=kT/qV_T = kT/qVT=kT/q 。所以： VBE=n⋅kTqln⁡(ICIS)V_{BE} = n \cdot {{kT} \over q}\ln \left( {{{I_C } \over {I_S }}} \right)VBE=n⋅qkTln(ISIC) 反过来可以得到： T=q⋅VBEnk⋅ln⁡(IC/Is)T = q \cdot {{V_{BE} } \over {nk \cdot \ln \left( {I_C /I_s } \right)}}T=q⋅nk⋅ln(IC/Is)VBE

可以看到，在 ICI_CIC 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 IsI_sIs 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 IsI_sIs 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

※ 总结 ※

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。

■ 相关文献链接:

PN 结温度特性
Accurate Temperature Sensing with an External P-N Junction
PN结中的玻尔兹曼常数
三极管中的 B-E 之间的 P-N 节来进行测量

● 相关图表链接:

图1.1.1 建立二极管的电压
温度变化对于二极管的输出电压的影响
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
反向流过二极管的饱和电流随着温度的变化
图1.2.1 测量三极管的VBE的电压与电流之间的关系
上述测量电路的电压测试波形
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
取 LOG 之后的PN结电流与电压之间的关系
图1.3.1 测试电路
结型场效应管电压与电流

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