УДК 621.37:621.382.322

ШАБЛОННАЯ МОДЕЛЬ КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ С УПРАВЛЯЮЩИМ p-n-ПЕРЕХОДОМ

 

В. Н. Бирюков ¹, А. М. Пилипенко ¹, Н. Н. Прокопенко ², О. В. Дворников ³

¹ Институт радиотехнических систем и управления Южного федерального университета, 347922, г. Таганрог, пер. Некрасовский, д.44

² Донской государственный технический университет, 344010, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д.1

³ Минский научно-исследовательский приборостроительный институт, 220113, г. Минск, ул. Я. Коласа, д.73

 

Статья поступила в редакцию 8 августа 2019 г.

 

Аннотация. Предложена региональная непрерывная вместе с первыми двумя производными компактная модель комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n–переходом (ПТУП), имеющих неоднородно легированный канал. Данные ПТУП применяются в современных радиационно-стойких охлаждаемых малошумящих аналоговых интегральных схемах (ИС). Использование предлагаемой модели в качестве исходной модели (шаблона) для создания более сложных (шаблонных) моделей ПТУП позволяет уменьшить погрешность моделирования в два – три раза по сравнению со стандартной SPICE-моделью. Создание шаблонной модели ПТУП осуществляется путем замены параметров в исходной модели отношением степенных полиномов по управляющему напряжению. Параметры исходной и шаблонной моделей определяются глобальной оптимизацией методом наименьших квадратов.

Ключевые слова: модель, полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, шаблон, метод наименьших квадратов, идентификация параметров.

Abstract. This paper introduces a simple compact model of complementary junction field-effect transistors (JFETs) with a channel inhomogeneously doped in the transverse direction. Complementary JFETs are used in combination with bipolar transistors in modern low-noise and radiation-resistant analog integrated circuits (ICs), which usually work at extremely low temperatures down to – 197 °C. Unlike other regional models, the proposed one is continuous together with its two first derivatives (C₂-continuous). The model is based on the approximation of a gradual channel in the triode region of the I–V characteristic and a monotonic decrease in the output conductivity in their active region. The model assumes saturation at a lower drain voltage than the pinch-off voltage. The new model is validated by comparison to experimental data. On the base of this model the template model is introduced by the replacement of certain parameters of the original physical compact model by the quotient of power series of a gate and drain voltages. The parameters of the template model were determined by the method of least squares. The relative root-mean-square and maximum errors of I–V curves simulation for the template model is reduced by at least two times compared with the same error for the SPICE-model. In addition, the proposed template model has the following advantages in comparison with the standard SPICE-model: the absence of the modulation effect of the channel length at low drain voltages; monotonically decreasing differential output conductivity at any drain voltage; the continuity of the first two derivatives of the drain current.

Key words: model, JFET, simulation, template, root-mean-square, characterization.

 

Для цитирования:

В. Н. Бирюков, А. М. Пилипенко, Н. Н. Прокопенко, О. В. Дворников. Шаблонная модель комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n–переходом. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 8. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/aug19/5/text.pdf

DOI 10.30898/1684-1719.2019.8.5